Химические методы анализа поверхностных вод

РД 52.24.669-2005: Унифицированные методы биотестирования для обнаружения токсического загрязнения поверхностных вод суши с использованием микрозоопланктона — Терминология РД 52.24.669 2005: Унифицированные методы биотестирования для обнаружения токсического загрязнения поверхностных вод суши с использованием микрозоопланктона: 3.32 LC50: Концентрация токсиканта, приводящая к гибели 50 % взятой для… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

контроль качества — (quality control; QC): Проведение проверок или испытаний на соответствие требованиям спецификаций. Источник: ГОСТ Р 52249 2009: Правила производства и контроля качества лекарственных средств … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Нормы качества воды — 3. Нормы качества воды Установленные значения показателей качества воды для конкретных видов водопользования Источник: ГОСТ 27065 86: Качество вод. Термины и определения оригинал документа Нормы качества воды По … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

оценка — 3.9 оценка (evaluation): Систематическое определение степени соответствия объекта установленным критериям. Источник: ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207 99: Информационная технология. Процессы жизненного цикла программных средств … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

загрязнение — (contamination): Нежелательное внесение примесей химического или микробиологического происхождения или постороннего материала в исходный материал, промежуточный продукт или АФС в ходе производства, отбора проб, упаковки или переупаковки, хранения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

зона — 3.11 зона: Пространство, содержащее логически сгруппированные элементы данных в МСП. Примечание Для МСП определяются семь зон. Источник: ГОСТ Р 52535.1 2006: Карты идентификационные. Машиносчитываемые дорожные документы. Часть 1. Машин … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Результат — 3.3.1.3 Результат . Решением Конкурсной комиссии отклоняются от дальнейшего рассмотрения заявки, не удовлетворяющие хотя бы одному формальному требованию, в том числе содержащие отклонения, существенно меняющие характеристики, условия и иные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

показатель — 3.7 показатель (indicator): Мера измерения, дающая качественную или количественную оценку определенных атрибутов, выведенную на основе аналитической модели, разработанной для определенных информационных потребностей. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Критерий — признак, на основе которого производится оценка состояния ядерной и радиационной безопасности ядерных установок судов и иных плавсредств. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

контроль — 2.7 контроль (control): Примечание В контексте безопасности информационно телекоммуникационных технологий термин «контроль» может считаться синонимом «защитной меры» (см. 2.24). Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

качество — 3.1.1 качество (quality): Степень соответствия совокупности присущих характеристик (3.5.1) требованиям (3.1.2). Примечания 1 Термин «качество» может применяться с такими прилагательными, как плохое, хорошее или превосходное. 2 Термин «присущий»… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

источник

От каких факторов зависит качество поверхностных вод? Зачем нужен химический анализ состава вод суши, что он позволяет выявить. Что такое поверхностные воды, их классификация и особенности. Характеристика качества поверхностных вод. Очистка вод суши, различные методы, их преимущества и недостатки. Качество поверхностных вод напрямую связано с климатическими и геологическими особенностями региона. Химический анализ различных водоёмов позволяет выявить различные элементы и микроорганизмы, чтобы сделать выводы о пригодности данных вод для жизнедеятельности человека.

Поверхностными водами называются водотоки, собирающиеся на поверхности земли в крупные водоёмы. Все они делятся на:

Озёрные водоёмы
Речные воды
Болотные скопления
Морские водоёмы

Данные воды могут находиться в комплексе поверхностных водных объектов непостоянное время или на протяжении длительного промежутка времени (постоянно). В перечень водных объектов включаются болота, озёра, моря, реки и другие скопления воды. Вода в этих водоёмах может быть пресной или солёной.

Чистота поверхностных вод может быть разной. В процессе движения воды по суше она собирает и несёт в своих потоках различные минеральные элементы, части грунта и песка. Некоторые из частиц могут осесть на дно в процессе движения, некоторые растворятся, а другие попадут в большой водоём. Так во время прохождения потоком скалистой местности, различных препятствий и водопадов вода насыщается частицами кислорода. За счёт наличия различных органических и неорганических веществ, кислорода и при достаточном поступлении солнечного света в воде развивается и процветает множество форм жизни. Это простейшие, грибы, представители водной флоры, рыбы и ракообразные. За счёт опавшей с деревьев листвы в составе воды появляются ионообменные смолы.

Химический и физический состав поверхностной воды способен со временем меняться. А природные катаклизмы могут вызвать молниеносное изменение состава и чистоты таких вод. Поэтому так важно постоянно контролировать качество поверхностных вод.

Основное влияние на качество поверхностных вод оказывают такие факторы:

Климатические изменения
Геологические особенности

Точнее говоря, влияние оказывает не каждый фактор по отдельности, а их совокупность. Если говорить о климатическом факторе, то основное влияние оказывает частота и объём выпадающих осадков. Не менее важна и экологическая ситуация в данном районе. С дождевой водой водоёмы насыщаются нерастворёнными частицами пыли, пепла, микроорганизмами, растительной пыльцой, грибными спорами и различными бактериями. Не меньшее воздействие на состояние вод суши оказывает хозяйственная и промышленная деятельность человека. Так, атмосферные выбросы с различных предприятий попадают с осадками в воду. Это могут быть частицы серы и азота.

Среди геологических факторов можно назвать особенности русла рек, а именно то, какими породами оно образовано. Например, известняковое русло даёт прозрачную воду с высокой жёсткостью. А в русле, образованном непроницаемыми породами, образуется мягкая и мутная водная среда. Это связано с попаданием в водоток большого числа взвешенных частиц различного происхождения.

Анализ поверхностных вод позволяет выявить показатели из трёх разных групп:

Ионные составляющие воды и общий уровень насыщения минералами. Уровень минерализации воды вычисляется по принципам «венецианской» экологической концепции, а ионные составляющие находятся по методике Алекина.
Группа эколого-санитарных показателей, куда относятся насыщенность воды торфом и сапробность. В данном случае рассматриваются показатели, влияющие на биотические и абиотические составляющие жидкостных систем, а именно бактериологические, гидрофизические и гидрохимические показатели. Все они выполняют важные функции при жизнедеятельности системы. В группу гидрофизических показателей попадают такие характеристики воды, как цвет, мутность, количество взвешенных части. К гидрохимическим показателям можно отнести кислотность среды, насыщенность кислородом, концентрацию азотных содержаний и фосфорных включений, а также окисляемость среды. Гидробиологические показатели характеризуют способность системы к самозагрязнению и самоочищению, описывают биологическую активность колоний.
Концентрация токсических веществ и радионуклеидных компонентов. Данный показатель характеризует наличие в водной среде элементов, поступающий с дренажных, промышленных, почвенных или бытовых загрязнителей. Также к данной группе относится загрязнение воды веществами техногенного происхождения, к которым можно отнести частицы фармакологических препаратов, ПАВы, отравляющие вещества, пестициды, углеводороды, цианиды и др.

Химический анализ поверхностных вод позволяет выявить различные загрязнения, которые должны быть удалены перед подачей воды в трубопроводы. Принципы очистки поверхностных вод подразумевают дезинфекцию с целью уничтожения всех опасных микроорганизмов, к которым относятся микроскопические водоросли, бактерии, вирусы.

Существует несколько методов очистки поверхностных вод:

Окислительная методика (хлорирование)
Облучение ультрафиолетом

Хлорирование воды – это самый недорогой метод очищения вод от вредных микроорганизмов. Конечно, для этого могут использоваться различные реагенты, но хлор наиболее доступный. Однако его вредность может изменить состав воды в худшую сторону. Более эффективным, менее опасным является обработка озоном, но цена такой процедуры будет намного выше.

Самым безопасным и эффективным способом очистки воды является её обработка ультрафиолетовыми лучами. За счёт попадания таких лучей в ядра клеток структура ДНК необратимо повреждается, чем вызывает нарушения в репродуктивной способности микроорганизмов.

Хотите оценить качество поверхностных вод? Такой химический анализ вы можете заказать в нашей лаборатории, позвонив по указанным на сайте телефонам.

источник

Целью данной работы является выделение и интерпретация факторов, формирующих многолетнюю изменчивость химического состава воды рек севера Русской равнины.

Многообразие факторов, определяющих формирование химического состава природных вод, позволяет выделить среди них прямые и косвенные, а также главные и второстепенные. Прямыми называются факторы, непосредственно влияющие на состав воды (почвы, горные породы), к косвенным относятся факторы, действующие опосредованно. Главные факторы определяют состав вод, т.е. способствуют формированию вод конкретного гидрохимического типа (хлоридного, сульфатного и т.д.). Второстепенные же факторы способствуют появлению в воде компонентов, придающих конкретному типу воды некоторые особенности.

По характеру воздействия факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, подразделяются на:

физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);
геологические (состав горных пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия);
физико-химические (химические свойства элементов, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);
биологические (деятельность растений и живых организмов);
искусственные или антропогенные (факторы, связанные с деятельностью человека) [3; 5].

Материалы и методы исследования. Для выявления основных факторов формирования химического состава поверхностных вод севера Русской равнины были выбраны 20 гидролого-гидрохимических постов, расположенных на реках исследуемой территории. В качестве исходной информации мы принимали: концентрации главных ионов (Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , HCO₃ — , SO₄ 2- , Cl — ), соединений азота (NH₄ + , NO₂ — , NO₃ — ), общего фосфора, фосфатов, металлов (Si, Cu, Fe, Zn), минерализацию, pH, прозрачность, температуру, количество взвешенных веществ и кислорода, расход воды в день взятия пробы за период 1995-2007 гг.

В ходе работы был проведен факторный анализ, реализуемый при помощи метода главных компонент. Для лучшей интерпретации полученных факторов данный метод применялся для всей совокупности гидрохимических данных на протяжении трех гидрологических сезонов (зимней межени, весеннего половодья и летне-осеннего периода), а также для каждого створа индивидуально в течение всего гидрологического года.

Факторы объединяют в одну группу коррелируемые между собой переменные, и, если они поддаются интерпретации, это означает, что они могут быть прямо или косвенно связаны с некоторым определенным источником поступления химических веществ в водоток или процессом, их объединяющим. Для лучшей интерпретации факторов производится их вращение [1]. В данной работе применено варимаксное вращение факторов, которое минимизирует число переменных с высокими значениями нагрузок. В результате расчетов были получены матрицы главных факторов.

Факторный анализ достаточно широко применяется в гидрологии, гидрохимии и других отраслях науки. В частности, метод главных компонент использовался для исследования многолетней изменчивости качества воды рек Селенга и Киран на границе России и Монголии [4], а также при изучении влияния техногенных факторов на состав поверхностных вод в районах нефтедобычи Западной Сибири [2].

Результаты исследования. Многолетняя изменчивость качества воды рек севера Русской равнины обусловлена рядом факторов, которые вносят различный вклад в суммарную дисперсию.

При анализе процесса формирования химического состава воды рек на протяжении периода зимней межени выделено 3 основных фактора, на долю которых приходится 52,2% дисперсии выборки (табл. 1). Первый фактор объединяет биогенные элементы (соединения азота и фосфора), его можно интерпретировать как жизнедеятельность растительных и животных организмов. Известно, что в ходе процесса продуцирования органических веществ живые организмы активно поглощают азот нитратный и фосфор, растворенные в речных водах. Некоторые же соединения, такие как азот аммонийный, поступают в водоток в процессе отмирания живых организмов, а также распада продуктов их жизнедеятельности.

Таким образом, концентрации биогенных элементов и их режим зависят от интенсивности биогеохимических и биологических процессов, происходящих в водотоке. В зимний период происходит распад накопившегося органического вещества (что влечет увеличение аммонийного азота) и отмечается минимальное потребление нитратного азота растительностью.

Анализ временной изменчивости концентраций биогенных компонентов показывает, что значения изменяются во времени синхронно, свидетельствуя о наличии фактора, одновременно влияющего на указанные показатели.

Второй по силе воздействия фактор, действующий в зимний период, объединяет главные «литогенные» ионы (гидрокарбонаты, сульфаты, ионы кальция, магния и минерализацию). Данный фактор относится к группе геологических и характеризует поступление ионов в процессе растворения горных пород, на которых происходит формирование водосбора. Синхронность многолетних изменений концентраций главных «литогенных» ионов свидетельствует о единственном факторе, в качестве которого выступает литогенная основа и поступление компонентов в процессе ее растворения.

Таблица 1 — Матрица главных факторов в период зимней межени*

* В таблице указаны значения факторных весов переменных более 0,7.

Третий фактор определяет изменчивость содержания меди, он аналогичен предыдущему и относится к группе геологических, характеризуя процессы химического выветривания и растворения Cu-содержащих пород.

При анализе химического состава воды рек в период весеннего половодья выделено 3 фактора, на долю которых приходится 48,6% дисперсии выборки (табл. 2). При этом главным фактором, составляющим 31,2% дисперсии всех показателей, становится влияние литогенной основы на поступление ионов в речные воды.

Таблица 2 — Матрица главных факторов в период весеннего половодья*

* В таблице указаны значения факторных весов переменных более 0,7.

Это связано с тем, что весной происходит значительное увеличение жидкого стока рек за счет таяния снега и больших объемов поверхностного стока, что приводит к более интенсивному вымыванию элементов из горных пород и минералов.

Кроме того, именно в период весеннего половодья проявляется обратная зависимость концентраций «литогенных» ионов от значений расходов воды, что объясняется увеличением водности, приводящим к разбавлению и, соответственно, уменьшению концентраций ионов.

Фактор, отражающий интенсивность жизнедеятельности растительных и животных организмов, в весенний сезон становится вторым по значимости (12,1%). Следует отметить, что в весенний и летне-осенний периоды в данном факторе не проявляются нитраты и нитриты, которые являются питательными веществами для растительных организмов, извлекающих их из воды. Поэтому в вегетационный период (период усиленного развития водорослей) количество нитратов в открытых водоемах резко уменьшается и может доходить до аналитического нуля.

Третий фактор в период весеннего половодья характеризует процессы химического выветривания и растворения Fe-содержащих минералов. Основным источником соединений железа в поверхностных водах являются процессы выветривания горных пород, далее железобактерии окисляют двухвалентное железо до трёхвалентного и используют освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа или карбонатов.

При анализе химического состава воды в летне-осенний период было выделено 3 основных фактора, на долю которых приходится 60,3% дисперсии выборки. При этом ведущим фактором выступает деятельность растительных и животных организмов, что объясняется высокой интенсивностью биологических и биохимических процессов (снижаются концентрации нитратного азота, который активно потребляется биотой), на втором месте — литогенный фактор. Третий фактор — физический, заключается в изменении температуры речной воды. В период летней межени наблюдается существенное увеличение температуры воздуха, что приводит к нагреванию поверхностных вод, в результате создаются благоприятные условия для биохимических процессов (развитие растительности и микроорганизмов), протекающих с участием кислорода. Именно поэтому проявляется отрицательная зависимость изменений количества кислорода с изменением температуры.

Анализ данных химического состава речных вод индивидуально по каждому посту в течение всего гидрологического года позволил выявить дополнительно регионально значимые факторы. Один из таких факторов объединяет поступление кремния и нитратов в поверхностные воды, причем фиксируется обратная связь концентраций указанных компонентов с температурой. Очевидно, данный фактор характеризует гидрогеологические условия, а именно разгрузку подземных вод. Наличие нитратов свидетельствует о подземном питании рек, поскольку в подземных водах содержание нитратов выше по сравнению с поверхностными, что объясняется отсутствием их основных потребителей — растений. По температурному режиму подземные воды относятся к категории холодных, поэтому проявляется отрицательная зависимость изменений концентраций ионов кремния, нитратов и температуры.

На основании гидролого-гидрохимических материалов за период 1995-2007 гг. в течение основных гидрологических сезонов (зимняя межень, весеннее половодье и летне-осенний период) на 20 постах, расположенных на реках севера Русской равнины, определены ведущие факторы формирования химического состава воды: литогенные особенности водосборов (на них приходится 17-51% всей дисперсии выборки), жизнедеятельность растительных и животных организмов (12-39%), выщелачивание Fe- и Cu-содержащих горных минералов (10-29%). Таким образом, показано, что в формировании качественного состава воды рек исследуемого региона определяющим является фактор поступления ионов из пород, на которых происходит формирование водосбора.

В процессе индивидуального анализа каждого створа в течение всего гидрологического года, наряду с указанными выше, были выявлены факторы, характеризующие местные условия формирования речного стока. А именно: выделен фактор, отражающий процесс разгрузки подземных вод, проявляющийся в изменении концентраций кремния и нитратов.

Таким образом, изучение механизмов формирования качества речных вод с помощью метода главных компонент является достаточно перспективным направлением, которое может быть рекомендовано для проведения аналогичных исследований в других регионах.

Сироткин Вячеслав Владимирович, доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой географии и картографии Института экологии и географии Казанского (Приволжского) федерального университета, г. Казань.

Рубцов Владимир Анатольевич, доктор географических наук, профессор Института экологии и географии Казанского (Приволжского) федерального университета, г. Казань.

источник

Дата публикации: 01.09.2013 2013-09-01

Статья просмотрена: 14775 раз

Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. 2013. №9. С. 119-122. URL https://moluch.ru/archive/56/7745/ (дата обращения: 21.10.2019).

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами [1, с. 1287]. Из этого можно сделать вывод о, безусловно, антропогенном происхождении и неоднородности стоков, а также о сложности очистки или утилизации данного продукта антропогенной деятельности.

Из-за ухудшившихся биологических и физических свойств, сточные воды пагубно влияют на развитие всей биосферы. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов из обильного содержания в них фосфора и азота, а также приводят к изменению естественных биоценозов и, как следствие, гибели биологических видов, загрязнению объектов водопользования, используемые человеком в качестве источника питьевой воды. Так же происходит обильное воздействие на артезианские бассейны: их биологическая чистота несопоставима с их состоянием до научно-технической революции, обусловившей эру активного антропогенного воздействия на природу.

Вследствие научно-технической мысли, ее развитии и повсеместном внедрение, источниками сточных вод являются практически любые антропогенные объекты: жилые дома, образовательные учреждения, медицинские объекты, торговые склады и точки реализаций товаров, различные сервисные организации, АЗС, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, фармацевтической промышленность, сельхозяйственные угодья и т. д.

Для контроля качества и объема поступления сточных вод разрабатываются законы и подзаконные акты, происходит внедрение и разработка как новых, так и уже зарекомендованных себя методов очистки. Формируется всесторонний анализ сточных вод, позволяющий разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения. Любые нарушения влекут за собой штрафы и санкции, прописанные как в Водном кодексе РФ, так и в Уголовном кодексе РФ.

Определим, какими характеристиками обладают сточные воды, и как загрязнители влияют на процесс очистки. Для начала определим классификацию сточных вод и особенности отдельных их типов.

Виды сточных вод

1) Хозяйственно-бытовые. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % — органика, 42 % — минеральные вещества. Особенность — высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2) Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель — объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3) Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

Анализ сточных вод

Рассмотрим основные источники поступления сточных вод в экосистемы: промышленные и бытовые объекты, на них приходится основная доля поступающих на очистные сооружения стоков. [2, с. 59] Анализ именно этих источников позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений не должно быть примесей, содержишихся в характерной для той или иной природы стоков, либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Для анализа качества вод используются следующие параметры: температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативные и понятны на интуитивном уровне. Для всех типов сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменение цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Так же важным методом анализа качества вод является химический анализ. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5–8), а реакция промышленных стоков подвержена изменениям от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11) в зависимости от источника поступления. В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Для определения доли примесей как сухих, так и растворенных, используется такой параметр как «сухой остаток», отражающий степень загрязненности воды примесями. Данный параметр берется из нефильтрованной пробы. Он указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс и т. д.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая — сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая — выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию. [4, с. 76]

Процесс очистки сточных вод от взвешенных примесей происходит путем механических методов очистки, самым распространенным из которых является метод отстаивания. Для прогнозирования эффективности этого метода используется показатель «оседающие вещества». Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах, как правило, составляют 65–75 %.

Необходимость вычисления сухого остатка обусловлена дальнейшей обработкой промышленных и коммунальных стоков при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л.

Следующим важным параметром сточных вод является зольность твердых примесей. Прокаливание сухого остатка проводят при температуре «красного» каления (500–600°С), в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучиваются в виде оксидов, углерода, водорода, азота, серы и других примесей, вес пробы уменьшается. Массу остатка, называемого золой, делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25–35 %.

Еще одним показателем является окисляемость. Данный показатель является санитарным, сфера его актуальности распространяется также не только на сточные воды. Окисляемость указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но также он используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость определяется при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость — бихроматная, иодатная и т. д.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК — биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки. [3, с. 141]

Химическая окисляемость определяет общее содержание в воде восстановителей — органических и неорганических, реагирующих с окислителями. В сточных водах преобладают органические восстановители, поэтому, как правило, всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды.

Важнейшими показателям для сохранности гидросферы и эффективности биологической очистки является содержание фосфора и азотистых соединений. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. При малом содержание азота в производственных сточных водах на стадии биологической очистки добавляют в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности.

Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК. Основой поступления фосфатов в сточные воды служат фосфатные компоненты синтетических моющих средств и фекальные стоки, поступающие как из хозяйственной, так и из промышленной сферы. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов в городских сточных водах обычно находится на уровне 100- 150 мг/л, хлоридов — 150–300 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Представленные выше показатели важны для оценки загрязненности стоков, так же их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК. Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ, так же являются серьезными загрязнителями естественных водоемов. Воздействие СПАВ напрямую влияет на эвтрофикацию рек и озер, угнетение процессов самоочищения гидросферы, торможение биохимических процессов в водоемах, вызывая другие губительные для биоценоза процессы.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75–80 % всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO₃Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO₃Na (с числом углеродных атомов 12–15) и алкиларилсульфонаты R—C₆Н₄—SO₃Na (с числом углеродных атомов в радикале 5–18).

Так же присутствие СПАВ резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Для предотвращения данных процессов содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Источниками СПАВ в сточных водах является результат широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов.

Наиболее высокая концентрация токсических веществ определяется в промышленных сточных водах и классифицируются на две категории — неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и СПАВ. Неорганические компоненты представлены солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий и т. д.).

В хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах основными биологическим загрязнителями являются бактерии, вирусы, патогенные простейшие и яйца гельминтов, источником которых являются люди и животные.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются микробиологические анализы — определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). Основная задача данных анализов оценить степень фекального загрязнения воды, а не выявление самого факта наличия патогенных микроорганизмов. Вывод делается на основе степени загрязнения сточных вод фекалиями: чем выше уровень загрязнения, тем выше вероятность присутствия патогенных организмов в воде.

Бактериологический анализ сточных вод необходим для оценки эффективности работы очистных сооружений и дает представление о необходимых корректировках процесса очистки сточных вод. Дезинфекция проводится хлором, который оказывает негативное воздействие на качество воды.

Последним показателем является растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Он также необходим для самоочищения водоемов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Снижение концентрации РК свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов. Поэтому важным фактором является соблюдение качества очищенной воды, поступающей в естественные водоемы. [5, с. 49]

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности, а так же для мониторинга и последующего прогнозирования негативного антропогенного воздействия на гидросферу и экосистему в целом. Проблемы загрязненности сточных вод, методов очистки и возвращения в естественные источники или их повторное использование, давно перестали быть чем то далеким и несбыточным. За последние 150 лет качество наземных и подземных источников воды резко ухудшилось и требует не только использования современных норм и стандартов, но так же и поиск, разработку и внедрение новых идей и подходов, как к контролю поступающих загрязняющих веществ, так и к методам очистки сточных вод.

1. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.).- М.: «Советская энциклопедия», 1981.- 1287 с.

2. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, В. И. Калицун.- М.:Стройиздат, 1996.- 59 с.

3. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О. А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985.- 141 с.

4. Евилович А. З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989.- 76 с.

5. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И. К. Гавич М.: Агропромиздат 1985.- 49 с.

источник

Изменчивость химического состава воды любого водотока, водоема или отдельных участков водных объектов во времени обусловлена действием различных факторов (физических, химических, биологических и т.д.), физико-географическими условиями бассейна и антропогенным воздействием (зависит также от степени антропогенного воздействия на водный объект, в частности, от объема, химического состава, концентрации и частоты сброса загрязнителей, интенсивности обработки водосборной площади). Изменчивость проявляется в виде многолетних, сезонных и суточных колебаний концентрации компонентов химического состава и показателей физических свойств воды, уровня загрязненности воды, стока химических веществ, изменении процессов загрязнения и самоочищения водных объектов (Никаноров, 2008).

Химический состав природных вод – это сложный комплекс растворенных газов, органических и неорганических веществ, находящихся в ионной, молекулярной, коллоидной и взвешенной формах. В природных водах растворены почти все известные на земле химические элементы в виде простых и сложных ионов, комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул, стабильных и радиоактивных изотопов (Никаноров, 2008). Химический состав водной среды играет существенную роль в жизни гидробионтов. Он влияет на рост, развитие, размножение гидробионтов, структуру, устойчивость, их продуктивность и т.д.

Химические параметры позволяют охарактеризовать качество вод, классифицировать их по минерализации, составу, оценить обеспеченность водных объектов питательными веществами, необходимыми для развития водной флоры и фауны; установить степень загрязненности воды (включая случаи резкого повышения при авариях); выявить источники загрязнения, определить соответствие воды требованиям конкретных водопользователей.

Содержание (концентрации) различных компонентов и химических веществ в природных водах позволяют оценить разнообразные методы химического анализа, такие как химические (весовые и объемные), электрохимические, спектрохимические и хроматографические. Это основные группы методов, которые будут рассмотрены ниже. Существуют также современные аналитические методы: методы элементного анализа (рентгеноспектральный анализ, рентгено-флуоресцентный, нейтронно-активационный анализ и др.), аналитическая атомная спектрометрия, капиллярный электрофорез, ядерный магнитный резонанс, электронный парамагнитный резонанс и другие.

В основе химических методов анализа лежит проведение химической реакции с образованием соединения (или продуктов реакции) постоянного состава с последующим количественным определением содержания образующихся продуктов реакции. В настоящее время это в основном методы объемного анализа. Распространенные ранее весовые методы из-за их трудоемкости и длительности используются изредка в качестве арбитражных, когда возникают разногласия, например, при определении сульфатов, высоких концентраций нефтепродуктов, жиров.

Методы объемного анализа предусматривают взаимодействие исследуемого компонента с реактивом, который добавляется в виде раствора определенной концентрации (титрующий раствор) до того момента, когда количество прибавленного реактива не станет эквивалентно количеству определяемого компонента в растворе. Этот процесс называется титрованием, а момент окончания титрования – точкой эквивалентности. Конец титрования обычно устанавливают по изменению цвета индикатора, то есть вещества, которое изменяет свою окраску при концентрациях реагирующих веществ, близких к точке эквивалентности. Индикатор и условия титрования выбирают так, чтобы точка титрования индикатора совпадала с точкой эквивалентности или была возможно ближе к ней (Никаноров, 2008; Харитонов и др., 2012).

Чувствительность методов объемного анализа 10 –3 –10 –4 % (массовая доля), погрешность определения 0,5–1,5 %. Основным преимуществом объемного анализа являются простота, быстрота определения, а также широкие возможности использования разнообразных химических свойств веществ. Благодаря этим достоинствам методы объемного анализа в настоящее время являются основными при определении макрокомпонентов природных вод (Предеина, Решетняк, 2012).

В зависимости от типа реакций методы объемного анализа делятся на методы кислотно-основного титрования, окислительно-восстановительное титрование, осадительное титрование и титрование с образованием комплексов.

При кислотно-основном титровании в качестве титрованных растворов обычно применяют кислоты и щелочи. В гидрохимии этим методом определяют диоксид углерода и гидрокарбонаты (Руководство … 2009).

Метод определения диоксида углерода основан на количественном переводе угольной кислоты в ионы НСО — ₃ при титровании пробы щелочью (рН 8,2–8,4) в присутствии индикатора фенолфталеина:

Для определения гидрокарбонатных и карбонатных ионов используется их взаимодействие с сильной кислотой, в результате чего образуется Н₂СО₃, которая распадается на СО₂ и Н₂О:

Метод предусматривает добавление избытка соляной кислоты (до рН

3), удаление образующегося диоксида углерода и последующее оттитровывание избытка кислоты раствором буры Na₂B₄O₇ в присутствии смешанного индикатора метилового красного – метиленового голубого.

Титрование окислителями и восстановителями применяется в основном при определении растворенного кислорода и окисляемости. Определение растворенного кислорода основано на взаимодействии гидроксида марганца с растворенным в воде кислородом, в результате чего образуется нерастворимое соединение четырехвалентного марганца коричневого цвета. При подкислении раствора в присутствии избытка йодистого калия образуется йод, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и учитывается титрованием раствора тиосульфата (Никаноров, 2008; Руководство … 2009):

Определение бихроматной окисляемости основано на окислении органических веществ бихроматом калия в кислой среде (в присутствии катализатора), избыток которого титруют раствором железо-аммонийных квасцов.

Методы осаждения используются при определении сульфатов и хлоридов. Метод определения сульфатов основан на их взаимодействии с солями свинца, в результате чего образуется слаборастворимый осадок PbSО₄ в присутствии индикатора дитизона. В эквивалентной точке окраска индикатора изменяется из сине-зеленой в красно-фиолетовую (Никаноров, 2008; Руководство … 2009).

Метод определения хлоридов основан на малой растворимости хлорида серебра AgCl, который выпадает из раствора при добавлении нитрата серебра AgNO₃ к воде, содержащей хлоридные ионы:

После полного осаждения хлоридов избыток ионов серебра вступает в реакцию с ионами хромовой кислоты, которую добавляют как индикатор. При этом образуется осадок хромата серебра красного цвета.

Примерами титрования с образованием комплексов могут служить реакции взаимодействия ионов кальция и магния с трилоном Б, с которым этим ионы образуют малодиссоциированные комплексы.

Таким образом, химические методы анализа (весовые и объемные аналитические методы) широко используются в мониторинге качества поверхностных вод. Весовой или гравиметрический метод анализа основан на выделении исследуемого компонента из водной среды с последующим взвешиванием на аналитических весах. Метод отличается высокой точностью, однако характеризуется длительностью и большой трудоемкостью. Используется для определения содержания взвешенных веществ в воде, нефтепродуктов при их высоком содержании. В качестве арбитражного метода применяется в анализе сульфатов. Объемный или титрометрический метод анализа природных вод является основным при определении макрокомпонентов природных вод. Основные преимущества объемного анализа: простота, быстрота определения, широкие возможности использования разнообразных химических свойств веществ (Никаноров, 2008).

Электрохимические методы анализа химического состава воды основаны на измерении электрохимических свойств компонентов – окислительно-восстановительного потенциала, электрической проводимости, силы полярографического тока. Простота определений, легкость автоматизации, высокая чувствительность делают эти методы весьма перспективными. Чувствительность методов 10 –5 –10 –7 % (массовая доля), погрешность 0,5–5 %. Электрохимические методы делятся на 3 группы: потенциометрические, кондуктометрические и полярографические методы анализа (Никаноров, 2008; Руководство … 2009).

Потенциометрический метод анализа основан на измерении потенциала электрода, изменяющегося в результате химических реакций и зависящего от температуры и концентрации анализируемого раствора. Использование ионселективных электродов, выпускаемых отечественной промышленностью, позволило значительно расширить возможности практического применения метода в аналитическом контроле состава природных вод (для определения рН воды, концентраций ионов натрия, кальция, магния, хлоридов, аммония, фторидов, нитратов и т.д.).

Метод титрования, при котором точку эквивалентности устанавливают по резкому скачку потенциала электрода, погруженного в анализируемый раствор, называют потенциометрическим титрованием. Этот метод преследует чисто прикладную цель количественного определения данного вещества в растворе путем его титрования стандартным раствором соответствующего реагента. При титровании в исследуемый раствор опускают индикаторный электрод, возникновение потенциала на котором обусловливается определяемым веществом непосредственно (если оно электроактивно) или косвенно (если оно неэлектроактивно) в результате химической реакции. В процессе данного взаимодействия за изменением концентрации определяемого вещества следят по изменению потенциала индикаторного электрода.

Для обнаружения скачка потенциала в конечной точке титрования применяются расчетные и графические способы. Первый способ основан на проведении ориентировочного титрования равномерными большими порциями стандартного раствора. Второй способ заключается в построении кривой титрования и нахождении точки перегиба (Никаноров, 2008; Руководство … 2009).

Метод потенциометрического титрования используется при определении широкого круга ионов, входящих в состав природных вод в относительно высоких концентрациях: гидрокарбонатов, сульфатов, органических кислот и др. Анализ можно проводить в окрашенных и мутных водах.

Преимущества потенциометрических методов: быстрота и простота; используя электроды, можно определять компоненты в очень маленьких по объему пробах, до десятых долей миллиметра; возможность проводить анализы в мутных и окрашенных растворах, вязких пастах, исключая процедуры фильтрования и перегонки; проба остается неиспорченной и пригодна для других анализов; возможность полной и частичной автоматизации.

Кондуктометрический метод анализа основан на измерении электропроводимости анализируемых растворов электролитов, обусловленной движением ионов под действием электрического тока. Значение электрической проводимости зависит от природы электролита, его температуры и концентрации раствора. В гидрохимии кондуктометрический метод используется при определении общей минерализации (Никаноров, 2008; Руководство … 2009).

Электрическая проводимость природной воды – показатель, характеризующий способность воды проводить электрический ток. Значение электрической проводимости растворов зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. По значениям электрической проводимости водной среды можно ориентировочно оценить значение минерализации воды по предварительно установленной зависимости между электрической проводимостью и минерализацией воды.

При этом изучается зависимость между электрической проводимостью раствора и концентрацией ионов. Электрическая проводимость является результатом диссоциации вещества на ионы и миграции ионов под действием внешнего источника электрического напряжения.

Различают удельную, эквивалентную и относительную электрическую проводимость. Удельная электрическая проводимость χ – проводимость 1 м 3 раствора, помещенного между электродами площадью 1 м 2 на расстоянии 1 м (См/м).

Эквивалентная электрическая проводимость ν – это электрическая проводимость раствора, содержащего 1 моль эквивалента вещества, измеренная на расстоянии 1 см.

Относительная электрическая проводимость R – это отношение удельной электрической проводимости раствора к удельной электрической проводимости стандартного раствора (Предеина, Решетняк, 2012).

Кондуктометрический метод может быть реализован в варианте прямой кондуктометрии или кондуктометрического титрования.

Прямая кондуктометрия – определение удельной электрической проводимости как оценки минерализации вод, которую определяют главные ионы – кальция, магния, калия, натрия, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов.

Кондуктометрическое титрование основано на применении химических реакций, в результате которых изменяется электрическая проводимость раствора.

Достоинства метода: быстрота, удобство и возможность определения ионов в мутных и окрашенных растворах, недостаток – электрическую проводимость раствора можно измерить с высокой точностью только в разбавленных растворах.

Полярографический метод анализа основан на измерении тока, изменяющегося в зависимости от напряжения в процессе электролиза, в условиях, когда один из электродов (катод) имеет очень малую поверхность (поляризующийся электрод), а другой (анод) – большую (неполяризующийся электрод). Поляризующимся катодом в классическом варианте являются капли ртути, вытекающие из тонкого отверстия капиллярной трубки. В настоящее время широкое распространение получили катоды: платиновый (вращающийся), графитовый, серебряный, стеклоуглеродный и др. Неполяризующимся анодом являются «донная» ртуть или стандартные электроды сравнения с большой поверхностью. Ток, при котором достигается полный разряд всех ионов анализируемого вещества, поступающих в приэлектродное пространство вследствие диффузии, называется предельным диффузионным током.

Полярография заключается в расшифровке вольт-амперных кривых – полярограмм (рис. 2а), выражающих зависимость силы тока (I) от приложенного к электролитической ячейке постоянного напряжения (E) (Никаноров, 2008).

При достижении разности потенциалов, необходимой для протекания на электроде электрохимической реакции, сила тока резко возрастает (рис. 2a, участок BC). При дальнейшем увеличении разности потенциалов вследствие установления подвижного равновесия, при котором количество восстановленных ионов равно количеству ионов, продиффундировавших из раствора к электроду, сила тока заметно не изменится (рис. 2a, участок CD). Эту силу тока называют предельным диффузионным током (определяется высотой волны h).

Рис. 2. Пример вольтамперометрической кривой (а – однокомпонентная система, б – раствор соединений тяжелых металлов)

Потенциал, соответствующий середине полярографической волны, называется потенциалом полуволны E_1/2. Oн не зависит от концентрации иона в растворе, a определяется его природой и является качественной характеристикой иона. Если в растворе присутствует несколько электроактивных веществ, каждое из них будет давать собственную характерную волну и на полярограмме получится ступенчатая кривая (рис. 2б), которую называют полярографическим спектром.

Применение полярографического метода анализа достаточно широко. Он используется для определения примесей в металлах, сплавах, полупроводниках, химических реактивах; для контроля чистоты воздуха, воды, пищевых продуктов и медицинских препаратов; при проведении биохимических исследований; для изучения электродных, абсорбционных, окислительно-восстановительных процессов в химии комплексных соединений (Никаноров, 2008; Руководство … 2009). Различные варианты полярографического метода нашли широкое распространение, главным образом в определении содержания ряда металлов (Сu, Zn, Pb, Cd, Ni и др.) в природных водах при их совместном присутствии (рис. 2б).

Достоинства метода: исследование широкого ряда электродных процессов; возможность снятия полярограмм в виде удобном для последующей обработки; возможность сопряжения с ЭВМ для обработки результатов анализа.

В основе оптических методов анализа природных вод лежит способность всех веществ поглощать лучистую энергию в виде квантов, соответствующих определенным длинам волн. Для количественной оценки концентрации веществ используются линии, или полосы, поглощения, располагающиеся в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях спектра (Харитонов и др., 2012).

Спектрофотометрические методы анализа основаны на законе Бугера – Ламберта – Бера, устанавливающем зависимость между оптической плотностью раствора (D) исследуемого вещества, его концентрацией и толщиной слоя раствора вещества (Предеина, Решетняк, 2012):

где I – интенсивность света, прошедшего через раствор;

I_о – интенсивность падающего на раствор света;

ε – молярный коэффициент поглощения;

С – концентрация поглощающего вещества, моль/л;

l – толщина светопоглощающего раствора, см.

Графическое выражение закона Бугера – Ламберта – Бера дано на рисунке 3.

Рис. 3. Графическое выражение основного оптического закона (Предеина, Решетняк, 2012)

Выполнение измерения данным методом включает в себя две основные процедуры: переведение исследуемого вещества или компонента в комплексное соединение, поглощающее свет, и нахождение концентрации окрашенного соединения путем измерения оптической плотности (светопоглощения) раствора. В зависимости от технических условий концентрацию искомого вещества в растворе можно определять (Никаноров, 2008):

а) визуально – путем сравнения цвета и интенсивности окраски исследуемого раствора с цветом и интенсивностью окраски стандартного раствора; этот способ называется колориметрическим и в настоящее время применяется крайне редко;

б) с помощью прибора, который снабжен фотоприемниками (фотоэлектроколориметрами), превращающими световую энергию в электрическую, и светофильтрами, выделяющими определенную узкую область спектра; этот способ имеет существенные преимущества перед колориметрическим, поскольку является объективным и не зависит от особенностей зрения наблюдателя, проводящего визуальное сравнение;

в) спектрофотометрически – с помощью прибора, когда измерения проводят при оптимальной длине волны; в этом случае значительно повышается чувствительность определения.

Спектрофотометрический метод включает измерение светопоглощения по спектру падающего излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра при строго определенной длине волны, которая соответствует максимуму кривой поглощения исследуемого вещества. Фотометрический метод анализа основан на определении спектра поглощения или измерении светопоглощения в видимом участке спектра. В отличие от светофотометрического, в фотометрическом методе используют световое излучение, пропущенное через широкополосные светофильтры (Никаноров, 2008).

Концентрацию искомого вещества при фотометрическом или спектрофотометрическом определении находят с использованием градуировочного графика.

Достоинствами методов являются их низкие пределы обнаружения вещества (массовая доля 10 –5 –10 –8 %), возможность использования для определения большого перечня веществ. Однако погрешность метода существенна и составляет 15–20 %.

Фотометрическое определение выполняют при оптимальных условиях, которые обеспечивают полноту образования аналитической формы вещества и минимальные отклонения от закона Бугера – Ламберта – Бера (Предеина, Решетняк, 2012):

– достаточный избыток реагента;

– избирательность аналитической реакции;

– выбор наилучших условий измерения поглощения.

При фотометрии необходимо использовать истинные растворы. Они должны быть прозрачными, не содержать взвеси и опалесценции.

В настоящее время фотометрические и спектрофотометрические методы анализа широко используются при определении в водной среде соединений биогенных элементов (нитратов, нитритов, фосфатов), а также основных загрязняющих веществ, таких как фенолы, нефтепродукты, СПАВ, жиры, ксантогенаты, сероводород, фториды и другие специфические соединения (Никаноров, 2008).

Люминесцентный метод основан на способности некоторых веществ при определенных условиях поглощать энергию и при переходе из возбужденного состояния в нормальное отдавать часть ее в виде лучистой энергии. Для возбуждения люминесценции обычно используют ультрафиолетовую или фиолетовую часть спектра. Определение концентрации веществ основано на измерении интенсивности люминесценции (свечения). Интенсивность люминесценции прямо пропорциональна концентрации вещества. Виды люминесценции: флуоресценция – свечение, прекращающееся сразу же после прекращения действия источника возбуждения; длительность послесвечения равна 10 –6 –10 –9 с; фосфоресценция – свечение, продолжающееся некоторое время после прекращения действия источника возбуждения; длительность послесвечения составляет 10 –2 –10 –3 с.

Преимуществом люминесцентного метода является его очень низкий предел обнаружения (массовая доля 10 –15 %), быстрота определения, широкий круг анализируемых веществ (Предеина, Решетняк, 2012).

Флуоресценция свойственна в основном органическим веществам. Из неорганических соединений способностью к флуоресценции обладают редкоземельные элементы и уран. В анализе природных вод люминесцентный метод используется для определения смолистых компонентов нефти, полициклических ароматических углеводородов, органических кислот, гумусовых веществ и других веществ естественного происхождения.

Совокупность методов, основанных на исследовании эмиссионных спектров, которые образуют различные вещества при нагревании их в пламени электрической дуги, искры. В гидрохимии наибольшее распространение получили методы эмиссионной пламенной фотометрии, использующие фотометрическую регистрацию спектров излучения, и атомно-абсорбционной спектрометрии, основанные на фотометрической регистрации спектров поглощения, которые применяются для определения химических элементов в природных водах (Никаноров, 2008).

Эмиссионный спектральный анализ: если анализируемой системе сообщить достаточную энергию, то электроны атомов переходят в возбужденное состояние, а затем через очень короткий промежуток времени (доли секунды) вновь возвращаются спонтанно на нижележащие энергетические уровни. При этом освобождается избыточная энергия в виде излучения, характерного для каждого атома в различных областях спектра – видимой, ультрафиолетовой, рентгеновской. Это явление называют иначе эмиссией избыточной энергии.

Эмиссионный спектральный анализ основан на изучении спектров испускания возбужденных атомов, находящихся в состоянии «атомного пара».

1. Визуальный. Спектры испускания проектируются на экран. Служит для качественного анализа элементного состава вещества.

2. Фотографический. Спектры испускания получают на фотографической пластинке. Служит для качественного и количественного анализа элементного состава вещества. Приборы для фотографического спектрального анализа называются спектрографами.

3. Эмиссионная пламенная фотометрия. Служит для количественного анализа элементного состава вещества. Приборы для эмиссионного спектрального анализа называются спектрометрами.

Для группового определения тяжелых металлов в водах до сих пор в ряде случаев используется эмиссионный спектральный анализ. Метод основан на концентрировании и извлечении металлов хлороформом в виде их комплексов с диэтилдитиокарбаматом и 8-оксихинолином и последующем спектрографическом определении. Обычно сжигание проводится в электрической дуге спектрографа, последующая расшифровка спектров – на микрофотометре (Никаноров, 2008).

Метод пламенной фотометрии – частный случай эмиссионной спектроскопии – заключается в следующем. Исследуемая проба с помощью распылителя вводится в виде мелких брызг в пламя горелки, которая работает на смеси горючих газов. В пламени атомы металлов, содержащихся в пробе, возбуждаются, а затем, переходя обратно из возбужденного в нормальное состояние, излучают свет определенных длин волн. Для каждого металла выделяются так называемые аналитические линии, по интенсивности которых судят о концентрациях исследуемых металлов. В гидрохимии этот метод наиболее часто применяют для определения натрия и калия, используя аналитические линии соответственно 589 и 768 нм.

источник