Примеси в воде. Прозрачность воды в озере Характеристика вод по значению общей жесткости

Прозрачность воды зависит от количества содержащихся в ней механических взвешенных веществ и химических примесей. Мутная вода всегда подозрительна в эпизоотическом и санитарном отношении. Существует несколько методов определения прозрачности воды.

Метод сравнения. В один цилиндр из бесцветного стекла наливают исследуемую воду, а в другой – дистиллированную. Вода может быть оценена как прозрачная, слабо прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная и сильно мутная.

Метод диска. Для определения прозрачности воды непосредственно в водоеме пользуются белым эмалированным диском – диском Секки (рис. 2). При погружении в воду диска отмечают глубину, на которой он перестает быть видимым и при которой становится вновь заметным при извлечении. Средняя из этих двух величин показывает прозрачность воды в водоеме. В прозрачной воде диск остается видимым на глубине нескольких метров: в очень мутной воде он исчезает на глубине 25-30 см.

Метод шрифта (Снеллена). Более точные результаты достигаются при использовании стеклян­ного калориметра с плоским дном (рис. 3). Калориметр устанавливается на высоте 4 см от стандартного шрифта №1:

Исследуемую воду после взбалтывания наливают в цилиндр. Затем смотрят сверху вниз через столб воды на шрифт, постепенно выпуская воду из крана калориметра, пока не станет возможным ясно видеть шрифт №1. Высота жидкости в цилиндре, выраженная в сантиметрах, является мерилом прозрачности. Вода считается прозрачной, если отчетливо виден шрифт через столб воды в 30 см. Вода с прозрачностью от 20 до 30 см считается слабо мутной, от 10 до 20 см – мутной, до 10 см для питьевых целей непригодна. Хорошая прозрачная вода после стояния не дает осадка.

Метод кольца. Прозрачность воды можно определить при помощи кольца (рис. 3). Для этого пользуются проволочным кольцом диаметром 1-1,5 см и сечением проволоки 1 мм. Держа за рукоятку, проволочное кольцо опускают в цилиндр с исследуемой водой до тех пор, пока контуры его не станут невидимыми. Затем линейкой измеряют глубину (см), на которой кольцо становится отчетливо видимым при извлечении. Показателем допустимой прозрачности считают 40 см. Полученные данные «по кольцу» можно перевести в показания «по шрифту» (табл. 1).

Таблица 1

Перевод значений прозрачности воды «по кольцу» на значение «по шрифту»

Прозрачность воды по диску Секки, по кресту, по шрифту. Мутность воды. Запах воды. Цветность воды.

Прозрачность воды

В воде находятся взвешенные вещества, которые уменьшают ее прозрачность. Существуют несколько методов определения прозрачности воды.

1. По диску Секки. Чтобы измерить прозрачность речной воды, применяют диск Секки диаметром 30 см, который опускают на веревке в воду, прикрепив к нему груз, чтобы диск уходил вертикально вниз. Вместо диска Секки можно применять тарелку, крышку, миску, положенные в сетку. Диск опускается до тех пор, пока он не будет виден. Глубина, на которую вы опустили диск, и будет показателем прозрачности воды.
2. По кресту . Находят предельную высоту столба воды, через которую просматривается рисунок черного креста на белом фоне с толщиной линий равной 1 мм, и четырех черных кружочков диаметром равным 1 мм. Высота цилиндра, в котором проводится определение, должно быть не менее 350 см. На дне его расположена фарфоровая пластинка с крестом. Нижняя часть цилиндра должна быть освещена лампой в 300 Вт.
3. По шрифту . Под цилиндр высотой 60 см и диаметром 3-3,5 см подкладывают стандартный шрифт на расстоянии 4 см от дна, исследуемую пробу наливают в цилиндр, так чтобы можно было прочитать шрифт, и определяют предельную высоту столба воды. Метод количественного определения прозрачности основан на определении высоты водяного столба, при которой еще можно визуально различить (прочесть) черный шрифт высотой 3,5 мм и шириной линии 0,35 мм на белом фоне или увидеть юстировочную метку (например, черный крест на белой бумаге). Используемый метод является унифицированным и соответствует ИСО 7027.

Мутность воды

Повышенную мутность вода имеет за счет содержания в ней грубодисперсных неорганических и органических примесей. Определяют мутность воды весовым методом, и фотоэлектрическим колориметром. Весовой метод заключается в том, что 500-1000 мл мутной воды профильтровывают через плотный фильтр диаметром 9-11 см. Фильтр предварительно высушивается и взвешивается на аналитических весах. После фильтрования фильтр с осадком высушивают при температуре 105- 110 градусов в течение 1,5 - 2 часов, охлаждают и вновь взвешивают. По разности масс фильтра до и после фильтрования рассчитывают количество взвешенных веществ в исследуемой воде.

В России мутность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм 3 при использовании основной стандартной суспензии каолина (мутность по каолину ) или в ЕМ/дм 3 (единицы мутности на дм 3) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/дм 3 .

В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формазину, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027 (Water quality - Determination of turbidity). Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU (formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit).

Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее:

1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU

ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания - не более 1 NTU.

Определение запаха воды

Запахи в воде могут быть связаны с жизнедеятельностью водных организмов или появляться при их отмирании - это естественные запахи. Запах воды в водоеме может обуславливаться также попадающими в него стоками канализации, промышленными стоками - это искусственные запахи.Сначала дают качественную оценку запаха по соответствующим признакам:

• болотный,
• землистый,
• рыбный,
• гнилостный,
• ароматический,
• нефтяной и т.д.

Силу запаха оценивают по 5 балльной шкале. Колбу с притертой пробкой заполняют на 2/3 водой и тотчас закрывают, интенсивно встряхивают, открывают и тотчас отмечают интенсивность и характер запаха.

Определение цветности воды

Качественную оценку цветности производят, сравнивая образец с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают отдельно исследуемую и дистиллированную воду, на фоне белого листа при дневном освещении рассматривают сверху и сбоку, оценивают цветность как наблюдаемый цвет, при отсутствии окраски вода считается бесцветной.

Температура в водоисточниках определяется черпательным или обычным термометром, обернутым несколькими слоями марли. Термометр выдерживают в воде 15 минут на глубине взятия проб, после чего снимают показания.

Наиболее благоприятной температурой питьевой воды является 8-16°С.

Определение прозрачности

Прозрачность воды зависит от количества содержащихся в ней механических взвешенных веществ и химических примесей. Мутная вода всегда подозрительна в эпизоотическом и санитарном отношении. Существует несколько методов определения прозрачности воды.

Метод сравнения. В один цилиндр из бесцветного стекла наливают исследуемую воду, а в другой – дистиллированную. Вода может быть оценена как прозрачная, слабо прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная и сильно мутная.

Рис. 2. Диск Секки.

Метод диска. Для определения прозрачности воды непосредственно в водоеме пользуются белым эмалированным диском – диском Секки (рис. 2). При погружении в воду диска отмечают глубину, на которой он перестает быть видимым и при которой становится вновь заметным при извлечении. Средняя из этих двух величин показывает прозрачность воды в водоеме. В прозрачной воде диск остается видимым на глубине нескольких метров: в очень мутной воде он исчезает на глубине 25-30 см.

Рис. 3. Калориметр.

Метод шрифта (Снеллена). Более точные результаты достигаются при использовании стеклян­ного калориметра с плоским дном (рис. 3). Калориметр устанавливается на высоте 4 см от стандартного шрифта №1:

Исследуемую воду после взбалтывания наливают в цилиндр. Затем смотрят сверху вниз через столб воды на шрифт, постепенно выпуская воду из крана калориметра, пока не станет возможным ясно видеть шрифт №1. Высота жидкости в цилиндре, выраженная в сантиметрах, является мерилом прозрачности. Вода считается прозрачной, если отчетливо виден шрифт через столб воды в 30 см. Вода с прозрачностью от 20 до 30 см считается слабо мутной, от 10 до 20 см – мутной, до 10 см для питьевых целей непригодна. Хорошая прозрачная вода после стояния не дает осадка.

Рис. 3. Определение прозрачности воды методом кольца.

Метод кольца. Прозрачность воды можно определить при помощи кольца (рис. 3). Для этого пользуются проволочным кольцом диаметром 1-1,5 см и сечением проволоки 1 мм. Держа за рукоятку, проволочное кольцо опускают в цилиндр с исследуемой водой до тех пор, пока контуры его не станут невидимыми. Затем линейкой измеряют глубину (см), на которой кольцо становится отчетливо видимым при извлечении. Показателем допустимой прозрачности считают 40 см. Полученные данные «по кольцу» можно перевести в показания «по шрифту» (табл. 1).

Таблица 1

Перевод значений прозрачности воды «по кольцу» на значение «по шрифту»

Основные загрязняющие вещества, присутствующие в сточных водах городских очистных сооружений, объединены в группы и представлены на схеме 1

Органические вещества в сточных водах по своему физическому состоянию могут быть в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях, в зависимости от размера составляющих их частиц (табл. 1). По мере изменения крупности частиц загрязняющих веществ происходит последовательное их изъятие на всех ступенях биологической очистки (схема 2).

Таблица 1 Состав органических веществ в неочищенных сточных водах по величине частиц

Схема 1

Прозрачность воды

Прозрачность сточной воды обусловлена наличием в ней нерастворенных и коллоидных примесей. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой сквозь нее можно читать шрифт определенного размера и типа. Городские сточные воды, поступающие на очистку, имеют прозрачность 1-5 см. Эффект очистки наиболее оыстро и просто оценивается по прозрачности очищенной воды, ко торая зависит от качества очистки, а также от наличия в воде мелких, не оседающих за два часа хлопьез активного ила и диспергированных бактерий. Измельчение хлопьев ила может быть следствием распада более крупных, старых хлопьев, следствием разрыва их газами или под влиянием токсичных сточных вод. Мелкие хлопья могут заново слипаться, но, достигнув некоторого небольшого размера, далее не укрупняются. Прозрачность наиболее оперативный, чутко реагирующий на нарушения, показатель качества очистки. Любые, даже незначительные, неблагоприятные изменения в составе сточных вод и в технологическом режиме их очистки приводят диспергированию хлопьев ила, нарушению хлопьеобразования, а следовательно, к падению прозрачности очищенной воды.

Биологическая очистка сточных вод должна обеспечивать не менее 12 см прозрачности очищенной воды. При полной, удовлетворительной биологической очистке прозрачность составляет 30 и более сантиметров, причем при такой прозрачности все другие санитарные показатели загрязнения, как правило, соответствуют высокой степени очистки.

Прозрачность определяется во взболтанной (характеризует наличие взвешенных и коллоидных веществ), и в отстоянной (наличие коллоидных веществ) пробах. Прозрачность в отстоянной пробе характеризует работу аэротенков, прозрачность во взболтанной - работу вторичных отстойников.

Примеры. Если прозрачность очищенной воды во взболтанной пробе составляет 19 см, а в отстоянной 28 см, можно сделать вывод об удовлетворительной работе аэротенков (хорошо сняты коллоидные вещества) и вторичных отстойников (можно ожидать, что вынос взвешенных веществ в очищенной воде не превысит 15 мг/дм3),

Схема 2 Последовательное изъятие органических частиц (в зависимости от их размера) на разных ступенях очистки сточных вод

Если по результатам анализов прозрачность во взболтанной пробе составляет 10 см, а в отстоянной 30 см, это значит, что коллоидные вещества хорошо изымаются из сточных вод в аэротенках, но вторичные отстойники работают неудовлетворительно и обеспечивают низкую прозрачность очищенной воды.

Изменение прозрачности надиловой воды может служить оперативным сигналом об изменениях в процессе очистки даже тогда, когда другие методы физико-химического контроля еще не фиксируют отклонений, поскольку все нарушения сопровождаются измельчением хлопьев активного ила, что немедленно фиксируется по сниженной прозрачности над иловой воды.

Прозрачностью морской воды называют отношение потока излучения, прошедшего в воде без изменения направления путь, равный единице, к потоку излучения, вошедшему в воду в виде параллельного пучка. Прозрачность морской воды тесно связана с коэффициентом пропускания Т морской воды, под которым пони­мается отношение потока излучения, пропущенного некоторым слоем воды I z , к потоку излучения, упавшему на этот слой I 0 , т.е. Т = =e - с z . Способность пропускать свет противоположна ослаблению света, а коэффициент пропускания является мерой того, сколько света проходит путь определенной длины в морской воде. Тогда прозрачность морской воды будет Θ=e - с, это означает, что она связана с показателем ослабления света с.

Наряду с указанным физическим определением прозрачности используется понятие условной (или относительной) n розрачности, под которым понимают глубину прекращения видимости белого диска диаметром 30 см (диска Секки).

Глубина исчезновения белого диска или относительная прозрачность связана с физическим понятием прозрачности, поскольку та и другая характеристики зависят от коэффициента ослабления света.

Физическая природа исчезновения диска на определенной глубине заключается в том, что при проникновении светового потока в толщу воды происходит его ослабление за счет рассеяния и поглощения. При этом с увеличением глубины происходит увеличение потока рассеянного света в стороны (за счет рассеяния высших порядков). На некоторой глубине рассеянный в стороны поток оказывается равным потоку прямого света. Следовательно, если опускать диск ниже этой глубины, то поток, рассеянный в стороны, будет больше основного потока, идущего вниз, и диск перестает быть видимым.

По расчетам академика В.В.Шулейкина, глубина, на которой выравниваются энергии основного потока и потока, рассеянного в стороны, соответствующая глубине исчезновения диска, равна для всех морей двум натуральным длинам ослабления света. Иными словами, произведение показателя рассеяния на прозрачность есть величина постоянная и равная 2, т. е. k λ × z = 2, где z - глубина исчезновения белого диска. Это соотношение дает возможность связать условную характеристику морской воды - относительную прозрачность с физической характеристикой - показателем рассеяния k λ . Так как показатель рассеяния входит составной частью в показатель ослабления, оказывается возможным связать также относительную прозрачность и с показателем ослабления, а, следовательно, и с физическими характеристиками прозрачности. Но поскольку между показателями поглощения и рассеяния нет прямой пропорциональности, то в каждом море связь показателя ослабления с прозрачностью будет своя.

Относительная прозрачность зависит от высоты, с которой производятся наблюдения, состояния поверхности моря, условий освещенности.

С увеличением высоты наблюдений относительная прозрачность увеличивается благодаря уменьшению влияния отраженного от поверхности моря светового потока, который мешает наблюдениям.

При волнении происходит увеличение отраженного потока и ослабление потока, проникающего в глубь моря, что приводит к уменьшению относительной прозрачности. Это было замечено еще в древности искателями жемчуга, которые ныряли на дно моря с набранным в рот оливковым маслом. Масло, выпущенное ими изо рта, всплывало на поверхность моря, сглаживало мелкие волны и улучшало освещенность дна.

При отсутствии облачности относительная прозрачность уменьшается, так как наблюдения затрудняются солнечными бликами. Мощная кучевая облачность значительно уменьшает падающий на поверхность моря световой поток, что также уменьшает относительную прозрачность. Наиболее благоприятные условия освещения создаются при наличии перистых облаков.

Наибольшее количество оптических наблюдений относится к измерениям относительной прозрачности белым диском.

Относительная прозрачность сильно меняется в зависимости от содержания взвешенных частиц в морской воде. В прибрежных богатых планктоном водах относительная прозрачность не превышает нескольких метров, а в открытом океане достигает десятков метров.

Самые прозрачные воды наблюдаются в субтропическом поясе Мирового океана. В Саргассовом море относительная прозрачность составляет 66.5 м, и это море считается эталоном прозрачности. Такая высокая прозрачность в субтропическом поясе связана с почти полным отсутствием взвешенных частиц и слабым развитием планктона. В море Уэдделла и в Тихом океане вблизи островов Тонга была измерена еще более высокая прозрачность – 67 м. В умеренных и высоких широтах относи­тельная прозрачность достигает 10-20 м.

В морях прозрачность колеблется в значительных пределах. Так, в Средиземном море она достигает 60 м, Японском ­- 30 м, Черном – 28 м, Балтийском - 11-13 м. В бухтах и особенно вблизи устьев рек прозрачность составляет от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров.

При рассмотрении вопроса о цвете моря различают два понятия: цвет моря и цвет морской воды.

Под цветом моря понимается видимый цвет его поверхности. Цвет моря в сильной степени зависит от оптических свойств самой воды и от внешних факторов . Поэтому он изменяется в зависимости от внешних условий (освещенности моря прямым солнечным и рассеянным светом, от угла зрения, волнения, наличия примесей в воде и др. причин).

Собственный цвет морской воды есть следствие избирательного поглощения и рассеяния, т.е. он зависит от оптических свойств воды и толщины рассматриваемого слоя воды, но не зависит от внешних факторов . Учитывая избирательное ослабление света в море, можно рассчитать, что даже для чистой океанской воды на глубине 25 м солнечный свет будет лишен всей красной части спектра, затем при увеличении глубины отпадет желтая часть и цвет воды покажется зеле­новатым, к глубине 100 м останется только синяя часть и цвет воды будет синим. Поэтому говорить о цвете воды можно тогда, когда рассматривается толща воды. При этом в зависимости от толщи воды цвет воды будет различным, хотя ее оптические свойства и не меняются.

Цвет морской воды оценивается с помощью шкалы цветности воды (шкала Фореля-Уле), которая состоит из набора пробирок с цветными растворами. Определение цвета воды состоит в визуальном подборе пробирки, цвет раствора которой ближе других к цвету воды. Цвет воды при этом обозначается номером соответствующей пробирки шкалы цветности.

Наблюдатель, стоящий на берегу или наблюдающий с борта судна, видит не цвет воды, а цвет моря. В этом случае цвет моря определяется соотношением величин и спектральным составом двух основных световых потоков, попадающих в глаз наблюдателя. Первый из них - это поток отраженного поверхностью моря светового потока, падающего от Солнца и небесного свода, второй - световой поток диффузного света, исходящего из глубин моря. Так как отраженный поток является белым, при его возрастании цвет моря становится менее насыщенным (белесоватым). Когда наблюдатель смотрит по вертикали вниз на поверхность, он видит поток диффузного света, а отраженный поток мал - цвет моря насыщенный. При перемещении взгляда к горизонту цвет моря становится менее насыщенным (белесо­ватым), приближаясь к цвету небосвода, благодаря возрастанию отраженного потока.

В океанах имеются огромные пространства воды темно-голубого цвета (цвет океанской пустыни), свидетельствующие об отсутствии в воде посторонних примесей и ее исключительной прозрачности. С приближением к берегам наблюдается постепенный переход к голубовато-зеленым, а в непосредственной близости от берегов - к зеленым и желто-зеленым тонам (цвет биологической продуктивности). Вблизи устья реки Хуанхэ, впадающей в Желтое море, преобладает желтый и даже бурый оттенок воды, обусловленный выносом рекой огромного количества желтого лесса.