К физическим показателям кроме органолептических относятся еще температура воды и КВЧ (количество взвешенных частиц, или грубодисперсных примесей)
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОД
Загрязнением водоемов называется любое отрицательное действие (нарушение или ухудшение условий водопользования), вызванное поступлением или появлением в водоеме веществ, связанных прямо или косвенно с деятельностью человека. Для оценки качества воды и состояния водных объектов помимо определения индивидуальных веществ (индивидуальных показателей) очень широко используются групповые и обобщенные показатели качества, некоторые из которых описаны ниже.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОД
Органолептические свойства воды
Для оценки качества воды важное значение имеют ее органолептические свойства, воспринимаемые органами чувств человека. К числу органолептических показателей качества воды относятся плавающие примеси, запах, привкус, прозрачность, мутность, цветность. Последние два показателя относятся к органолептическим, хотя определяются физическими методами, поскольку они, также как запах и привкус, приобретают значение при оценке качества воды лишь в меру восприятия органами чувств человека.
Органолептические свойства относятся к числу обобщенных показателей качества вод, т.к. изменение органолептических свойств отражает наличие в воде ингредиентов, лимитированных по органолептическому признаку вредности (а таких - свыше 50% от всех нормируемых веществ). Соответственно оценка органолептических свойств воды производится:
1. сначала по интенсивности допустимого изменения обобщенных органолептических показателей, а затем
2. по содержанию химических вещещств, вредность которых определяется их способностью в минимальных концентрациях ухудшать органолептические свойства воды.
ЗАПАХ
Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.
По запаху обнаруживаются в основном органические вещества. Из неорганических веществ обладают сильным запахом только аммиак и сероводород. В природных водах присутствие аммиака и сероводорода объясняется, как правило, разложением органических веществ, смешанный запах этих компонентов обнаруживается при гниении в водоемах, загрязненных органическими веществами. Сероводород может присутствовать также в некоторых незагрязненных подземных водах. Запах питьевой воды, получаемой путем обработки поверхностной воды, обусловлен свойствами используемой сырой воды, технологическим процессом улучшения ее качества и способом обработки. Например, после хлорирования вода, в которой присутствуют фенолы, приобретает неприятный запах хлорфенолов, из которых 2,4-дихлорфенол ощутим органолептически при содержании 0,002 мг/л и более.
На запах подземных и поверхностных вод влияет присутствие в них органических веществ.
Загрязнение сточными водами обнаруживается не только появлением запаха, но и запахом продуктов разложения их компонентов (сероводород, индол, скатол и т.д.). Некоторые виды организмов вызывают специфические запахи, напоминающие, например, запах огурцов (Synura), пеларгонии (Asterionella), настурций (Apha-nizomenon), фиалок (Mallomonas), рыбы (Uroglenopsis, Dinobryon), свинарника (Anabaena) и т. п. Равным образом характерный запах воде придают некоторые плесени и актиномицеты.
Запах сточных вод населенных мест, представляющий собой смесь запаха фекалий с запахами разложения жиров, белков, мыла и т. д., является довольно характерным. Он зависит от разложения хозяйственно-бытовых стоков и от того, какие в воде преобладают процессы — окислительные или восстановительные. Подобный запах могут иметь также некоторые сточные воды предприятий пищевой промышленности. Сточные воды от термической переработки угля имеют запах фенолов, смолы, сероводорода; сточные воды химической промышленности имеют характерные запахи, зависящие от вида производства, например запах органических соединений: сероуглерода, сложных и простых эфиров, спиртов, органических кислот, азотсодержащих соединений, меркаптанов, ацетилена и т. д.
При определении запаха питьевых, поверхностных или сточных вод во всех случаях сначала устанавливают характер запаха (гнилостный, огуречный и т. п.), затем определяют его интенсивность, что делают или органолептически, выражая интенсивность запаха по пятибалльной шкале, или же проводя «пороговое испытание» — разбавляя анализируемую пробу до тех пор, пока запах не исчезнет. Если анализируемая вода содержит только одно сильно пахнущее вещество и известна его концентрация, то интенсивность запаха можно найти соответствующим расчетом.
Запах зависит от химического состава примесей, растворенных в воде, и температуры. Поэтому определение характера и интенсивности запаха производят при 20оС и при нагревании до 60оС в колбе, покрытой часовым стеклом. Вместе с результатом определения запаха следует всегда указывать температуру, при которой проводилось его определение.
По характеру запахи делятся на 2 группы:
1. Запахи естественного происхождения (от живущих и отмерших в воде организмов, от влияния почв и т. п.) находят по классификации, приведенной ниже:
| Характер запаха | Примерный род запаха |
| Ароматический | Огуречный, цветочный |
| Болотный | Илистый, тинистый |
| Гнилостный | Фекальный, сточной воды |
| Древесный | Мокрой щепы, древесной коры |
| Землистый | Прелый, свежевспаханной земли, глинистый |
| Плесневый | Затхлый, застойный |
| Рыбный | Рыбы, рыбьего жира |
| Сероводородный | Тухлых яиц |
| Травянистый | Скошенной травы, сена |
| Неопределенный | Не подходящий под предыдущие определения |
2. Запахи искусственного происхождения (от промышленных выбросов, для питьевой воды — от обработки воды реагентами на водопроводных сооружениях и т.п.) называют по соответствующим веществам: хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т. п.
Интенсивность запаха также оценивают при 20 и 60°С по 5-балльной системе согласно нижеприведенной табл.
| Балл | Интенсивность запаха | Качественная характеристика |
| Никакой | Отсутствие ощутимого запаха | |
| Очень слабая | Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем | |
| Слабая | Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание | |
| Заметная | Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением | |
| Отчетливая | Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья | |
| Очень сильная | Запах, настолько сильный, что вода становится непригодной для питья |
Словесное описание запаха и определение его интенсивности зависят от опыта и индивидуальных способностей исследователя. Для исключения субъективной ошибки целесообразно сотрудничество нескольких лиц.
Другим способом количественного определения запаха является нахождение порогового числа по запаху, выражающего во сколько раз максимально можно разбавить анализируемую воду чистой, не имеющей запаха водой, чтобы запах пробы еще ощущался. Для разбавления используют водопроводную воду, предварительно пропущенную через колонку с активированным углем. Дистиллированную воду применять не следует, т.к. она имеет своеобразный запах.
Наибольшее из разбавлений, при котором смесь еще обладает ощутимым запахом, и есть пороговое число n:
n = (А + В)/А,
Где А – взятый для разбавления объем анализируемой воды, мл;
В – объем разбавляющей воды, мл.
Соответствующая пороговому числу концентрация вещества называется пороговой концентрацией, т.е. это такая минимальная концентрация вещества, при которой запах его в воде становится ощутимым. Пороговые концентрации запаха многих веществ можно найти в справочниках.
По существующим нормативам запах воды водоемов не должен превышать 2 баллов, обнаруживаемых непосредственно в воде, или (для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования) после ее хлорирования. Если этот норматив не превышен, то нет необходимости определять количественное содержание в воде всех тех веществ, для которых ПДК установлена по запаху.
Норматива на пороговое число нет. Однако этот показатель также может оказаться весьма полезным.
Во-первых, при определении порогового числа для сточных вод можно оценить возможность их сброса или требуемую кратность разбавления перед сбросом в водный объект. Если пороговое число по запаху для сточной воды меньше, чем фактическая кратность разбавления сточных вод в водоеме, то такую сточную воду можно сбрасывать без предварительной обработки. Если же фактическая кратность разбавления сточных вод в водоеме меньше порогового числа, то сточную воду перед сбросом в водоем необходимо предварительно обработать для снижения запаха или дополнительно разбавить. При этом отпадает необходимость определять количественное содержание в сточной воде тех веществ, для которых ПДК установлена по запаху.
Во-вторых, если запах воды обусловлен преимущественно каким-либо одним веществом, то определив пороговое число, можно рассчитать содержание этого вещества в пробе, не прибегая к количественному аналитическому определению этого вещества. Для этого в справочнике находят значение пороговой концентрации запаха данного вещества. Эта величина для разных веществ может различаться на 4-6 порядков. Например, для анилина пороговая концентрация запаха равна 70 мг/л, для н-бутилмеркаптана – 0,006 мг/л, для стирола – 0,73 мг/л.
Пример. Рассчитаем концентрацию стирола в воде (Сх), для которой определено пороговое число по запаху.
При разбавлении исходной воды в n раз концентрация стирола станет равна пороговой, которая по справочным данным равна 0,73 мг/л.
При этом исходная концентрация стирола уменьшится в n раз.
Тогда Сх/n = 0,73
Сх = 0,73 n.
Однако такое определение концентрации Сх имеет не высокую точность.
ВКУС И ПРИВКУС
Вкусовые свойства воды обусловлены присутствием веществ природного происхождения или веществ, которые попадают в воду в результате загрязнения ее стоками. Подземные воды, содержащие только неорганические растворенные вещества, имеют специфический вкус, который вызван наличием железа, марганца, магния, натрия, калия, хлоридов и карбонатов. Все эти естественные компоненты природных вод нормируются в питьевой воде по органолептическому признаку вредности – по привкусу. Привкус воды может меняться под влиянием поступающих в водоем сточных вод. Например, фенол, содержащийся в сточных водах, придает воде привкус и запах карболки. Кроме того вкус и привкусы воды могут изменяться после хлорирования воды в процессе водоподготовки.
Определение вкуса и привкуса производится главным образом при выборе источников питьевого и культурно-бытового водопользования и при контроле качества питьевой воды.
Определение вкуса допустимо только в таких пробах, относительно которых есть уверенность, что в них отсутствуют возбудители болезней и токсичные вещества. Если на этот счет имеются сомнения, то удовлетворяются результатами химического и бактериологического анализа.
Различают четыре основных вкуса: соленый, сладкий, горький, кислый. Кроме них можно отмечать также и некоторые привкусы (например, щелочной, металлический, рыбный и т. д.).
Вкус и привкусы оценивают как качественно, так и количественно по интенсивности в баллах. Количественно интенсивность вкуса и привкуса определяют по пятибалльной шкале, так же как и запах.
Результат определения зависит от вкусового восприятия и опыта исследователя. Исследователь не должен иметь дефектов вкусового восприятия. Нарушение его может быть вызвано курением, употреблением пряной пищи, алкоголя, переутомлением, болезнью.
Для избежания ошибки необходимо, чтобы определение вкуса проводили одновременно несколько человек. Вкус определяют при температуре пробы в момент ее отбора, при комнатной температуре и при 60°С. В рот набирают 10—15млводы, несколько секунд держат, не проглатывая, а затем сплевывают.
В соответствии с установленными нормативами в источниках питьевого водоснабжения вкусы и привкусы воды, обнаруживаемые непосредственно в водоеме или после ее хлорирования, не должны превышать 2 баллов.
ЦВЕТНОСТЬ
Чистые природные воды, взятые в малом объеме, обычно почти бесцветны. В толстом слое чистая вода имеет голубоватый оттенок. Желтоватый цвет поверхностных вод вызывается главным образом присутствием гуминовых веществ и соединений железа (III). Количество этих веществ зависит от геологических условий в водоносных горизонтах, от характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне исследуемой реки.
При загрязнении водоема стоками промышленных предприятий вода может приобретать окраску, не свойственную цветности природных вод. Цвет сточных вод может быть различных оттенков. Во многих случаях окраска воды вызвана, например, присутствием микроорганизмов, частичек ила, сульфидов и других взвешенных веществ.
Цветность природных вод определяют визуально или фотометрически, сравнивая с растворами, имитирующими природную цветность. В качестве стандартной рекомендуется платиново-кобальтовая шкала цветности, приготовленная из раствора хлорплатината калия K2PtCl6 и хлорида кобальта CoCl2. При отсутствии хлорплатината калия шкалу, имитирующую цветность, приготовляют из двухромовокислого калия K2Cr2O7 и сернокислого кобальта CoSO4.
Цвет определяют после отделения взвешенных веществ фильтрованием или центрифугированием.
Исследуемая проба сопоставляется визуально или фотометрически при 
=413 нм (синий светофильтр) со стандартным раствором хлорплатината калия, содержащим разное количество платины.
Результаты выражаются в миллиграммах платины на 1 л или в градусах цветности. Окраска воды, соответствующая окраске раствора, который содержит 0,1 мг платины в 1 мл, называется градусом цветности.
Цветность вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения не должна превышать 20 градусов цветности.
Описанный метод пригоден только для исследования природных вод, желтоватый или коричневый цвет которых вызван присутствием в них гуминовых веществ. Только в этих случаях цвет исследуемой воды будет совпадать с цветом одного из указанных выше стандартных растворов.
Сточные воды различных предприятий (особенно текстильных и анилино-красочных) могут иметь самые разнообразные окраски. Поэтому при загрязнении водоема промышленными стоками вода может иметь окраску, не свойственную цветности природных вод. При этом определяют цвет, оттенок, интенсивность окраски воды и разбавление дистиллированной водой, при котором окраска исчезает.
Цветность таких вод рекомендуется определять измерением их оптических плотностей на спектрофотометре при различных длинах волн проходящего света. Исследуемую воду предварительно профильтровывают. Оптическую плотность D измеряют при толщине слоя 10 см, вторую кювету прибора заполняют дистиллированной водой. Длина волны света, максимально поглощаемого исследуемой водой макс, является характеристикой ее цвета. Если на полученной спектрофотометрической кривой имеется несколько пиков, то соответствующие длины волн должны быть отмечены. Величина оптической плотности D при длине волны, соответствующей макс,является мерой интенсивности ее окраски.
Следует учитывать, что видимый цвет раствора является дополнительным к цвету поглощаемого излучения:
Длины волн спектра и соответствующие окраски
| Длины волн поглощаемого света, нм | Цвет поглощаемого излучения | Дополнительный (видимый) цвет раствора |
| 400 – 450 450 – 480 480 – 490 490 – 500 500 – 560 560—575 575—590 590—625 625—750 | Фиолетовый Синий Зелено-синий Сине-зеленый Зеленый Желто-зеленый Желтый Оранжевый Красный | Желто-зеленый Желтый Оранжевый Красный Пурпурный Фиолетовый Синий Зелено-синий Сине-зеленый |
В отсутствие приборов цвет воды определяют визуальным наблюдением: светло-желтый, пурпурно-красный и т.д. По правилам спуска сточных вод в водоемы требуется, чтобы вода в водоеме после смешения ее со сточной водой не имела видимой окраски при толщине слоя 20 см для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и 10 см для водоемов культурно-бытового водопользования.
Поэтому практическое значение имеет определение степени разбавления воды дистиллированной водой при котором исчезает окраска в столбике воды высотой 20 см для водоемов первого вида водопользования и 10 см для водоемов второго вида.
Для этого в цилиндры из бесцветного стекла наливают исследуемую (натуральную или разбавленную) и дистиллированную воду до метки 20 (10) см. Цилиндры просматривают сверху на белом фоне. Отмечают разбавление, при котором цвет дистиллированной и разбавленной воды станет одинаковым. Нахождение такого разбавления, которое требуется для исчезновения окраски, особенно важно для сточных вод, т.к. при этом устраняется необходимость определять количественно содержание в воде всех тех веществ, для которых ПДК установлена по цветности. Сточную воду при сбросе в водоем просто разбавляют в необходимое число раз.
Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.
МУТНОСТЬ
Мутность воды обусловлена присутствием в пробе нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Причиной мутности поверхностных вод являются прежде всего илы, кремнекислота, гидроокиси железа и алюминия, органические коллоиды, микроорганизмы и планктон. В грунтовых водах мутность вызывается преимущественно присутствием нерастворенных минеральных веществ, а при проникании в грунт сточных вод— также и присутствием органических веществ. Воды, обработанные методом коагуляции, иногда бывают мутными от избытка введенного коагулянта.
Качественное определение мутности проводят описательно: слабая опалесценция, опалесценция, сильная опалесценция, слабая, заметная и сильная муть.
Количественное измерение мутности необходимо для оценки питьевых и поверхностных вод. Измерение производится турбидиметрически (путем измерения интенсивности ослабления проходящего света) или нефелометрически (путем измерения интенсивности светорассеяния в отраженном свете). Нефелометрический метод предпочтителен для вод с малой мутностью, когда мутность вызвана преимущественно коллоидными веществами. Турбидиметрическое определение предназначено для поверхностных вод, имеющих изменчивое количество и форму тонкодисперсных примесей.
Величину мутности находят методом калибровочного графика, для построения которого используют стандартные суспензии каолина Al2O3 .2SiO2 . 2H2O. Выражают мутность в мг/л каолина (или другого стандартного веществ, например трепела – аморфного SiO2) указывая, какое вещество было взято за стандарт.
Ослабление интенсивности света с глубиной в мутной воде приводит к большему поглощению солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой воды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, снижает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение потока света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.
В соответствии с установленными нормативами в воде водоемов хозяйственно-питьевого водопользования мутность не должна превышать 1,5 мг/л SiO2.
ПРОЗРАЧНОСТЬ (СВЕТОПРОПУСКАНИЕ)
Прозрачность, или светопропускание, воды обусловлена ее цветом и мутностью, т. е. содержанием в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.
Ориентировочно прозрачность оценивают, налив 10 мл исследуемой воды в пробирку и характеризуют ее описательно также, как мутность, например слабая опалесценция, опалесценция, сильная опалесценция, слабая, заметная и сильная муть.
Количественно мерой прозрачности служит высота столба воды в см, при которой можно различать на белой бумаге стандартный шрифт с высотой букв 3,5 мм. Прозрачность по шрифту выражают в сантиметрах и определяют с точностью 0,5 см. Измерение светопропускания при помощи шрифта применяется при исследовании поверхностных вод и некоторых сточных вод; его проводят в лабораторных условиях.
При определении прозрачности в натурных условиях, а также при оценке работы водоочистных станций используют метод доски или диска Секки. Мерой прозрачности (светопропускания) служит высота водяного столба, сквозь который можно еще наблюдать белую доску определенных размеров или белый диск. Определения нельзя проводить при прямом солнечном свете.
Метод дает лишь ориентировочные результаты.
Определение прозрачности воды - обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Увеличение количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов.
К физическим показателям кроме органолептических относятся еще температура воды и КВЧ (количество взвешенных частиц, или грубодисперсных примесей).
КВЧ
Все вещества, содержащиеся в воде, можно разделить на вещества растворенные и взвешенные. Взвешенные вещества подразделяются на оседающие, неоседающие и всплывающие.
Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси) состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и режимом стока, зависит от пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т.п.
Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, состав растворенных компонентов поверхностных вод, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям.
Растворенные вещества отделяют от взвешенных фильтрованием или центрифугированием. Определение растворенных веществ и общего содержания примесей состоит в выпаривании воды, высушивании остатка и взвешивании, а определение нерастворенных веществ — только в высушивании остатка после фильтрования и взвешивании.
Такой ход определения не гарантирует теоретически правильного разделения растворенных и взвешенных веществ, а разделяет их на отделяющиеся фильтрованием и проходящие сквозь фильтр, что, однако, удовлетворяет практическим целям.
Взвешенные вещества — это вещества, которые остаются на фильтре при использовании того или иного способа фильтрования. Их определяют либо непосредственно после фильтрования пробы высушиванием при 105° С осадка до постоянной массы и взвешиванием, либо косвенно по разности между общим содержанием примесей и количеством растворенных веществ. Полученный любым из этих способов результат и дает КВЧ.
КВЧ определяют в поверхностных и сточных водах, когда прозрачность их менее 10 см. Для точного определения небольших количеств взвешенных веществ применяют фильтрование через асбест или мембранный фильтр. Для определения больших количеств взвешенных веществ целесообразно применять бумажные фильтры. Поскольку размер пор у разных фильтров различен, определение взвешенных в одной и той же воде с применением разных фильтров может привести к разным результатам, а само понятие КВЧ становится неопределенным. Поэтому рядом с результатом определения КВЧ необходимо указывать фильтрующий материал.
Взвешенные вещества могут быть представлены органическими и минеральными веществами. Для определения примерного содержания неорганических веществ во взвешенных определяют «остаток после прокаливания». Для этого высушенные взвешенные вещества прокаливают в электрической печи при 600оС до постоянной массы и взвешивают. При прокаливании органические вещества окисляются до СО2 и воды и прокаленный остаток характеризует содержание лишь нелетучих неорганических веществ во взвеси.
По разности массы сухого остатка взвешенных веществ и массы его после прокаливания вычисляют потери при прокаливании. Потери при прокаливании показывают массу органических и неорганических веществ, улетучивающихся или разлагающихся при температуре прокаливания с образованием летучих продуктов. На результатах определения отражаются изменения в массе, которые могут произойти вследствие протекающих при прокаливании реакций, например окисления минеральных веществ, потери кристаллизационной воды, потери газов при термическом разложении и т. д.
Результаты определения общего содержания примесей, растворенных и взвешенных веществ, остатков после прокаливания и потерь при прокаливании выражают в миллиграммах на 1 л.
Для оценки скорости самоочищения водоема от взвесей и для расчета отстойников требуются данные о скорости осаждения взвешенных частиц, обеспечивающей необходимую или возможную степень очистки воды от взвесей. Такие данные получают на основании изучения кинетики седиментации.
В результате сброса сточных вод содержание взвешенных веществ не должно повышаться более, чем на 0,25 мг/л для водоемов питьевого водопользования и 0,75 мг/л для водоемов культурно-бытового водопользования. Взвеси со скоростью выпадения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и 0,2 мм/с для водохранилищ и непроточных водоемов к спуску запрещены.