Под качеством природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01–77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.
Взвешенные примеси
Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных
микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды.
Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, дает представление о загрязненности воды частицами в основном условным диаметром более 1·10-4 мм.
При содержании в воде взвешенных веществ менее 2–3 мг/л или больше указанных значений, но условный диаметр частиц меньше 1 · 10-4 мм, определение загрязненности воды производят косвенно по мутности воды.
Мутность и прозрачность
Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения.
Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутствует), слабая опалесценция, опалесценция, слабомутная, мутная и сильная муть.
В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0–40 НЕФ (NTU), например для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измерение единиц мутности по формазину (ЕМФ). Пределы измерений – 40–400 ЕМФ.
Индикатор по НЕФ (NTU) – рассеивание излучения, по ЕМФ – ослабление потока излучения. Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и
их определение затруднительно, пользуются показателем «прозрачность».
Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах
Запах
Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы:
- естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.)
- искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).
Запахи естественного происхождения
| Обозначение запаха | Характер запаха | Примерный род запаха |
|---|---|---|
| А | Ароматический | Огуречный, цветочный |
| Б | Болотный | Илистый, тинистый |
| Г | Гнилостный | Фекальный, сточный |
| Д | Древесный | Запах морской щепы, древесной коры |
| 3 | Землистый | Прелый, запах свежевспаханной земли, глинистый |
| П | Плесневый | Затхлый, застойный |
| Р | Рыбный | Запах рыбьего жира, рыбы |
| С | Сероводородный | Запах тухлых яиц |
| Т | Травянистый | Запах скошенной травы, сена |
| Н | Неопределенный | Запахи естественного происхождения, не подходящие под предыдущие определения |
Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибалльной шкале.
Характеристика вод по интенсивности запаха
| Интенсивность запаха, баллы | Характеристика | Описательные определения |
|---|---|---|
| 0 | Запаха нет | Отсутствие ощутимого запаха |
| 1 | Очень слабый | Запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый опытным исследователем |
| 2 | Слабый | Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый им. если указать на него |
| 3 | Заметный | Запах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относиться к воде с неодобрением |
| 4 | Отчетливый | Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду неприятной для питья |
| 5 | Очень сильный | Запах сильный настолько, что делает воду непригодной для питья |
Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.
Вкус и привкус
Интенсивность вкуса и привкуса в соответствии с ГОСТ 3351-74* определяется также по шестибалльной шкале.
Характеристика вод по интенсивности вкуса
| Оценка вкуса и привкуса, баллы | Интенсивность вкуса и привкуса | Характер проявления вкуса и привкуса |
|---|---|---|
| 0 | Нет | Вкус и привкус не ощущаются |
| 1 | Очень слабая | Вкус и привкус сразу не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при тщательном тестировании |
| 2 | Слабая | Вкус и привкус замечаются, если обратить на это внимание |
| 3 | Заметная | Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воде |
| 4 | Отчетливая | Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья |
| 5 | Очень сильная | Вкус и привкус настолько сильны, что делают воду непригодной к употреблению |
Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый.
Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще
всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком свободного диоксида углерода и т.д.
Цветность
Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.
Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и
соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов.
Минерализация
Минерализация – суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьирует от 30 до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40–50 мг/л до сотен г/л (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10–120 мкСм/см.
Согласно ГОСТ 17403-72 природные воды по минерализации разделены на группы.
Характеристика вод по минерализации
| Группа воды | Единицы измерения, г/кг |
|---|---|
| Пресные | До 1 |
| Солоноватые | Более 1 до 25 |
| Соленые | Более 25 до 50 |
| Рассолы | Более 50 г/кг |
Предел пресных вод – 1 г/кг – установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен – соленый или горько-соленый.
Электропроводимость
Электропроводимость – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость воды зависит в основном от концентрации раство
ренных минеральных солей и температуры. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO4 2-, HCO3. Этими ионами и обусловливается электропроводимость природных вод. Присутствие других ионов, например Fe3+, Fe2+, Mn2+, Al3+, NO3 -, HPO4 2-, H2PO4 -, не сильно влияет на электропроводимость, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводимости можно приближенно судить о минерализации воды.
Жесткость
Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов. По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом.
В России жесткость воды выражают в ммоль/л.
В жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, образование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически – до 530.
Но, конечно, основные неприятности – от накипеобразования.
Международные своды нормативов качества воды не нормируют жесткость воды – только отдельно содержание в воде ионов кальция (Са2+) и магния (Mg2+): нормы качества питьевой воды
Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), такие же нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ИСО, а также Национальные нормы питьевой воды США.
Щелочность
Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых
кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов.
Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная – в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, рН которых обычно < 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды.
Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.
Органические вещества
Спектр органических примесей очень широк:
группа растворенных примесей:
- гуминовые кислоты и их соли – гуматы натрия, калия, аммония;
- некоторые примеси промышленного происхождения;
- часть аминокислот и белков;
группа нерастворенных примесей:
- фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли – гуматы кальция, магния, железа;
- жиры различного происхождения;
- частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.
Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.
Растворенный кислород
Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.
Водородный показатель (рН)
Величина pH – один из важнейших показателей качества воды для определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах.
Воду в зависимости от рН рационально делить на семь групп
| Группа воды | Значение pH |
|---|---|
| Сильнокислая | До 3.0 |
| Кислая | Более 3.0 до 5.0 |
| Слабокислая | Более 5.0 до 6.5 |
| Нейтральная | Более 6.5 до 7.5 |
| Слабощелочная | Более 7.5 до 8.5 |
| Щелочная | Более 8.5 до 9.5 |
| Сильнощелочная | Более 9.5 |
Тяжелые металлы
Тяжелые металлы выделяются из общей группы металлов по специфической вредности для живых организмов.
Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы. В экологических публикациях
в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.
Н.Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см3, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец. Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму.