Инструкция По Химическому Анализу Воды Прудов
Вода озер, водохранилищ и больших по площади прудов неоднородна по своему составу, поэтому пробы отбирают на разных участках и с различных глубин в одних и тех же местах. На рыбоводных прудах должны быть определены стационарные точки для взятия проб воды. В нерестовых прудах это может быть одна точка, в выростных и нагульных в зависимости от площади и конфигурации — обычно 2—4 точки.. Пробы воды для химического анализа отбирают с помощью специальных приборов — батометров (рис. Существует несколько конструкций батометров. В основе батометра, изготовляемого из металла или органического стекла, лежит полый цилиндр, снабженный плотно прилегающими крышками. Отбор проб воды для химического анализа. Порядок отбора проб воды, их хранение.
Последние пять лет я занимаюсь химическим анализом воды и нахожусь в контакте с инженерами по водоподготовке. К нам приходят самые разные люди: для одних система очистки воды — очень дорогое, но жизненно необходимое приобретение, другие просто начитались страшилок в Интернете и хотят «живую воду».
Но для нас, как и для врачей, все наши заказчики одинаковы. У них есть вода — скважинная, поступающая из городского или поселкового водопровода, колодезная, речная — и её необходимо очистить до установленных норм. О том, что загрязняет воду, как её чистят и почему я спокойно пью из родника, содержащего много нитратов, пойдёт этот рассказ. Но никакие названия фирм, географические привязки и другая индивидуализирующая информация указываться не будут — я просто хочу поделиться пятью годами своих наблюдений за процессом, потому что много владельцев коттеджей могли бы меньше нервничать, если бы озаботились водоочисткой ещё на этапе заливки фундамента. Но для начала давайте определимся со структурой процесса и терминологией, чтобы общаться на одном языке.
Строго говоря, без анализа воды ни одна нормальная организация, занимающаяся водоочисткой, даже на порог вас не пустит. Всё начинается с анализа воды. Как правильно отобрать воду на анализ?
Тщательность, с которой вы выполните отбор пробы воды, в конечном счёте может существенно повлиять на цену установки. Вот общие рекомендации. Возьмите чистую пластиковую бутылку объёмом 1.5 л.
Ни в коем случае не используйте бутылки, в которых ранее находились содержащие органические вещества жидкости (квас, пиво, кефирчик, уайт-спирит) или высокоминерализованные воды. Подойдут бутылки из-под питьевой воды. Идеальный вариант — купить новую бутылку там, где торгуют напитками на розлив.
Если у вас скважина — пролейте её до постоянного состава. Рекомендации, как это сделать, должны предоставить ваши скваженщики.
Некоторые наши заказчики рассказывали, что их скважина работала на излив по две-три недели. Откройте ближайший к скважине кран до любых существующих фильтров, баков и других устройств, могущих оказывать влияние на состав воды, и пролейте несколько минут, чтобы обновить воду в трубах. На два раза ополосните бутылку отбираемой водой, после чего налейте воду под самое горлышко, навинтите крышку, слегка сожмите бутылку с боков, чтобы вода потекла через край, и завинтите крышку до конца.
Цель: набрать воду без воздушного пузыря. Доставьте воду в лабораторию в тот же день. Если нет такой возможности — храните воду в холодильнике не более двух суток.
Далее по анализу инженерами подбирается и рассчитывается система водоочистки, и если вас устраивает коммерческое предложение и вы его оплачиваете — к вам выезжают монтажники с оборудованием. Монтажникам от вас потребуются вход, выход и дренаж — откуда брать воду, куда её подавать и куда сливать. Особое внимание следует уделить именно канализации. Если у вас яма и вы её откачиваете — позаботьтесь о том, чтобы она могла одномоментно принять на себя 2-3 кубометра воды без последствий. Фильтры пропускают через себя грязную воду, грязь оседает на фильтрующем материале. Со временем ёмкость фильтрующего материала исчерпывается и он нуждается в обратной промывке — током воды снизу вверх вся грязь с него смывается в канализацию. На одну промывку может уходить от ста литров до полутора кубометров воды, в зависимости от типа фильтра и уровня загрязнения.
Инструкция По Химическому Анализу Воды Прудов
И всё это количество сольётся в дренаж минут за 20 для кабинетных фильтров и где-то за час для засыпных колонного типа. Примечание. Здесь и далее я буду приводить значения в масштабах частного домовладения. Между прочим, если в Вашем септике применяется биологическая очистка, дренажная вода может убить её. Также монтажники потребуют с вас электрическую розетку поблизости (фильтры оснащены контроллерами — электронными управляющими мозгами, которые сами знают, когда пора начинать промывку). И ещё учтите, что эксплуатироваться любые фильтры должны при температуре не ниже +5 °C, а места занимают — в зависимости от модели — до двух квадратных метров по площади и до двух метров в высоту (хотя самый маленький фильтр со всей обвязкой может поместиться в кубический метр). Да, не забудьте про давление воды на входе!
Если оно меньше 2-3 атмосфер — без повысительного насоса не обойтись. Для сравнения, системы горводоканалов обычно подают в квартиры воду под давлением около 4 атмосфер.
На входе перед фильтрами ставят грубую очистку — сетчатые фильтры, механику до 20 мкм — чтобы защитить более дорогое оборудование от проскоков песка, ржавчины и других крупных частиц. На выходе после установки рекомендуется монтировать финишную доочистку (обычно уголь — удаляет запахи, хлор и мелкие частицы).
В самой дорогой комплектации ещё могут присутствовать ультрафиолетовая лампа для обеззараживания на выходе и защита от протечек на полу, но всё это опции. А вот если Ваша вода содержит много железа, то инженер может спроектировать водоочистку с применением баков, которые занимают значительное пространство. А много железа — это сколько? Вот теперь можно поговорить о вещах, более близких к моей профессии. И начнём мы с единиц измерения. В России и за рубежом, как ни парадоксально, применяются совершенно разные единицы измерения, хотя химия одна и та же. У нас приняты мг/л и мг-экв/л, у них — ppm.
Мг/л (читается: миллиграмм на литр) — это масса исследуемых частиц, содержащаяся в одном литре раствора (а не растворителя!). Если мы исследуем ионный состав воды, то под массой частиц будет подразумеваться масса атомов одного вида. Например, 10 мг/л железа означает, что в 1 литре раствора у вас содержится 10 мг атомарного железа — того самого, у которого молярная масса, согласно таблице Менделеева, 56 г/моль. И не важно, в какой форме это железо — двухвалентный ион или трёхвалентный.
Просто некая абстракция — железо, как оно есть в таблице Менделеева. А если мы измеряем содержание какой-то соли, то под массой частиц будет подразумеваться масса молекулы этой соли.
Например, 10 мг хлорида натрия NaCl в 1 литре раствора. Мг-экв/л (читается: миллиграмм-эквивалент на литр) — с этого момента начинается особая чёрная магия. Иеремия Рихтер, немецкий химик, открыл закон эквивалентов (и попутно портал в ад) в 1792 году. Закон гласит: вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам, или m1Э2 = m2Э1. Попробуйте найти химика, который приходит в восторг, считая эквиваленты!
Мне такие маньяки пока не встречались, хотя я занимаюсь химией уже 14 лет. Начнём издалека. Возьмём обычную реакцию между мелом и соляной кислотой: CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2O + CO 2 Улетевший углекислый газ и воду отбросим, как несущественное, и выделим в этой реакции самое важное: Ca 2+ + 2Cl - = CaCl 2 (в ионной форме) Теперь возьмём каждый из ионов и заставим его вступить в гипотетическую реакцию гидрирования с катионом водорода, невзирая на знак заряда (да, мы, химики, любим всякие извращения; а на самом деле — масса катиона водорода принята за единицу, и теперь нам нужно найти количество других ионов, эквивалентное этой единице).
1/2Ca 2+ + H + = CaH (фактор эквивалентности = 0.5, а эквивалент водорода — частица 1/2Ca 2+) Cl - + H + = ClH (фактор эквивалентности = 1, а эквивалент водорода — частица Cl -) Итак, с одним катионом водорода может (условно) прореагировать либо один анион хлора, либо половинка катиона кальция. Численное выражение доли вещества, эквивалентной одному катиону водорода, называется фактором эквивалентности. Теперь мы можем сделать простой вывод: 1/2Ca 2+ = Cl - (1 эквивалент кальция = 1 эквиваленту хлора) Представим, что мы титруем щёлочность соляной кислотой (об этих страшных словах — позже). С соляной кислотой могут реагировать самые разные соли (гидрокарбонаты, карбонаты, гидроксиды.) самых разных ионов (кальция, магния, натрия.). Как нам всё это выразить в одной единице измерения? Мы не имеем права использовать здесь уже знакомую нам единицу измерения мг/л, потому что просто непонятно — миллиграмм чего?
В каком соотношении? Зато с эквивалентами эта проблема снимается сама собой: Cl - = 1/2Ca 2+ = 1/2Mg 2+ = Na + = 1/3Al 3+ и т.д.
Нам не важно, какой именно вид катиона или аниона мы оттитровали, но мы знаем, что одному эквиваленту потраченной соляной кислоты всегда будет соответствовать один эквивалент неведомой штуки, которая с этой кислотой способна прореагировать. Хорошо, с эквивалентом более-менее разобрались. А что же такое миллиграмм-эквивалент?
Это масса одного эквивалента в миллиграммах. Грубо — считается по таблице Менделеева как молярная масса, умноженная на фактор эквивалентности.
Для приведённого выше отношения это будет выглядеть так: 35.45 мг Cl - = 20.04 мг Ca 2+ = 12.15 мг Mg 2+ = 22.99 мг Na + = 8.99 мг Al 3+ Заметьте, молярная масса, например, кальция равна 40.08 г/моль, но с 1 граммом водорода может прореагировать только половинка кальция — 20.04 грамма. Вот эта цифра — 20.04 — и будет грамм-эквивалентом кальция. Или миллиграмм-эквивалентом. Или микрограмм-эквивалентом.
Эта единица удобна тем, что если мы когда-нибудь выясним, какое именно соединение прореагировало в той реакции с соляной кислотой, мы всегда сможем умножить количество миллиграмм-эквивалентов на массу одного эквивалента — и перевести таким образом миллиграмм-эквиваленты в обычные миллиграммы для конкретного соединения. Итак, мг-экв/л — это количество миллиграмм-эквивалентов вещества в одном литре раствора. Ppm (читается: пи-пи-эм, parts per million) — число частиц на миллион. Показывает, сколько исследуемых растворённых частиц находится в одном миллионе частиц раствора (не растворителя!).
Единица измерения применяется на Западе почти повсеместно. Соответствует нашему мг/л (потому что миллиграмм — это, вроде как, тоже миллионная часть от литра, при условии, что плотность раствора равна 1.00, но при таком разбавлении изменением плотности всё равно можно пренебречь). МкСм/см (читается: микросименс на сантиметр) — единица измерения удельной электропроводности воды. Берут два электрода, погружают в воду.
На один подают известное количество тока, на втором измеряют, сколько дошло. Поскольку в водном растворе носителями заряда являются ионы, то по количеству перенесённых с одного электрода на другой электрончиков можно сделать вывод об общей доле ионов в растворе. Сименс — единица, обратная сопротивлению (1 См = 1 Ом -1). Измерение удельной электропроводности иногда может дать достаточно точное представление об общем солесодержании воды. Если вода относительно чистая, то условно можно считать, что 1 мкСм/см ≈ 0.5 мг/л солей. И вот мы вплотную подошли к сущности анализа воды.
Тут надо отвлечься и уточнить, что видов анализов воды — масса. Навскидку, есть химический и микробиологический. А ещё органолептический, радиометрический, несть им числа. Я занимаюсь непосредственно химическим анализом воды, о нём и поговорим. В России документ, регламентирующий качество воды для хозяйственно-бытовых нужд, называется «СанПиН 2.1.4.1074-01».
И контролируемых параметров там — тьма тьмущая. Здесь уместно отметить, что такого понятия, как «техническая вода», ни в одном официальном документе не существует. Более того, то, что обычно в простонародье подразумевают под технической водой — это как раз вода, которую можно пить, но нельзя использовать в той самой технике. Подчас на производство или в паровой котёл нужно подавать полностью обессоленную (деионизованную) воду.
Смотреть в лаборатории все параметры, подразумеваемые СанПиНом — сумасшествие. Во-первых, на анализ одной пробы уйдёт тогда неделя (тогда как анализ по 12 показателям делается за 2 часа). А во-вторых, существующие фильтрующие материалы всё равно очищают воду только от конечного числа загрязнителей. И, конечно, большая часть указанных в СанПиНе загрязнителей практически не встречается в обычных природных водах или встречается в таком количестве, что заведомо проходит по нормам.
Пойдём по порядку со всеми комментариями (по какому именно порядку — я ещё не решил). Железо. Есть практически во всех подземных водах, а вот в поверхностных — реках, озёрах — обнаружить его можно нечасто.
Бывает в двух формах: растворимое, или двухвалентное Fe 2+ и окисленное, или трёхвалентное Fe 3+. Соли двухвалентного железа прекрасно растворяются в воде (железный купорос FeSO 4 ∙ 7H 2O многие садоводы найдут в профильных магазинах), однако кислородом воздуха очень быстро окисляются и переходят в соединения трёхвалентного железа. А вот соединения трёхвалентного железа в воде не растворимы — ржавчину все видели, а ржавчина это смесь Fe 2O 3 ∙ nH 2O и Fe(OH) 3. FeCl 3 прекрасно в воде растворяется, после чего гидролизуется до оксихлорида и выпадает в осадок. То же самое касается других растворимых соединений трёхвалентного железа — они подвержены гидролизу в водном растворе с образованием нерастворимых продуктов. Поэтому в поверхностных источниках железа мало: оно если и было изначально, то быстро окислилось при контакте с атмосферой и ушло в ил. Помимо атмосферы, естественным врагом двухвалентного железа являются железобактерии, которые живут за счёт энергии, выделяемой при окислении ими двухвалентного железа.
Зато у него есть верный союзник в виде сероводорода. В подземных водах часто содержится сероводород в большом количестве, а он является сильным восстановителем и не даёт железу окисляться даже при контакте с атмосферой. Вообще, зависимость формы железа в растворе от окислительно-восстановительного потенциала и водородного показателя наглядно отображена в диаграммах Пурбе. Железо является одним из микроэлементов и необходимо организму человека (суточная потребность — 10 мг ), и усваивается, в том числе, из воды. Конечно, содержание железа сказывается на органолептических свойствах воды (если его больше 1-2 мг/л), а избыточное его поступление в организм может спровоцировать разные отклонения в здоровье. Ну, это всегда так.
Всё есть лекарство и всё есть яд, всё дело в дозе, сказал Парацельс. ПДК железа общего в воде хозяйственно-бытового назначения составляет 0.3 мг/л.
В городском водопроводе с труб при ржавлении летит примерно 0.10.0.15 мг/л (там, где я живу). Удаляют железо просто: сначала окисляют, чтобы наверняка (напомню, окисленное железо в воде не растворимо), затем полученные частички коагулируют (укрупняют), и всю эту конструкцию ловят механическим способом — на слое загрузки.
Существуют разные каталитические загрузки, на поверхности которых все указанные процессы и происходят. Представляют они собой песок, покрытый слоем оксида марганца — того самого катализатора окисления железа — и нуждаются в периодической реагентной промывке раствором перманганата калия (нет, соединения марганца не смываются с загрузки и не попадают в очищенную воду — ну, если, конечно, вы не захотите смешать каталитический материал с лимонной кислотой). Есть и безреагентные загрузки, но перед ними требуется предварительное окисление железа, а уж каким способом — атмосферным воздухом, озоном или хлором — решит инженер. Если в Вашей воде железа до 5 мг/л — считайте, что Вам крупно повезло: установка будет подешевле. Если железа 10 мг/л — уже дорого. А вот 30 мг/л и выше — можете распрощаться с планируемой поездкой в тёплые страны. Такая установка может стоить несколько сотен тысяч рублей.
Вообще, основная стоимость большинства полупромышленных систем фильтрации как раз зависит от концентрации железа. Чем его больше — тем дороже.
Поэтому так важно тщательно пролить воду перед отбором пробы — застоявшаяся в металлических трубах вода может набрать железа, и инженер предложит вам по анализу такую установку, на которую у Илона Маска денег не хватит. Но и это ещё не всё. Отдельно стоит упомянуть про так называемое органическое железо — комплексные органические соединения, содержащие в составе молекулы атом железа (как правило, гуматы — комплексы гуминовых кислот). Выбить железо из таких комплексов нелегко, и оно не окисляется на воздухе.
Удаление из воды органического железа может быть затруднительным. Марганец. От марганца на сантехнике появляется серый налёт, поэтому нормируют его жёстко. Организму человека этот микроэлемент тоже необходим (суточная потребность 2 мг ). Из воды легко усваивается. Ещё содержится в свёкле и половине овощей вообще.
Валентностей у марганца целых семь, подробно рассматривать не имеет смысла. Двухвалентный марганец хорошо растворим, трёх- и четырёхвалентный обычно подвергается гидролизу и выпадает в виде нерастворимых гидроксидов. В отличие от железа, марганец в поверхностных водах встречается чаще. Особенно если это колодцы, и в подземной воде, питающей их, содержится какой-нибудь двухвалентный ион марганца. Дело в том, что марганец так вот запросто атмосферным воздухом не окисляется. Может захватываться осаждающимся железом и удаляться совместно с ним. Загрузки все те же самые, ибо принцип тот же: окисление, укрупнение и механическая фильтрация.
ПДК 0.1 мг/л. Жёсткость. Жёсткость замыкает тройку параметров, на которые нацелены почти все полупромышленные системы очистки воды. Да-да, есть фильтры-обезжелезиватели (удаляют железо, марганец и некоторые другие тяжёлые металлы) и фильтры-умягчители (удаляют жёсткость).
Безусловно, есть другие типы фильтров, которые работают, например, по окисляемости, но в конечном итоге для промышленных нужд вам предложат обратный осмос с предочисткой, тогда вода на выходе будет как по ГОСТу для лабораторий: 3.5 мкСм/см. Но мы отвлеклись. В школе вам рассказывали, что жёсткость — это совокупность ионов кальция и магния. Именно они выпадают в виде накипи при кипячении воды. На самом деле, такое определение не совсем корректно. Да, значительную долю жёсткости составляют ионы кальция и магния, но вообще жёсткость — это сумма всех щелочноземельных ионов, а также некоторых двухвалентных ионов тяжёлых металлов.
Цинк, барий, кадмий, даже двухвалентное железо — это всё жёсткость. Другое дело, что химик в лаборатории будет маскировать ионы двухвалентного железа при измерении жёсткости. Зато кадмий вполне себе на величине жёсткости отразится. Но поспешу вас успокоить: ионов кальция в составе жёсткости большинство — как правило, процентов 80, и ещё процентов 15 магния. Нормируют жёсткость исключительно для снижения количества накипи в чайниках, а особо рьяно — в отраслевых стандартах для всяких котельных, где жёсткости в воде быть не должно вообще. Иногда вы можете услышать, что использовать в хозяйстве нужно исключительно мягкую воду, а жёсткая, якобы, вредна.
Жёсткая вода увеличивает затраты на мыло, уменьшает срок жизни стиральной машинки Вас могут начать убеждать, аргументируя тем, что кальций из воды всё равно не усваивается, и организм получает его из молока и сыра. Это некорректно. Давайте отвлечёмся и кратко поговорим о процессе скисания молока.
В молоке содержится казеинат кальция и молочный сахар лактоза. Микроорганизмы, попавшие в молоко, начинают сбраживать лактозу, постепенно превращая её в молочную кислоту. Молочная кислота выбивает из казеината кальция кальций и замещает его на ион водорода. Казеинат кальция при этом превращается в казеин — белок молока, из которого целиком состоит творог.
А кальций остаётся в сыворотке в виде лактата кальция. Так что творог и сыр кальцием бедны. А в натуральном свежем молоке — да, кальций есть. Но, чтобы усвоиться, он сначала должен быть выбит из казеината соляной кислотой желудка.
В воде же кальций уже готовый — сразу в ионной форме, и усваивается мгновенно. Поэтому, вода — один из важнейших источников кальция в организме, а нужно нам его немало — суточная потребность составляет не менее 1000 мг.
ПДК по жёсткости — 7 мг-экв/л. Если переводить это в кальций, то в воде может содержаться (7 ∙ 20.04) 140 мг/л кальция. Так что вам потребуется выпить 7-8 литров воды, чтобы получить суточную норму. Однако накипь начинает заметно образовываться уже при содержании жёсткости порядка 4 мг-экв/л. Ручное кусковое мыло — смесь натриевых солей высших жирных кислот — при контакте с жёсткой водой превращается в смесь кальциевых солей высших жирных кислот, а кальциевые соли мыла в воде растворяются плохо. Но сейчас производители добавляют в мыло умягчающие агенты — например, трилон Б, которые нивелируют этот процесс.
Синтетические же моющие средства — порошки, гели и прочие лаурилсульфаты — вообще жёсткости не боятся и никак ею не осаждаются. Пить полезно жёсткую воду (7 мг-экв/л согласно СанПиН), руки с мылом мыть в воде с содержанием жёсткости 2.4 мг-экв/л, на стиральную и посудомоечную машины подавать мягкую воду (.