Оценка водной среды с помощью измерения основных параметров её качества

142 Просмотры 9 Понравилось

Руководство по тестированию качества окружающей вас воды

Вода является одним из самых важных ресурсов нашей планеты. С постоянно растущим населением за качеством воды в окружающей среде важно следить, чтобы мы могли своевременно обнаруживать изменения и предпринимать действия по мере необходимости. В этой статье мы обсудим основы измерения параметров качества воды и методы повышения точности измерительных приборов для достижения наилучших результатов.

Что понимают под качеством воды?

Качество воды – то показатель её пригодности в конкретных целях, таких как плавание, производство продуктов питания, сельское хозяйство, производство электроэнергии и т. д. Вода, которая считается непригодной в одних целях, может быть совершенно приемлема для других. Качество – описание физических, биологических и химических характеристик воды по ключевым параметрам в определённых условиях, которые могут варьироваться в зависимости от местоположения, например, в разных точках реки или в зависимости от климата. Поверхностные воды и грунтовые воды могут также влиять на качество друг друга. Важно, таким образом, признать, что на качество воды могут негативно и позитивно влиять как природные, так и антропогенные факторы. Регулярный мониторинг источников воды может помочь выявить потенциальные проблемы до того, как они нанесут серьезный ущерб людям.

Калибровка измерительного оборудования в полевых условиях

Калибровка является важным шагом для получения точных и повторяемых результатов измерений основных параметров качества воды. В идеале вы должны откалибровать свое испытательное оборудование перед измерением, непосредственно в день отбора проб. В конце измерений также может быть выполнена калибровка. В зависимости от характера вашего исследования вам может потребоваться выполнить более частую калибровку – например, несколько раз в течение дня. Помните, что для калибровки нужно использовать только свежие буферные растворы и чистые измерительные зонды.

Основные параметры тестирования качества воды

Существует ряд параметров воды, которые принято измерять для оценки её качества. Они могут быть мерой физических характеристик (например, pH, проводимость или температура), утверждением количества питательных веществ в воде (например, нитраты и фосфаты), указанием на ключевые элементы и соединения в воде (например, растворенный кислород) и др. Каждый параметр имеет некоторые общие стандарты и принципы для определения, следует ли считать испытуемый образец приемлемым или опасным. Тем не менее, результаты этих испытаний не обязательно являются абсолютными, ведь их необходимо сравнивать относительно разных нужд.

Измерение рН воды

pH – это относительная концентрация ионов водорода и гидроксида в воде. Шкала значений рН колеблется от 0 до 14, при этом, 0 является сильным кислым раствором, а 14, в свою очередь, сильно щелочным. Измерение рН – это способ оценки пригодности воды для живых организмов растений и животных. Если вода стала слишком кислой или щелочной из-за природных или техногенных загрязнителей, это может оказать глубокое негативное воздействие на водную флору. pH считается нормальным, если он имеет значение от 5,0 до 9,0, но в идеале он будет находиться в диапазоне от 6,0 до 8,0.

Измерить рН можно с помощью простых и недорогих общих тестов – наборов для химических испытаний и pH-полосок. Оба этих метода тестирования pH дают результаты, основанные на химической реакции, которая приводит к изменению цвета образца бумаги или жидкости, который вы затем сопоставляете с эталонным цветом и получаете значение pH. Тем не менее, их использование может привести к неточным результатам.

Более точный способ тестирования pH – использование pH-метра. Однако при выборе измерителя pH следует убедиться в том, что вы нашли pH-метр и электрод, которые лучше всего подходят для конкретных работ.

Калибровка рН метра

Первое, что нужно сделать для калибровки – это выбрать буферные решения, привязанные к ожидаемому значению. Например, двухточечная или многоточечная калибровка, также известная как брекетинг, состоит из калибровки до двух значений pH – один выше и один ниже требуемого диапазона pH. Например, если вы хотите измерить pH лимонного сока, который имеет pH около 2, вы можете использовать технические буферы 1.00 и 4.01 для двухточечной калибровки. Если же pH вашего образца неизвестен, то желательно воспользоваться третьей точкой калибровки, что обеспечит наилучшую точность.

Процедура калибровки проста. Заполните стакан достаточным количеством калибровочного буфера, чтобы покрыть электрод (обычно это около 75 мл в стакане объемом 100 мл). Поместите электрод в стакан и осторожно перемешайте. Подтвердите точку калибровки, когда показания придут к стабильности, или когда цифры на дисплее не меняются в течение, как минимум, 5 секунд. Повторите данную процедуру для дополнительных точек калибровки. Обязательно промывайте электрод деионизированной водой между точками калибровки, а также по завершении процедуры, и храните зонд в соответствии с инструкциями производителя.

Измерение температуры воды

Температура является одним из самых распространенных измерений в нашей повседневной жизни. В контексте качества воды температура может указывать на условия жизни водных растений и животных. Теплые температуры обычно считаются полезными для роста водных популяций. Однако после определенной температуры температура может иметь противоположный эффект, что способствует уменьшению биологического разнообразия в воде. Ведь водные организмы, такие как рыба и планктон, хладнокровны, поэтому температура воды оказывает прямое воздействие на их температуру тела. Эти организмы имеют диапазоны температур, в которых они могут выживать или процветать. По мере того, как температура достигает высокого предела ее диапазона для организма, биологическая активность организмов будет на пике. Эта активность будет уменьшаться в нижней части диапазона. Если температура превышает допустимый диапазон для организма, доступный запас кислорода может оказаться слишком низким для поддержания жизни. Это связано с тем, что у теплой воды точка насыщения кислородом намного ниже, чем у холодной воды. Высокие температуры также способствуют росту цветков водорослей.

Температура в водоеме изменяется в зависимости от времени суток и количества солнечного света, нагревающего поверхность воды. Допустимые температуры также зависят от типа реки или водораздела, питающего поток. Например, если поток питается горными ручьями, то естественная температура потока может быть довольно прохладной (менее 68 градусов по Фаренгейту). Поток, который считается теплой водой, будет иметь среднюю температуру выше 68, но менее 89 градусов по Фаренгейту. На температуру также может влиять расход воды. Если поток воды увеличивается, возможно, в результате сильного ливня, можно ожидать, что общая температура воды будет уменьшаться.

Так называемое «термическое загрязнение» может быть вызвано стоком воды, нагретой на асфальте или бетоне. Также это может произойти от сброса в водоёмы промышленных стоков или воды, которая использовалась в качестве хладагента на атомных электростанциях. Эта вода имеет значительно большую температуру, чем вода, в которую она выгружается. Температура также может быть связана с мутностью. Поскольку количество поглощаемого света увеличивается по мере того, как вода темнеет, то температура воды увеличивается.

Стандартный прибор для измерения температуры – это термометр. Многие простые термометры используют термисторную технологию. Термистор представляет собой полупроводниковое устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. По мере повышения температуры сопротивление уменьшается. Сопротивление, измеренное термистором, затем преобразуется в значение, отображаемое в шкале Цельсия или Фаренгейта. Термисторные датчики подходят для температурного диапазона от -50 до +150 °C (от -58 до +302 °F).  Рекомендуется проверять калибровку термометров не реже одного раза в год в лабораторных условиях, чтобы ваш температурный датчик работал правильно.

Измерение проводимости (EC)/общего количества растворённых твердых веществ (TDS) в воде

Электропроводность (EC) отвечает за то, насколько хорошо вещество может передавать электрический ток. Маленькие заряженные частицы, называемые ионами, помогают нести электрический заряд через вещество. Эти ионы могут быть положительно или отрицательно заряжены. Чем больше ионов, тем выше проводимость; меньшее количество ионов приведет к снижению проводимости.

В свою очередь, общее количество растворенных твердых веществ (TDS) считывает все растворенные неорганические и органические вещества в жидкости. Результаты этого показания отображаются в виде миллиграммов на литр (мг/л), частей на миллион (ppm), грамм на литр (г/л) или частей на тысячу (ppt).

Электропроводность (ЕС) является еще одним способом оценки качества воды, поскольку увеличение присутствия общего количества растворенных твердых веществ (TDS), выраженное ЕС, может быть индикатором загрязняющих веществ. На EC могут влиять карбонаты из известняковых, искусственных загрязнителей точечных источников, таких как очистные сооружения или искусственные неточечные, такие как септические системы или сельскохозяйственные стоки.

Высокие концентрации TDS могут снизить качество воды и вызвать проблемы с водным балансом для отдельных живых организмов. С другой стороны, низкие концентрации могут ограничивать их рост и жизнедеятельность.

EC указывает на общее количество растворённых твёрдых веществ, из которых общие растворенные соли являются компонентами. Если уровень соли в TDS высок, это также может способствовать повышению кислотности воды. Однако если уровень карбонатов в TDS высок, это может способствовать увеличению щелочности. Это хороший пример взаимосвязи между параметрами качества воды.

Допустимые уровни ЕС в реках и ручьях различаются в зависимости от типа растворенных в них твёрдых веществ, и это определяет использование водоёма, например, для ловли рыбы, плавания или в качестве источника питьевой воды. Лучший способ измерения проводимости – это использование EC/TDS метра.

Калибровка измерителей проводимости

Перед проведением калибровки всегда проверяйте датчик EC на наличие загрязнений. Большинство приборов калибруются по одному стандарту, близкому к значению удельной проводимости образца. Второй стандарт можно использовать для проверки правильности работы прибора в диапазоне измерений.

Для калибровки заполните стакан эталонным раствором (около 75 мл в стакане емкостью 100 мл). Также подготовьте второй стакан для полоскания и промойте в нём электрод. Затем поместите электрод в калибровочный стакан и слегка перемешайте для удаления воздушных пузырьков. Показания придут к стабилизации через примерно 5 секунд.   Калибровка завершена. Промойте зонд деионизированной водой и храните его в соответствии с инструкциями производителя.

Измерение кислорода, растворенного в воде

Концентрация растворённого кислорода в воде является немаловажной процедурой. В океанах, реках и прочих водоёмах растворённый кислород необходим для нормального роста и развития водной растительности и живых организмов. Без него вода может оказаться токсичной из-за анаэробного разложения органических веществ. В промышленной сфере вода должна содержать не менее 2 мг/л кислорода, чтобы обезопасить водопроводные трубы от влияния коррозии. Уровень растворённого кислорода может также помочь определить относительное здоровье водного объекта. Если уровень нормален или высок, то это указывает на среду, благоприятную для процветания разнообразной водной жизни. Если уровень низок, это может указывать на наличие загрязняющих веществ в воде.

Как правило, уровень растворённого кислорода в водоёмах сильно колеблется. Это связано с процессом фотосинтеза. Поскольку ночью активность фотосинтеза меньше, уровни растворённого кислорода рано утром ниже по сравнению с другим временем дня. Также уровень растворённого кислорода зависит от турбулентности воды, которая увеличивает площадь поверхности воды, поэтому атмосферный кислород легче смешивается с ней. Другими важными факторами, влияющими на растворённый кислород, являются температура и характер сточных вод.

Концентрация растворенного кислорода чаще всего измеряется в единицах миллиграммов газа на литр воды, мг/л. (Единица мг/л эквивалентна части на миллион ppm). Важно измерять этот параметр в разное время суток, в разных точках и на разной глубине, это наст наиболее правдивую картину и поможет в оценке тенденций.

Измерение мутности воды

Мутность воды представляет собой величину, указывающую на присутствие взвешенных частиц. Чем больше частиц находится в растворе, тем выше мутность. Данный показатель может способствовать общему здоровью и качеству водного объекта. Если мутность высока, это может указывать на изобилие нитратов или фосфатов, повышенную  температуру воды или уровня углекислого газа. Это может также указывать на антропогенные загрязнители, такие как сельскохозяйственные или промышленные стоки. С повышением мутности также может увеличиться присутствие частиц тяжелых металлов и других токсинов. Также в мутных водах уменьшается разнообразие биологической жизни.

Наиболее точным способом измерения мутности является использование мутномеров, измерения с помощью которых происходят посредством пропускания инфракрасного луча через образец воды. Датчик прибора реагирует на количество света, рассеянного нерастворенными частицами, присутствующими в образце. Затем микропроцессор прибора преобразует полученные показания в нефелометрические единицы мутности.

По материалам статьи Тиффани Фредетт. Тиффани – выпускница Университета Род-Айленда, обладательница учёной степени в области биологии и сохранения дикой природы. Обладая большим опытом экологических и медицинских исследований, она использует свои технические знания в создании контента для компании Hanna Instruments.

Оставить свой комментарий


Меню блога

Последние статьи

Последние комментарии

Информация