Физико-химические показатели качества воды

Качественная вода или нет — вопрос спорный. Все определяет ее состав и свойства, а также сфера применения и требования, которые предъявляются к воде в том или ином случае. Для оценки качества воды существует целый перечень показателей. О них и пойдет речь ниже.

Перечень показателей

• Взвешенные примеси
• Мутность и прозрачность
• Запах
• Вкус и привкус
• Цветность
• Минерализация
• Электропроводимость
• Жесткость
• Щелочность
• Органические вещества
• Растворенный кислород
• pH
• Тяжелые металлы

Взвеси

Взвешенные примеси — твердые частицы вроде ила, песка, глины, микроорганизмов и т.п. Как правило, это касается включений с диаметром больше 0,0001 мм. Взвеси влияют на степень прозрачности воды.

В зависимости от размера частиц и типа примеси требуется разное время на естественное осветление воды вследствие ее осаждения на 1 м:

• крупный песок 1 мм — 10 с;
• средний песок 0,5 мм — 20 с;
• мелкий песок 0,1 мм — 2,5 мин;
• крупный ил 0,05-0,027 мм — 10-30 мин;
• мелкий ил 0,01-0,005 мм — 4-18 ч;
• крупная глина 0,0027 мм — 2 сут;
• тонкая глина 0,001-0,0005 мм — 0,5-2 мес;
• коллоидные частицы 0,0002-0,000001 мм — 4 года.

Если содержание взвешенных примесей меньше 2 мг/дм3, то оценку проводят по мутности воды.

Мутность и прозрачность

Мутность обусловлена наличием тонкодисперсных включений. При описании такой воды используют степень сравнения по мутности: отсутствует, слабая опалесценция, опалесценция, слабо-, мутная, сильная муть. Количественно мутность измеряют в единицах НЕФ (0-40) по рассеиванию излучения или ЕМФ (40-400) по ослаблению потока излучения.

Если вода с незначительной мутностью или окраской, то для определения качества можно использовать показатель прозрачности. В числовом виде — высота столба воды, через который можно увидеть белую пластинку или различить шрифт.

По прозрачности оценивать следующим образом:

• прозрачная — видно на более чем 30 см;
• маломутная — от 25 до 30 см;
• средней мутности — от 20 до 25 см;
• мутная — от 10 до 20 см;
• очень мутная — меньше 10 см.

Запах

В зависимости от состава, вода может иметь разный запах. По этому показателю ее можно отличить только органолептически. Условно различают запахи естественного и искусственного происхождения. У каждого запаха есть свое название, например:

• ароматический — цветочный или огуречный;
• болотный — тинистый, илистый;
• гнилостный — сточный, фекальный и т.д.

Также запах воды отличается по интенсивности, где 0 — запаха нет, а 5 — очень сильный запах, который ощущается настолько, что вода непригодна для питья.

Вкус и привкус

Вкус и привкус определяют по 6-балльной шкале, где 0 — у воды не ощущается вкус и привкус, а 5 — вкус и привкус настолько сильны, что делают ее непригодной к употреблению.

Различают 4 вида вкусов: соленый, горький, сладкий и кислый. Привкус выражают описательно в зависимости от вкусовых ощущений: рыбный, хлорный, миндальный и т.п.

Цветность

Цветность характеризует степень окраски воды, вызванной содержанием окрашенных компонентов. Определяют этот показатель путем сравнения окраски воды и эталонов. Количественно цветность выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы.

Характеристика воды по цветности в градусах пл.-коб. шкалы:

• очень малая — до 25;
• малая — 25-50;
• средняя — 50-80;
• высокая — 80-120;
• очень высокая — больше 120.

Цветность природных вод преимущественно определяют соединения Fe+3 и гумусовые вещества.

Минерализация

Минерализация служит для оценки содержания всех минеральных веществ. Количественно выражается в г/кг. В зависимости от минерализации, воды бывают:

• ультрапресные — до 0,1 г/кг;
• пресные — до 1 г/кг;
• слабопресные — 1-3 г/кг;
• солоноватые — 1-25 г/кг;
• соленые — 25-50 г/кг;
• сильносоленые — 10-50 г/кг;
• рассолы — 50-300 г/кг;
• ультрарассолы — больше 300 г/кг.

Предел для пресных вод определили по вкусу — при минерализации больше 1 г/кг вкус становится соленым или горьковатым, неприятен и такая вода непригодна для продолжительного использования в пищевых целях.

При содержании солей 25 г/кг совпадают температура замерзания воды и температура, при которой плотность морской воды максимальна. Минерализация выше 50 г/кг не обнаружена в морях и океанах, а бывает в подземных водах и соленых озерах.

Электропроводимость

Удельную электропроводность определяет степень минерализации воды. Так, удельная электропроводность рек составляет от 30 до 1500 мкСм/см, атмосферных осадков — 10-120 мкСм/см.

Электроводимость воды зависит от ее температуры и концентрации растворенных солей. Основное влияние оказывают ионы Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-. По величине электропроводимости можно оценивать минерализацию воды. На этом основан принцип работы ТДС-метров.

Жесткость

Жесткость воды зависит от содержания Ca2+, Mg2+ и других катионов. Учитывая то, что содержание кальция и магния больше остальных, то жесткость определяется именно ими. Общая жесткость складывается из временной, которую можно устранить кипячением вследствие присутствия в воде гидрокарбонатов, и постоянной, вызванной содержанием сульфатов, хлоридов и т.п.

Жесткость также можно определить как способность пенообразования воды с мылом. Чем больше содержание солей кальция и магния, тем хуже мылится мыло. Сначала образуются хлопья кальциевого мыла и устраняется жесткость воды. Количественно жесткость выражают в ммоль/дм3. В среднем, чтобы снизить жесткость на 1 ммоль/дм3 требуется 300-530 мг натриевого мыла.

В зависимости от концентрации растворенных солей, вода бывает:

• очень мягкой — до 1,5 ммоль/дм3;
• мягкой — 1,5-4 ммоль/дм3;
• средней жесткости — 4-8 ммоль/дм3;
• жесткой — 8-12 ммоль/дм3;
• очень жесткой — больше 12 ммоль/дм3.

Щелочность

Щелочность указывает количественное содержание ионов гидроксильных ионов и анионов слабых кислот. Выражается в ммоль/дм3.

В зависимости от анионов слабых кислот, которыми она обусловлена, щелочность бывает:

• гидрокарбонатная;
• карбонатная;
• гидратная;
• фосфатная;
• силикатная;
• гуматная.

В природных вода щелочность определяется гидрокарбонатами, поэтому ее принимают равной карбонатной жесткости.

Органические вещества

В воде может содержаться огромное количество органики. В зависимости от растворимости, различают группу растворимых примесей. Сюда входят растворимые белки и аминокислоты, гуминовые кислоты и их соли и т.п. В группу нерастворимых примесей входит все остальное: микроорганизмы, гуматы, фульвокислоты, жиры и т.п.

Определить, сколько именно органических веществ содержится, можно косвенно по окисляемости воды, биохимической потребности в О2, содержанию органического углерода. Окисляемостью называют величину, которая показывает содержание минеральных веществ и органики, окисляемых сильным окислителем. В зависимости от последнего, бывает перманганатная (для малозагрязненных), бихроматная (ХПК для более загрязненных вод), иодатная, цериевая окисляемость. Количественно выражается в мгО*экв/дм3.

Важно понимать, что окисляется не только органика, но и минеральные вещества. Однако в воде из поверхностных источников больше именно органических веществ, поэтому остальными пренебрегают. Что касается глубоких скважин, то там все наоборот.

Перманганатная окисляемость выражается в мгО/дм3 или мг KMnO4/дм3. Величина окисляемости может варьироваться от очень малой — до 4 мгО/дм3 до очень высокой — больше 20 мгО/дм3.

Бихроматная окисляемость или ХПК также выражается в мгО/дм3, и в отличие от перманганатной этот показатель в большей мере характеризует наличие органических примесей. ХПК определяет класс чистоты воды от очень чистой при ХПК 1 мгО/дм3 до очень грязной — ХПК больше 15.

Для природных вод также актуальна биохимическая потребность в кислороде или БПК (мгО2/дм3). Этот показатель определяет количество органики, окисленной в процессе биохимических превращений при доступе воздуха. Удобнее определять изменение потребности за 5 суток, поэтому используют БПК5. Также есть БПКполн, предполагающий учет потребности за 15-20 суток.

Примерно половина массы органики составляет углерод. Это можно использовать для анализа воды. По содержанию общего органического углерода судят о количестве органических примесей.

Растворенный О2

В воде содержание кислорода может колебаться в широком диапазоне. Это зависит от температуры воды, давления воздуха, наличии загрязнений и пр. Так в поверхностных источниках в среднем содержится 0-14 мг/дм3 кислорода, тогда как в воде из артезианских скважин его нет вовсе.

pH

Водородный показатель pH — обратный десятичный логарифм концентрации водородных ионов. По этому показателю можно определить свойства воды и понять, какие процессы будут протекать в ней со временем. Диапазон pH составляет от 1 до 14, где значение до pH до 3 говорит о сильнокислой среде, а pH больше 9,5 — сильнощелочной.

Тяжелые металлы

В группу тяжелых металлов относят вредные и токсичные для живых организмов элементы. Единого мнения о том, что именно должно входить в группу таких металлов нет. Обычно речь идет о меди, никеле, свинце, ртути, кадмии, кобальте и висмуте. Нередко список дополняет сурьма, цинк, селен и мышьяк. Источником загрязнений воды тяжелыми металлами обычно является промышленность.