Методы контроля качества воды

Цель занятия. Изучить правила отбора проб воды, методы определения физических и органолептических свойств воды.

Содержание и методика проведения занятия. При проведении гидрохимических исследований особое внимание обращают наотбор проб воды. При этом указывают условия и место взятия проб воды, при хранении и транспортировке не допускают изменений в содержании определяемых компонентов или свойствах воды; объем пробы должен быть достаточным для исследования в соответствии с применяемой методикой. В практике приняты следующие типы анализов воды (табл. 1).

Таблица 1 – Типы анализов воды

Отбор проб. Место взятия пробы воды определяют в зависимости от характера водоисточника и целей исследования:

а) при использовании открытого водоема ля проектируемого централизованного водоснабжения пробу отбирают в той точке водоема и на той глубине, которые намечены для будущего забора воды для водопровода;

б) при существующем централизованном поении животных – непосредственно из водопроводного крана; при нецентрализованном поении – из открытого источника на расстоянии 5–10 м от берега на глубине 50 см, а при необходимости и на других глубинах. Придонные пробы на расстоянии 30–50 см от дна берут в том случае, если предполагается, что в результате сброса сточных вод в придонных слоях накапливаются вещества, которые могут стать источниками вторичного загрязнения воды. Для санитарного контроля чаще всего из водоема отбирают разовые пробы, а при исследовании качества воды поверхностных источников централизованного водоснабжения – не менее 12 разных проб в год, т.е. ежемесячно.

в) для проектируемого водоснабжения из подземных источников – из того водоносного горизонта, из которого намечают будущий водозабор;

г) при действующем водозаборе из подземного источника пробу берут из того источника (скважины, колодца, каптажа), который используют для водоснабжения. При наличии нескольких скважин пробы берут из каждой в часы максимального расхода воды и до начала технологических процессов на фермах.

При исследовании водопроводной воды кран открывают полностью и спускают воду в течение 15 минут.

Приборы и устройства для отбора проб воды должны соответствовать требованиям ГОСТ 17.1.5.04–81.используют в основном батометры различных конструкций, с помощью которых можно отбирать пробы из открытых водоемов с различной глубины.

Допускается отбор проб бутылью. Бутыль закрывают пробкой, к которой прикреплен шнур, и вставляют в тяжелую оправу или к ней подвешивают груз на тросе. Бутыль устанавливают на намеченной глубине, пробку вынимают с помощью шнура. Пробу воды с небольшой глубины (особенно зимой) отбирают шестом с прикрепленной к нему бутылью.

Для отбора проб воды используют посуду из бесцветного, химически стойкого стекла или полиэтилена марок, разрешенных для контакта с питьевой водой. Посуда должна быть тщательно вымыта. Перед отбором пробы ее несколько раз ополаскивают исследуемой водой, корковые и резиновые пробки кипятят в дисциллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой. Бутыль заполняют водой до верха. Перед закрытием бутыли верхний слой воды сливают так, чтобы под пробкой остался слой воздуха объемом 1–2 мл (в рыбоводстве при исследовании содержания кислорода в воде в отобранной пробе не допускают наличия пузырьков воздуха под пробкой).

При отборе пробы воды составляют сопроводительный документ, который должен содержать следующие сведения:

• наименование источника и его местонахождение;

• дата взятия пробы (год, месяц, число, час);

• место и точка взятия пробы: для открытых водоемов – расстояние от берега и глубина, с которой взята проба воды, для скважин и колодцев – отметки устья и дна, для вновь сооружаемых скважин – продолжительность откачки, результаты контрольных анализов на хлориды и железо;

• метеорологические условия: температура воздуха, наличие осадков в день отбора пробы и за предшествующие 10 суток, а также сила и направление ветра (при отборе пробы из открытого водоема);

• температура воды при отборе пробы;

• особые условия, которые могут оказать влияние на качество воды в источнике;

• цель исследования воды. При наличии у животных и рыб болезней, источником которых предполагается вода, следует сообщать клинику болезни, данные патолого-анатомического вскрытия и другие имеющиеся данные;

• место службы, должность и подпись лица, проводившего отбор воды.

Для доставки в лабораторию бутыли с водой укладывают в ящик или корзину (желательно с войлочной прокладкой). Доставленную воду исследуют в день отбора проб. Если нельзя провести химический анализ воды через 1–2 часа после отбора, то в пробу необходимо добавить консерванты (H₂SO₄, CHCl_3), чтобы избежать изменений в ее химическом составе.

Срок хранения проб и выполнения анализа не должен превышать 72 часа с момента отбора.

Физические и органолептические показатели. Физические и органолептические показатели воды оказывают существенное влияние на здоровье животных. Вода плохого качества (мутная, необычного запаха и вкуса) не возбуждает деятельность секреторных центров желудочно-кишечного тракта и при сильной жажде может негативную физиологическую реакцию.

При поении животных очень холодной водой организм переохлаждается, в результате возникают простудные заболевания, а у беременных маток – аборты.

Органолептические показатели воды оценивают в соответствии с требованиями ГОСТ 3351–74. Для проведения анализов воды необходимы реактивы, регламентированные ГОСТ4212–76.

Особое внимание обращают на условия и сроки хранения, например, растворы, содержащие 1мг (мл) элемента, иона и ряда веществ, хранят один год, 0, 1 мг (мл) – 1 месяц (если нет других указаний, а так же если нет помутнения, хлопьев, осадка). Реактивы для стандартных растворов взвешивают с погрешностью ±0, 001 г. Используют только химически чистые реактивы (х. ч.).

Доброкачественность воды источника устанавливают на основании всестороннего анализа ее санитарно-гигиенического качества в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51232– 98 «Вода питьевая» и ГОСТ 2761–84 «Правила выбора и оценка качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения». В первом стандарте приведены нормативные показатели органолептических, физических, химических свойств и бактериологического состава, которым должна удовлетворять любая водопроводная вода; во втором стандарте – показатели, которыми следует руководствоваться при выборе источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Определение температуры. Для измерения температуры воды на различных глубинах пользуются черпательным термометром, в котором термометр заключен в металлический футляр, а резервуар термометра погружен в чашечку, наполняющуюся водой в момент взятия пробы.

Применяют также ртутный или спиртовой термометр с делениями 0, 1º C. Термометр погружают в воду не мене чем на 5 минут, после чего снимают показания, не извлекая прибор из воды. В другом случае резервуар термометра обертывают марлей, погружают на определенную глубину, выдерживают не менее 10 минут, и для снятия показаний вынимают из воды. Несмотря на разность температуры воды и воздуха, показания термометра не изменяются. Для воды буровых скважин используют максимальные термометры.

Определение запаха. Наличие, характер и интенсивность запаха воды определяют органолептически. Выделяют запахи естественного происхождения (от живущих и омертвевших в воде организмов, от влияния берегов, дна, окружающих почв, грунтов и т.д.) и запахи искусственного происхождения (от промышленных сточных вод, от реагентов для обработки водопроводной воды и т.д.). Запах определяют при температуре пробы воды 20 и 60º C по шестибалльной шкале в соответствии с требованиями ГОСТ 3351–74. Для этого берут две конические колбы на 250 мл. В одну из них наливают 100 мл исследуемой воды при 20º C. Колбу закрывают пробкой, содержимое тщательно взбалтывают, пробку вынимают и сразу определяют характер запаха и его интенсивность. В другую колбу наливают 100 мл исследуемой воды, закрывают колбу часовым стеклом и нагревают на водяной бане до 60º C. После встряхивания определяют характер запаха и его интенсивность. Запах воды не должен превышать 2 баллов.

Определение вкуса и привкуса. Вкусовые качества воды зависят от наличия в ней веществ природного происхождения или веществ, которые попадают в воду в результате загрязнения ее стоками. Подземные воды часто имеют специфический привкус, зависящий от наличия железа, марганца, магния, натрия, калия, хлора. Различают четыре основные качества вкуса: соленый, сладкий, горький, кислый. Все иные вкусовые ощущения определяют как привкус: металлический, хлорный, болотный, рыбный и т.д.

Вкус определяют при температуре пробы воды 20 и 60º C. В рот набирают 10–15 мл воды и держат несколько секунд, не проглатывая.

При определении вкуса питьевой воды используют пробы бактериологически безопасные, незагрязненные и не содержащие токсических веществ. В воде открытых водоемов и источников, сомнительных в санитарном отношении, вкус устанавливают после ее кипячения и охлаждения.

Интенсивность и характер вкуса и привкуса оценивают в баллах так же, как и запах. Эти показатели не должны превышать 2 баллов.

Определение цвета. В естественном состоянии вода имеет зеленовато-голубой оттенок. Большое влияние на цвет воды оказывают растворенные или взвешенные в ней органические вещества. Существуют разные методы определения цвета воды.

Наиболее простой метод – визуальный, при котором сравнивают исследуемую воду с дистиллированной водой. Для этого берут два одинаковых цилиндра из бесцветного стекла на 100 мл, в один из них наливают 100 мл исследуемой профильтрованной воды, а в другой для сравнения – дистиллированную воду в том же объеме.

Цвет воды устанавливают при рассмотрении на белом фоне при естественном освещении. Вода может быть определена как бесцветная, светло-желтая, желтая, интенсивно-желтая, бурая и т.д.

При другом методе в цилиндры из бесцветного стекла диаметром 1, 5 см наливают исследуемую и дистиллированную воду до отметки 20 или 10 см. Цилиндры просматривают сверху вниз на белом фоне. Для воды хозяйственно- питьевого назначения цвет определяют по столбу воды в цилиндре высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения – 10 см. Для количественного определения цвета сравнивают исследуемую воду с эталоном. В качестве эталонов хромово-кобальтовой шкалы готовят два раствора. Цветность воды выражают в градусах цветности – от 0 до 500.

Определение прозрачности. Прозрачность, или светопроникающая способность воды зависит от количества содержащихся в ней механических взвешенных веществ и химических примесей.

Мутная вода всегда подозрительна в эпизоотическом и санитарном отношении, так как в ней создаются благоприятные условия для сохранения микроорганизмов. Прозрачность определяют следующими методами:

1. Метод сравнения. В один цилиндр из бесцветного стекла наливают исследуемую воду, а во второй для сравнения – дистиллированную. Вода может быть оценена как прозрачная, слабо прозрачная, слабо опалесцирующая, опалесцирующая, слабо мутная, мутная и сильно мутная.

2. Метод диска. Прозрачность воды непосредственно в открытом водоеме определяют следующим образом: берут белый диск диаметром 20 см и с помощью мерной веревки или лески опускают в воду на глубину, при которой он перестанет быть видимым.

3. Метод шрифта (Снеллена). Количественный способ определения прозрачности воды состоит в том, что исследуемую воду после взбалтывания наливают в бесцветный цилиндр, градуированный по высоте в сантиметрах. У основания цилиндра имеется тубус для выпуска воды. Цилиндр фиксируют на подставке высотой 4 см. Исследуемую воду наливают в цилиндр и под его дно подкладывают печатный шрифт №1. Затем смотрят сверху вниз через столб воды, постепенно выпуская воду через резиновую трубку до тех пор, пока шрифт будет четко различим. Высота этого столба воды, обозначенная в сантиметрах, покажет ее прозрачность. Вода считается прозрачной, если отчетливо виден шрифт через столб воды в 30 см.

Определение мутности и осадка. Мутность воды обусловлена присутствием в ней нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения. Мутность воды определяют следующими методами. Исследуемую воду хорошо взбалтывают, наливают в мерный цилиндр из прозрачного стекла на высоту 30 см. Воде дают отстояться в течение 1 часа при комнатной температуре, после чего устанавливают характер осветления воды и наличие выпавшего осадка.

В первый колориметрический цилиндр на 200 мл высотой около 50 см и ценой деления 1 см наливают хорошо перемешанную пробу воды, высота слоя которой должна быть 10, 20, 30, или 40 см в зависимости от мутности.

Во второй цилиндр наливают дистиллированную воду примерно до половины объема, и добавляют стандартную суспензию каолина, трепела или формазина до тех пор, пока жидкость в обоих цилиндрах будет иметь одинаковую мутность при просматривании сверху вниз на черном фоне (при анализе проб мутностью до 20 мг/л применяют суспензию со значением мутности 0, 1 мг/л, при мутности более 20 мг/л – со значением 1 мг/л). Затем доводят объем жидкости в обоих цилиндрах до 200 мл и при необходимости выравнивают мутности, добавляя ту же стандартную суспензию в менее мутную жидкость. Из объема суспензии, введенной в цилиндр с дистиллированной водой, вычитают объем той же суспензии, добавленной в цилиндр с пробой воды.

При оценке мутности воды особое внимание обращают на характер осадка: хлопьевидный, илистый, песчаный, серый, бурый, черный, незначительный, большой, очень большой. При большом осадке измеряют толщину его слоя (мм). Мутность (мг/л) определяют по формуле. Мутность не должна превышать 1, 5 мг/л.

Определение активной реакции воды (водородного показателя). Под водородным показателем понимают наличие свободных, активных ионов водорода. Концентрацию водородных ионов принято выражать значением pH от 1 до 14. Значение pH 7 соответствует нейтральной среде, меньше 7 – кислой, больше 7 – щелочной. pH зависит от содержания карбонатов, гидроксидов, солей, подверженных гидролизу, гуминовых кислот и т.д.

Чистая вода не является химически нейтральным соединением, так как обладает как кислотными, так и щелочными свойствами. Она очень слабо диссоциирует на катионы H⁺ и анионы ОH^–. H₂О = H⁺ + ОH^–.

Значение pH определяют электрометрическим и колориметрическим методами. Более точный метод – электрометрический. Он основан на измерении разности потенциалов, возникающих на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и исследуемым раствором, с одной стороны, и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором – с другой.

При анализе сильно загрязненных вод могут мешать жиры, минеральные масла, смолы, оседающие на поверхности электрода. Поэтому электроды необходимо промывать ватным тампоном, смоченным диэтиловым эфиром, затем раствором моющего средства, после чего тщательно ополаскивать дистиллированной водой.

Для ориентировочного определения pH воды применяют различные индикаторные (лакмусовые) бумажки.

Универсальную индикаторную бумажку смачивают исследуемой водой, и полученный цвет сравнивают с цветом на шкале (для определения pH от 1 до 10).

Определения общей токсичности воды. Токсичность воды может быть обусловлена многочисленными факторами, точно установить которые бывает затруднительно.

Экспресс-метод биотестового анализа предназначен для оперативного контроля острой токсичности воды. По его результатам можно оценить эколого-гигиеническую ситуацию. Исследуют природные поверхностные, подземные воды, а также воду хозяйственно-питьевого назначения, сточные воды животноводческих и промышленных объектов.

Метод основан на способности тест-объектов – инфузорий Paramecium caudated реагировать на появление в воде веществ, представляющих опасность для их жизнедеятельности, и направленно перемещаться по градиенту концентрации этих веществ, избегая вредного действия.

Для анализа в кювету вносят 1, 5 мл взвеси инфузорий, добавляют 0, 35 мл 5%-ного раствора поливинилового спирта, тщательно перемешивают и наслаивают 2 мл исследуемой воды. Параллельно ставят контрольную пробу со средой Лозина–Лозинского.

Через 30 минут (продолжительность тест-реакции) последовательно определяют концентрацию инфузорий в кюветах с контрольными и опытными пробами воды на приборе «Биотестер».

Количественную оценку токсического действия воды проводят путем подсчета числа движущихся клеток инфузорий, наблюдаемых в контрольной и опытной пробе, и выраженных в виде индекса токсичности.

Материалы и оборудование. Справочный материал. Рабочая тетрадь.

Задание 1. Определить температуру, запах, вкус и привкус представленных образцов воды.

Задание 2. Определить цветность и прозрачность воды.

Задание 3. В представленных образцах воды определить мутность и количество взвешенных веществ. Определить pH воды.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите правила отбора проб воды.

2. Перечислите физические и органолептические показатели воды.

3. Охарактеризуйте методы определения прозрачности воды.

4. Как определяется общая токсичность воды?

Практическое занятие 5.