Вода и ее загрязнители

Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования. При этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.
Качество воды зависит от наличия в ее составе различных загрязнителей, так или иначе влияющих на ее свойства.

Химическая структура воды, обуславливающая способность образовывать водородные связи и диссоциировать, а также геометрия молекулы, позволяет ей вступать в физико-химическое взаимодействие с различными веществами. Воду, как абсолютно чистое соединение, можно получить только в лабораторных условиях путем синтеза из атомарных водорода и кислорода или методами многоступенчатой очистки любых водных растворов от загрязнителей.
Загрязнители, которые могут содержаться в воде, можно разделить на 4 группы: минеральные вещества, органические соединения, микробиологические организмы, газы.

Минеральные вещества - это растворимые или нерастворимые неорганические соединения. Примером таких соединений являются кислоты (HCl, H2SO4 и т.д.), основания (NaOH, Ca(OH)2 и т.д.), соли (NaCl, CaSO4 и т.д.), оксиды (Fe3O4, Al2O3 и т.д.). Кислоты, щелочи и соли способны обратимо распадаться на катионы и анионы, т.е. диссоциировать в водных растворах. Катионы и анионы образуют с молекулой воды ионные связи. Степень растворимости, т.е. сколько вещества можно растворить в объеме воды, зависит от того, на сколько ионные связи ионом и молекулой воды сильнее связей между катионом и анионом вещества. Физика растворения неорганических веществ в воде несколько сложнее, кроме всего прочего она зависит от температуры, и конечно, от свойств растворяемого вещества.

Органические соединения – это вещества, в состав и структуру которых входит атом углерода (исключение составляют некоторые неорганические вещества, также содержащие в составе атом углерода, например, угольная кислота и ее производные). Органические соединения могут быть растворимыми в воде, например, сахар (глюкоза), уксусная кислота, ПАВы, и плохо растворимыми или нерастворимыми – различные масла, парафины, бензол. Растворимость органических соединений обуславливается образованием водородных связей: чем больше водородных связей – тем выше растворимость. Действует принцип «подобное растворяется в подобном», т.е. чем более полярная молекула (с выраженным зарядом), тем легче она растворяется в воде и наоборот.

Для микробиологических организмов вода – это среда обитания, а также способ получения питательных веществ. Кроме того, вода входит в состав многих из них. Множество микроорганизмов сосуществуют с человеком и другими животным, в том числе образуя симбиотические связи, другие являются патогенными, т.е. способны вызывать болезни. Кроме того, вред могут оказывать продукты жизнедеятельности микроорганизмов или их распада.

Газы растворяются в воде пропорционально парциальному давлению над поверхностью воды. При этом, некоторые газы способны образовывать водородные связи с молекулами воды или вступать в химические реакции (например, углекислый газ, аммиак). Растворимость газов зависит от давления и температуры, так чем выше давление и ниже температура, тем выше растворимость.

Показатель качества Описание Применяемые размерности
Солесодержание Солесодержание, или минерализация, это общее количество солей неорганической и органичной природы, растворенных в воде. Источники воды, в зависимости от величины солесодержания, можно разделить на: пресные, солоноватые, соленые и рассолы. мг/л = ppm
мкг/л = ppb

Сухой остаток Масса вещества, которая получаемая после выпаривания и последующего высушивания при 110° С до постоянной массы известного объема воды. В отличии от солесодержания, не учитываются легколетучие органические соединения и некоторые соединения углекислоты. Может давать завышенные значения за счет гигроскопичности некоторых солей. мг/л = ppm
Жесткость Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных концентрацией в ней щелочноземельных элементов, преимущественно ионов кальция и магния (Ca2+, Mg2+). мг-экв/л = °Ж
ppm = [°Ж] x 50
pH pH – мера кислотности водного раствора. Вычисляется, как отрицательный десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе: pH=- lg [H+]. Это значит, что чем выше в растворе концентрация ионов H+, тем ниже pH такого раствора. Значения pH варьируются в пределах от 1 до 14, нейтральным значением считается pH=7. рН определяется с помощью индикаторов или потенциометрическим методом. -
Удельная электропроводность Удельная электропроводность – это мера способности раствора проводить электрический ток. В физическом смысле удельная электропроводность – величина обратная сопротивлению Ом. Соли, растворенные в воде, обеспечивают увеличении проводимости воды, потому УЭП позволяет косвенно определять солесодержание с помощью кондуктометрии. Именно поэтому кондуктометры позволяют оценить степень чистоты воды. Однако надо помнить, что не все растворенные ионы обеспечивают проводимость одинаково. Кроме того, некоторые растворенные газы, например, гидраты СО2, также способны увеличивать электропроводность раствора, а органические загрязнители проводят ток очень слабо. См/м
Удельное электросопротивление Удельное электросопротивление воды – величина обратная удельной электропроводности. Сопротивление, как мера степени чистоты воды, удобна при работе с растворами, практически не содержащими солей. Впервые ультрачистую воду методом 45-кратной вакуумной дистилляции получил Вильгельм Кольрауш. Измеренное значение сопротивления полученной воды составило 23,8 МОм при 18°С и 16,4 МОм при 25°С Теоретический максимум электрического сопротивления чистой воды составляет 18,18 МОм*см при температуре 25°С. Ом*м
Общий органический углерод (TOC) Общий органический углерод (Total Organic Carbon) – общее количество органического углерода, содержащееся в водном растворе. Из названия ясно, что данная величина позволяет оценить степень загрязненности воды органическим соединениями. В большинстве случаев, метод определения сводится к определению разницы электропроводности пробы воды до и после разрушения органических соединений, с последующим пересчетом по градуировочным кривым. Для разрушения органических соединений применяют фотоокисление, при котором в воду высвобождаются оксиды углерода и другие веществе, увеличивающие электропроводность. Современные методы позволяют определять ТОС в непрерывном режиме, что удобно также для косвенной оценки микробиологического загрязнения. мг/л = ppm
мкг/л = ppb