Различия обусловлены не только качественным составом и общей концентрацией растворенных веществ, но и соотношением компонентов и различных форм их нахождения в воде.

Растворенные газы находятся в природных водах в виде молекул и частично гидратированных соединений. Минеральные и органические вещества встречаются в истинно растворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.

Принято совокупность компонентов, входящих в состав природных вод, условно делить на 5 групп:

1. Макрокомпоненты, к которым относятся ионы Cl^-, SO₄^2-, CO₃^2-,

HCO₃ ^-, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.

2. Растворенные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сероводород и др.).

3. Биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния).

4. Органические вещества (гумусовые вещества, углеводы, органические кислоты и т. д.).

5. Микроэлементы (Li, Ba, Cu, Br, I, Cr, Mo, радиоактивные элементы).

Вода используется в различных областях хозяйства.

По видам использования природные воды классифицируют следующим образом:

1. Хозяйственно-питьевое водопользование. К нему относят использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

2. Коммунально-бытовое водопользование предполагает использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха населения.

3. Рыбохозяйственное водопользование включает в себя использование водных объектов для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов.

Интенсивное развитие промышленности и техники, благоустройство городов связаны с ростом водопотребления. Увеличение водопотребления, с одной стороны, вызывает необходимость вовлечения в оборот вод с менее удовлетворительным качеством, с другой – заставляет считаться с ухудшением качества воды в используемых водоемах из-за возрастания уровня их загрязнения.

Различают следующие виды загрязнений водной среды: минеральные, органические, биологические, тепловые, радиоактивные, твердыми отходами (мусор).

Основными источниками загрязнения и засорения рек и водохранилищ являются следующие:

– сточные воды и ливневые стоки промышленных и сельскохозяйственных предприятий;

– коммунально-бытовые и ливневые стоки городов, сельских населенных пунктов, объектов рекреации;

– сточные воды с объектов животноводства;

– вынос биогенных веществ с сельскохозяйственных угодий;

– массовое использование берегов водохранилищ и рек при неорганизованном отдыхе, интенсивном дачном строительстве.

В настоящее время промышленные выбросы превышают допустимые санитарные нормы. Это приводит к увеличению числа людей, страдающих такими заболеваниями, как хронический бронхит, ишемия, аллергия, рак.

Для обеспечения безопасности здоровья населения и нормативных условий санитарно-бытового водопользования состав и свойства воды в водоемах должны соответствовать гигиеническим нормативам вредных веществ, что является важнейшей частью водно-санитарного законодательства.

Один из главных показателей санитарных норм – предельно-допустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ в воде.

ПДК – концентрация вещества в воде, выше которой вода непригодна для пользования, измеряется в мг/л.

Кроме ПДК используется также другой норматив – лимитирующий показатель вредности (ЛПВ).

ЛПВ – предельная норма неблагоприятных свойств или вредного воздействия. При нормировании качества воды в водоемах питьевого водоснабжения различают три вида ЛПВ: общесанитарный, органолептический, санитарно-токсикологический.

Общесанитарный показатель вредности – максимальная концентрация, не приводящая к нарушению процессов естественного самоочищения водоемов.

Органолептический показатель вредности – максимальная концентрация в воде, при которой не обнаруживается неприемлемых для населения изменений органолептических свойств воды.

Санитарно-токсикологический показатель вредности – максимальная концентрация, не оказывающая неблагоприятного влияния на состояние здоровья человека (Табл. П. 1.1; Табл. П. 1.2).

Методика выполнения лабораторной работы

Цель работы: изучить физические свойства воды.

Материалы, реактивы, оборудование: пробирки; колбы на 250 мл; мерный цилиндр емкостью 100 мл; цилиндр, градуированный по высоте на сантиметры; эксикатор; бюкс; фарфоровая чашка; фильтр; пипетка; часовое стекло; белая и черная бумага; универсальная индикаторная бумага; беззольные фильтры; pH-метр рН-150МИ с набором электродов; аналитические весы; ареометры (денсиметры); термометры; сушильный шкаф.

Опыт № 1. Запах

Запах определяют при комнатной температуре и при нагревании. Определение запаха при комнатной температуре производится непосредственно из емкости, в которой добавлена проба. Для этого открывают пробку и слегка втягивают в нос воздух из склянки.

Для определения запаха при нагревании в колбу на 250 мл вносят 100 мл исследуемой воды, закрывают колбу часовым стеклом и нагревают воду до 50–60 ⁰С. После этого снимают колбу с нагревательного прибора, встряхивают её вращательным движением, сдвигают стекло и быстро определяют характер запаха и его интенсивность по шкале (табл. 1, табл. 2).

Таблица 1

Характеристика запаха

Таблица 2

Шкала определения интенсивности запаха

При определении запаха в лаборатории не должно быть посторонних запахов. Одному и тому же лицу нельзя производить определение запаха длительное время, так как наступает привыкание и утомление.

Опыт № 2. Цвет

Цветность можно определять визуально. Для этого в колориметрический цилиндр наливают 100 мл профильтрованной исследуемой воды и, просматривая окраску контрольных растворов сверху вниз, находят цилиндр, окраска жидкости в котором совпадает с окраской исследуемой воды (табл. 3).

Цветность можно более точно определить на фотоколориметре. Для этого строят градуировочный график по хромово-кобальтовой шкале цветности. Растворы с различной цветностью фотометрируют в кювете на 5 см в синей части спектра относительно профильтрованной дистиллированной воды.

Таблица 3

Определение цветности

При цветности выше 35 градусов водопотребление ограничивают.

Опыт № 3. Плотность

Плотность воды определяют при помощи ареометров. Исследуемую воду наливают в мерный цилиндр емкостью 100 мл, замеряют её температуру и погружают ареометр, который имеет шкалу от 1,000 до 1,060 г/см³. Если плотность воды окажется более высокой, используют ареометр со шкалой 1,060–1,120 г/см³ и т. д.

Опыт № 4. Мутность

Для определения степени мутности обычную пробирку наполняют исследуемой водой почти доверху, ставят её на черную бумагу и смотрят сверху, отмечают результаты наблюдений.

Различают следующие степени мутности:

– прозрачная;

– слабо-опалесцирующая;

– опалесцирующая;

– слабо-мутная;

– мутная;

– очень мутная.

Опыт № 5. Прозрачность

Прозрачность определяется в цилиндре, градуированном по высоте на сантиметры, начиная с дна.

Исследуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр. Затем ставят цилиндр неподвижно над шрифтом Снеллена таким образом, чтобы шрифт находился на расстоянии 4 см от дна. Добавляя или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба воды, при которой возможно определение шрифта. Определение производят в хорошо освещенном помещении на расстоянии 1 м от окна, не на прямом свету. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба жидкости с точностью до 0,5 см. Прозрачность обычно определяется до 30 см.

Опыт № 6. Определение рН

Исследуемую воду наливают в стеклянный стакан емкостью 100 мл и определяют рН на рН-метре рН-150МИ. После настройки прибора (согласно инструкции) в стакан с водой погружают стеклянный электрод и солевой контакт электрода сравнения (либо один комплексный электрод), спустя 1,5 мин измеряют рН.

Быстро измерить рН можно с помощью универсальной инди­каторной бумаги. Индикаторную бумагу опускают в воду на 1–2 сек, вынимают и сравнивают окраску со шкалой. Определение рН проводят по шкале от 1 до 14.

Опыт № 7. Взвешенные вещества

Беззольные фильтры средней плотности (белая лента) помещают предварительно в бюксы (каждый фильтр в отдельный бюкс) и высушивают с открытыми крышками в течение 2 часов при 105 ⁰С. Затем охлаждают бюксы в эксикаторе и, закрыв их крышками, взвешивают на аналитических весах.

Через подготовленный таким образом фильтр пропускают 100–1000 мл анализируемой сточной воды в зависимости от содержания в ней грубодисперсных примесей. Оставшийся на стенках стакана или колбы осадок смывают небольшой порцией воды в воронку, через которую проводят фильтрование. Фильтр помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования, высушивают 2 часа при 105 ⁰С, охлаждают в эксикаторе и, закрыв бюкс крышкой, снова взвешивают. Высушивание, охлаждение и взвешивание повторяют до достижения постоянной массы через каждые полчаса.

Содержание взвешенных веществ вычисляют по формуле:

,

где Х – содержание взвешенных веществ, мг/л;

А – вес бюкса с фильтром и взвешенными веществами, мг;

В – вес бюкса с фильтром, мг;

V – объем воды, взятой для анализа, мл.

Опыт № 8. Сухой остаток

Сухим остатком называется высушенный при 105 ⁰С остаток, получающийся при выпаривании досуха профильтрованной исследуемой воды. Сухой остаток характеризуется содержанием минеральных и частично органических примесей, температура кипения которых не превышает 105 ⁰С и которые не разлагаются при указанной температуре.

В прокаленную, охлажденную и взвешенную фарфоровую чашку помещают 50–250 мл анализируемой сточной воды, предварительно профильтрованной. Воду выпаривают на водяной бане досуха. Затем переносят чашку с остатком в сушильный шкаф и высушивают в нем при 105⁰С до постоянного веса.

Содержание сухого остатка вычисляют по формуле:

,

где А – масса чашки с сухим остатком, мг;

В – масса пустой чашки, мг;

V – объем анализируемой сточной воды, мл;

Х – содержание сухого остатка, мг/л.

Результаты всех анализов занесите в таблицу 4. Сравните полученные результаты со значением ПДК (Табл. П. 1.1).

Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод о пригодности воды для использования в хозяйственно-бытовых целях.

Таблица 4

Данные анализа воды

После изучения данной темы студенты освоят методику проведения анализа физических свойств воды, научатся делать выводы о пригодности воды для различных областей хозяйства, выявлять основные источники загрязнения природных вод и влияние этих загрязнений на здоровье людей.

Контрольные вопросы

1. Почему вода является жизненной необходимостью?

2. Как классифицируют природные воды по видам использования?

3. Что такое ПДК? Что такое ЛПВ? Перечислите виды ЛПВ.

4. На какие группы делятся компоненты, входящие в состав природных вод?

5. Приведите классификацию загрязнений водных источников.

[1, с. 43–70, 318–336; 2, с. 92–119, 305–311; 5; 6; 7; 8].

Тема 2

Химический анализ воды

При проведении химического анализа используют методы аналитической химии – науки о принципах и методах изучения химического состава вещества.

Для определения показателей воды часто применяют титриметрический (объемный) анализ, основанный на измерении объемов. Титрование – процесс приливания рабочего раствора с известной концентрацией, находящегося в бюретке, к исследуемому раствору для определения концентрации анализируемого вещества. В результате титрования устанавливают количество рабочего раствора, эквивалентного количеству определяемого вещества. Момент титрования, в который достигнуто это эквивалентное соотношение, называется точкой эквивалентности. Для экспериментального установления точки эквивалентности используются различные индикаторы. Индикаторы – вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации того или иного компонента. Область концентрации компонентов раствора, при котором наблюдается изменение окраски индикатора, называется интервалом перехода. Конец титрования определяют по изменению окраски исследуемого раствора. При этом по бюретке отмечают объем рабочего раствора, израсходованного на титрование исследуемого раствора.

Ошибки в установлении конечной точки титрования зависят от соответствия интервала перехода индикатора и точки эквивалентности.