Исследование методов очистки и оценки качества питьевой воды метод

Биогенные вещества. К этой группе относят соединения, необходимые для жизнедеятельности водных организмов и образующиеся ими в процессе обмена вещества. Это, в первую очередь, минеральные и органические соединения азота, а также фосфора.

Органические формы азота представлены белками и продуктами их распада и поступают они в водные объекты с очищенными сточными водами. Неорганические соединения азота NН4+, NO2–, NO3– могут образовываться при разложении азотсодержащих органических соединений или же поступают в водоемы с атмосферными осадками, при вымывании удобрений из почвы. Промежуточной формой окисления аммонийного азота в нитраты NO3– являются нитриты NO2–.

Важным биогенным элементом является фосфор. В природных водах соединения фосфора присутствуют в небольших концентрациях и оказывают существенное влияние на водную растительность.

Микроэлементы. Это такие элементы, содержание которых в воде составляет менее 1 мг/л. Микроэлементы в природных водах могут находиться в виде ионов, молекул, коллоидных частиц, взвесей, входить в состав минеральных и органических комплексов. В питьевой воде важное гигиеническое значение имеют соединения йода и фтора.

Органические вещества. В природных водах они бывают в виде гумусовых соединений, которые образуются при разложении растительных остатков. Органические примеси сточных вод вследствие их многообразия, сложности и трудности анализа непосредственно не определяются.

Для характеристики степени загрязненности воды органическими соединениями применяют такие косвенные методы, как окисляемость воды и биохимическое потребление кислорода.

Активная реакция воды является показателем щелочности или кислотности, количественно она характеризуется концентрацией водородных ионов: для нейтральной воды рН = 7, для кислой – меньше 7 и для щелочной – больше 7. Активная реакция природных вод обычно варьируется в пределах 6,5–8,5 рН. Для сточных вод рН

11

колеблется в больших пределах в зависимости от происхождения. Активную реакцию воды определяют с помощью рН-метра.

Биологические показатели качества воды главным образом относятся к природным водам. Основные из них – гидробионты и гидрофлора. Гидробионты подразделяются на планктон – обитателей, пребывающих в толще воды от дна до поверхности. Гидрофлора водных объектов определяет макро- и микрофитами. К первым относится высшая водная растительность, а ко вторым – водоросли.

При отмирании и разложении макрофитов вода обогащается органическими веществами, ухудшая органолептические показатели качества воды. Микрофиты не только поглощают углекислоту, но и продуцируют кислород.

Бактериологические показатели качества воды характери-

зуют безвредность воды относительно присутствия болезнетворных микроорганизмов.

Важным бактериологическим показателем является содержание бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды, которое определяет величину колииндекса. Наименьший объем воды (в мл), приходящийся на одну кишечную палочку, называется колититром.

Определение санитарно-бактериологических показателей осуществляется микробиологическими методами.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием требованиям и нормативам:

– по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение;

– содержанию вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения;

– содержанию вредных химических веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека.

Минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ (TDS – total dissolved solids). Этот параметр также называют содержанием

12

растворимых твердых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся именно в виде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде.

Уровень солесодержания в воде обусловлен качеством воды в природных источниках (которые существенно варьируются в разных геологических регионах вследствие различной растворимости минералов). Кроме природных факторов, на общую минерализацию воды большое влияние оказывают промышленные сточные воды, городские ливневые стоки (особенно когда соль используют для борьбы с обледенением дорог) и т.п. Оценка минерализации проводится при помощи шкалы, представленной на рис. 1.

Рис. 1. Оценка качества питьевой воды по минерализации

Электропроводность (ЕС). Для определения общего содержания растворенных солей используют свойство водных растворов проводить электрический ток. Как правило, чем выше жесткость воды, тем больше её удельная электропроводность. Единицей измерения служит сименс (См) или микросименс (мкСм). Чаще всего ее выражают в виде удельной электропроводности (отнесенной к единице длины проводника) в мкСм/см.

13

Для оценки качества воды используют показатели прозрачности и мутности (снижение прозрачности воды, вызываемое присутствием нерастворимых взвешенных веществ). Прозрачность определяется при помощи различных тест−комплектов, а мутность определяется по градуировочному графику, исходя из измеренной величины прозрачности. Норматив мутности для питьевой воды − 1,5 (2,0) мг/дм3 по каолину или 2,6 (3,5) ЕМФ/дм3 по формазину.

3.4. Классификация по уровню жесткости и нормативные значения питьевой воды

Различный суммарный уровень растворенных в воде солей кальция Ca и магния Mg характеризует так называемую общую жесткость воды. Гидрокарбонаты магния и калия образуют карбонатную (временную) жесткость, которая полностью устраняется при длительном кипячении воды, но переходит в нерастворимый осадок с выделением углекислого газа. Некарбонатная жесткость, или остаточная общая жесткость воды остается и является контролируемым и регулируемым параметром систем водоподготовки котловой или подпиточной воды.

Измеряется общаяжесткостьв разныхстранахвсвоих единицах:

–ppm (или мг/литр) CaCO3;

–1 dH (немецкий градус жесткости) = 17, 8 ppm;

–1 f (французский градус жесткости) = 10 ppm;

–1 мг−экв/л = 50, 05 ppm.

При жесткости до 4 мг−экв/л вода считается мягкой;

–от 4 до 8 мг−экв/л – средней жесткости;

–от 8 до 12 мг−экв/л – жесткой;

–свыше 12 мг−экв/л – особо жесткой.

14

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1.Устройство и принцип работы стенда

Внешний вид стенда представлен на рис. 2. Стенд представляет собой стол лабораторный 1 оригинальной конструкции, выполненный в виде сборно-разборного металлического сварного каркаса, на котором устанавливаются столешница 2 и вертикальная панель 3. На столешнице 2 установлена раковина сливная 4, которая соединяется с существующей в помещении лаборатории системой канализации. На столешнице также размещены мерные стаканы 5 и «Набор химико-аналитических средств (НХС)» 6.

Рис. 2. Внешний вид стенда

На вертикальной панели 3 закреплены гидросистема 7 для подвода воды, фильтры «Аквафор В300» 8, «Гейзер-М» 9, «Родник 3м»

15

10 и установка очистительная «Изумруд» 11. Гидросистема 7 имеет основную водную магистраль и пять отводных каналов подвода воды. На каждом из отводных каналов установлены шаровые краны 12. Фильтры и установки очистительные подсоединены к четырем каналам подвода воды, а пятый канал предназначен для отбора проб неочищенной водопроводной воды. Подвод воды к гидросистеме 7 осуществляется от системы водопровода холодной (питьевой) воды.

Принцип работы фильтра «Аквафор В300» основан на использовании свойств активированного углеродного волокна «Аквален», обеспечивающего глубокую очистку воды.

Принцип работы фильтра «Гейзер-М» основан на использовании уникального ионообменного материала. Очистка воды осуществляется в три стадии. Первая стадия – удаление из воды грязи и ржавчины. Вторая стадия – удаление солей тяжелых металлов химическим связыванием. Третья стадия– микробиологическаяочистка.

Принцип работы фильтра «Родник 3м» основан на применении высококачественного угольного фильтра, часть которого насыщена серебром.

Принцип работы установки для очистки питьевой воды «Изум- руд-С» основан на применении диафрагменных электрохимического и каталитического реакторов с вихревой реакционной камерой.

Для оценки качества питьевой воды используются набор хими- ко-аналитических средств (НХС) и прибор СОМ 100. С помощью набора НХС производится контроль воды по наиболее актуальным химическим показателям: активный хлор, алюминий остаточный, железо общее, жесткость общая, pH, электропроводность. С помощью прибора СОМ 100 производится измерение концентрации солей твердых веществ в воде.

4.2.Меры безопасности при выполнении работы

Кработе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе.

16

При очистке воды конкретным фильтром или установкой не допускается устанавливать расход воды, превышающий значение, указанное в паспорте этого фильтра или установки.

Не допускается включать напряжение на фильтре «Изумруд-С» без предварительной подачи воды.

При появлении протечек в гидросистеме следует прекратить проведение лабораторной работы до устранения неисправности.

Во избежание протечек давление в гидросистеме следует регулировать при помощи вентиля на отводном канале.

4.3.Порядок проведения лабораторной работы

4.3.1.Порядок проведения забора проб воды

1)Открыть полностью шаровый кран на свободном отводном канале. Постепенно открывая водопроводный кран, находящийся на

входе в гидросистему, установить расход воды 8,3 10–6 м3/ч (0,5 л/мин). Расход воды определяется следующим образом: с помощью секундомера засечь время, за которое в стакан вытечет 0,2 10–3 м3 (200 мл). Время заполнения стакана должно быть 24 с.

2)Произвести отбор 0,15 10–3 м3 (150 мл) неочищенной водопроводной воды в стакан.

3)Закрыть шаровый кран на свободном отводном канале.

4)Полностью открыть шаровые краны на отводных каналах, соединенных с фильтрами «Аквафор В300» и «Гейзер-М». Произ-

вести отбор 0,15 10–3 м3 (150 мл) очищенной воды в стаканы. Закрыть краны на каналах с фильтрами и открыть кран на свободном канале.

5)Выполнив аналогичные действия, изложенные в п. 1, установить расход 2 л/мин. Закрыть шаровый кран на свободном отводном канале.

6)Полностью открыть шаровый кран на отводном канале, со-

единенном с фильтром «Родник 3м». Произвести отбор 0,15 10–3 м3 (150 мл) очищенной воды в стакан. Закрыть кран на канале с фильтром и открыть кран на свободном канале.

17

7)Выполнив аналогичные действия, изложенные в п. 1, установить расход 1 л/мин. Закрыть шаровый кран на свободном отводном канале.

8)Полностью открыть шаровый кран на отводном канале, соединенном с фильтром «Изумруд-С». Для очистки питьевой воды установкой «Изумруд-С» включить её в сеть переменного тока.

Произвести отбор 0,15 10–3 м3 (150 мл) очищенной воды в стакан. Закрыть кран на канале с фильтром. Выключить установку для очистки питьевой воды «Изумруд-С» от сети переменного тока.

9) Провести измерение содержания примесей (по указанию преподавателя) сначала в пробах очищенной воды, а затем в пробе неочищенной воды:

а) с помощью «Набора химико-аналитических средств (НХС)» в соответствии с методикой;

б) с помощью прибора СОМ 100.

10) Произвести оценку эффективности очистки водопроводной воды по формуле

где M – концентрация примеси в неочищенной воде; n − концентрация примеси в очищенной воде.

4.3.2. Определение мутности/прозрачности воды

Метод определения мутности/прозрачности воды основан на визуальном измерении высоты водяного столба в трубке, сквозь который различима юстировочная метка (черный крест на белой бумаге). Допускается использование черного шрифта (высота 3,5 мм, ширина линии 0,35 мм) на белом фоне.

Перечень используемого оборудования:

–трубка-цилиндр (длина 600±10 мм; диаметр 25±1 мм),

–юстировочная метка,

–шприц с соединительной трубкой.

Проведение тестирования:

1) Трубку для определения прозрачности закрепите в штативе. Поместите под дно трубки юстировочную метку.

18

2)Перемешайте тщательно пробу и залейте в трубку до уровня 60 см (300−350 мл). Прозрачность пробы наблюдайте сверху через открытое отверстие трубки при достаточном освещении.

3)Понижайте уровень водяного столба, постепенно отбирая воду из столба шприцом с соединительной трубкой до тех пор, пока не станет видимой метка.

4)Определите по делениям на трубке максимальную высоту водяного столба, при которой различима метка.

5)Полученные данные водяного столба приведите с точностью до 1 см. Результаты анализа представте в следующем виде: Прозрачность (Н)___см.

6)По градуировочному графику (рис. 3) определите мутность воды в ЕМФ/дм3 по формазину или в мг/дм3 по каолину.

Примечание. При прозрачности водяного столба менее 15 см пробу анализируемой воды разбавьте в 2−10 раз дистиллированной водой и повторите тест. Результат измерения разделите на коэффициент разбавления.

19

Пример. Измерили максимальную высоту водяного столба, сквозь который различима метка. Пусть прозрачность оказалась равна Н − 40 см. Пользуясь градуировочным графиком, нашли соответствующее значение мутности – 1,50 мг/дм3 по каолину или 2,6 ЕМФ/дм3 по формазину.

4.3.3. Измерение общей минерализации воды

Для измерения уровня общей минерализации (солесодержания) применяется прибор СОМ 100. Кроме того, прибор СОМ 100 предназначен дляопределения электропроводности итемпературыводы.

Принцип действия СОМ 100 основан на прямой зависимости электропроводности раствора (силы тока в постоянном электрическом поле, создаваемом электродами прибора) от количества растворенных в воде веществ.

Показания прибора при измерении:

–минерализация (TDS) выражается в ppm (parts per million –

частиц на миллион) или в мг/л;

–электропроводность (ЕС) выражается в микросименсах (мкСм);

–температура в градусах по Цельсию (С), либо в градусах по Фаренгейту (F).

Проведение измерений:

1. Снимите защитный колпачок с прибора СОМ 100.

2. Включите прибор, нажав клавишу ON/OFF.

3. Выберите режим измерений – для переключения между режимами нажмите и удерживайте кнопку HOLD/MODE. На дисплее прибора будет отображаться выбранный режим:

–EC c KCI,

–EC c 442,

–EC c NaCI,

–TDS c KCI,

–TDS c 442,

–TDS c NaCI.

20