Определение цветности воды

286
Фото © shutterstock.com
Фото © shutterstock.com
Иванов М.П.
канд. хим. наук, зав. отделом ГУП «МНКЦ “Интермедбиофизхим”»
Пригодность воды для питья и других технических целей (таких, как ГВС и теплоснабжение) определяется содержанием примесей, присутствием веществ, образующихся при обработке воды, а также микробиологическими показателями. Кроме этого, качество воды оценивается по таким показателям, как запах, привкус, мутность и цветность.

Природные воды, стоки промышленных предприятий могут иметь различный цвет. Даже водопроводная вода порой теряет прозрачность и приобретает необычную окраску. Такая окрашиваемость называется цветностью. Обычно под цветностью воды понимают условную характеристику, которая принята для описания цветового оттенка природной, технической или питьевой воды. Важно отметить, что определение цветности воды лишь косвенно характеризует наличие в ней примесей. Однако, несмотря на это, данный показатель качества воды довольно часто позволяет правильно выбрать систему водоподготовки.

Основной группой примесей, вызывающей окрашиваемость воды, являются вещества органической природы, вымываемые из почвы. Эти загрязнения условно можно разделить на два семейства: гумусовые кислоты и танины.

Источником поступления в воду гумусовых кислот являются торфяники и почва. Также данное семейство примесей может находиться во взвешенном растворенном или коллоидном состоянии. Содержащиеся в них карбоксильные, фенилгидроксильные и аминовые группы являются причиной образования при реакции с катионами металлов солей и прочных комплексных соединений. Большинство получаемых при этом веществ имеют слабокислые свойства и являются растворимыми.

Семейство танинов составляют не индивидуальные химические соединения, а вещества, в состав которых входят ароматические кольца с несколькими окси-группами, и соединения с гетероциклическими и азотосодержащими фрагментами в молекулах. Они образуются в результате конденсации ароматических фенолов с аминокислотами и протеинами.

Наличие гуминовых кислот в воде может приводить к возрастанию ее биологической активности, что в свою очередь будет повышать проницаемость стенок кишечника для ионов металлов, например, таких, как железо и марганец.

Помимо этого, определение цветности воды обусловлено присутствием в ней ряда примесей неорганической природы. В природных водах часто встречаются окрашенные неорганические соединения. Основным среди подобных соединений можно считать неорганические соли Fe2, которые, находясь в растворенном состоянии, обусловливают красновато-бурое окрашивание воды. В большинстве случаев примесям соединения железа сопутствуют загрязнения воды солями марганца, которые придают ей черноватый оттенок. Кроме растворимых солей Fe2, окрашиваемость воды могут вызывать и примеси соединений железа, находящиеся в коллоидном состоянии. Этот вид загрязнений ответственен за красноватое окрашивание воды. Всем известна склонность соединений железа к образованию в водной среде комплексных соединений, примеси которых придают воде желтый оттенок.

Иногда цвет воды зависит от цветения тех или иных водорослей: зеленых, сине-зеленых, диатомовых и других. В этом случае цвет воды может варьироваться от  ярко-зеленого до желтоватого или даже голубоватого. Мощные вспышки развития фитопланктона в природных водоемах вызывают так называемое цветение воды. В результате этого происходит интенсивное отмирание водорослей, а на их разложение потребуется значительное количество кислорода, растворенного в воде. Все это может привести к нарушению экологического равновесия.

Но большее разнообразие оттенков воде обычно придают загрязнения техногенного характера.

Длительное время считалось, что высокая цветность воды всего лишь ухудшает органолептические свойства воды и затрудняет ее очистку. Но результаты последних исследований выявили, что повышенная цветность питьевой воды несет опасность для здоровья человека.

Методы определения цветности воды

Измерение цветности воды производится в градусах платино-кобальтовой шкалы, которую еще иногда называют шкалой Хазена. В этой шкале используются окрашенные растворы солей кобальта и платины установленной концентрации — так называемые растворы сравнения. Каждому такому эталонному раствору соответствует свое значение цветности воды, выраженное в градусах цветности. Определение цветности воды производится путем сравнения интенсивности окраски исследуемых проб с растворами сравнения. Практически бесцветной по восприятию человеческим глазом считается вода с цветностью менее 20 град. При летнем «цветении» поверхностного источника в воде присутствует большое количество фитопланктона, в этот период интенсивность ее окраски соответствует примерно 120 град. цветности.

Для справки

Цветовая единица Хазена — окраска раствора, содержащего 1 мг платины в виде платинохлористоводородной кислоты в присутствии 2 мг гексагидрата хлорида кобальта (II) на 1 куб. мм.

ГОСТ 29131–91. Продукты жидкие химические. Метод измерения цвета в единицах Хазена (платино-кобальтовая шкала)

Окрашенные воды делятся в зависимости от интенсивности окраски на следующие категории цветности: очень малая, малая, средняя, высокая и очень высокая (рисунок).

Категории цветности

В соответствии с  Санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», введенными в действие с 1 января 2002 г., допустимая цветность воды составляет 20 град. цветности (35 град. цветности). Следует отметить, что стоящая в скобках величина для конкретной системы водоснабжения может устанавливаться Главным государственным санитарным врачом РФ по соответствующей территории как результат анализа применяемой технологии водоподготовки и  санитарно-эпидемиологической обстановки на территории населенного пункта.

Вскоре после этого были приняты Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы 2.1.4.1175–02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» и введены в действие с 1 марта 2003 г. Согласно данному документу цветность воды не должна превышать 30 град. Одновременно с этим следует сообщить, что в Руководстве по контролю качества питьевой воды ВОЗ указано, что цветность воды должна составлять не более 15 град. Интересно отметить, что согласно требованиям USEPA (Агентство по защите окружающей среды США) такой показатель качества воды, как цветность, вовсе не регламентируется, а в Европейском союзе цветность не должна превышать 20 град.

Цветность воды (как и ее окраска) определяется воздействием дневного света. Как известно, дневной свет состоит из инфракрасного компонента, видимой части спектра дневного света и ультрафиолетовой составляющей. Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения поделен на подгруппы в соответствии с определенным цветом. Это свойство используется для определения окраски воды.

Оттенок окрашенной воды зависит от длины волны поглощенного света, которая изменяется от 420 нм, соответствующих фиолетовому цвету, до 680 нм вишневого цвета в ультрафиолетовой области спектра. При дальнейшем увеличении длины волны начинается видимая область. Распознавание окраски воды осуществляют на основе установленных цветов, которым соответствуют определенные значения длин волн.

Таблица 1

Показатели, используемые для измерения цветности воды

№ п/п

Длина волны, нм

Наименование цвета

1

420

Фиолетовый

2

460

Синий

3

490

Зелено-синий

4

515

Сине-зеленый

5

540

Зеленый

6

550

Желто-зеленый

7

565

Зелено-желтый

8

580

Желтый

9

590

Оранжево-желтый

10

610

Желто-оранжевый

11

620

Оранжевый

12

650

Красный

13

680

Вишневый

14

Белый

15

Серый

16

Черный

Данные цвета используются для определения цветности воды в природных водоемах. Для этого применяется диск, поверхность которого разбита на 16 секторов с углом в 22,5°. Каждый сектор этого диска окрашен в один из указанных цветов. Такой диск, находящийся в горизонтальном положении, опускают в воду на определенную глубину. В результате сектор диска, окрашенный в белый цвет, будет принимать окраску воды водоема. При этом можно визуально определить, какому цвету сектора будет близка окраска, соответствующая белому цвету.

ГОСТ Р 52769–2007 предлагает определять цветность двумя способами: визуальным (метод А) и с помощью фотометрического контроля (метод Б).

В основе метода А лежит визуальное сравнение по окраске пробы воды и растворов шкалы цветности. Установлено определенное соответствие эталонных образцов и выраженной в градусах цветности воды. Для изготовления эталонных растворов используют Государственный стандартный образец (ГСО) с определенной концентрацией.

Цветность воды

Таблица 2

Таблица эталонных растворов

Параметр

Значение параметра

Цветность эталонного раствора, град. цветности

5

10

15

20

25

30

35

40

50

60

70

Объем ГСО (мл) в 100 мл раствора

1

2

3

4

5

6

7

8

10

12

14

Визуальную оценку цветности воды можно осуществить и более простым способом. Для этого достаточно налить воду в стакан или любой другой сосуд из прозрачного стекла и поместить за ним лист чистой белой бумаги так, чтобы часть была видна без слоя воды. Сравнение окраски бумаги через слой воды и без него позволяет измерить цветность воды.

В методе Б для определения у исследуемой пробы воды оптической плотности (или коэффициента пропускания) используется фотометрический анализатор. Применяя ГСО с различной концентрацией, приготовляют калибровочные растворы. Затем определяют их оптическую плотность. По результатам вычерчивается калибровочная кривая зависимости оптической плотности и градусов цветности, позволяющая установить цветность исследуемой воды. В данном методе в определении цветности воды могут быть использованы шкалы: либо платино-кобальтовая с определением оптической плотности при длине волны 410 нм, либо хром-кобальтовая с определением коэффициента пропускания при длине волны 380 нм.

Методы обесцвечивания воды

Единого универсального метода понижения цветности воды не разработано. Все используемые для обесцвечивания воды способы условно могут быть классифицированы по технологии обработки на деструкционные и сепарационные.

Традиционно наиболее распространены сепарационные методы. В них примеси, обусловливающие цветность, удаляются из воды в процессе водоочистки наряду с иными различными загрязнениями.

Самый простой из сепарационных методов понижения цветности воды — это фильтрация, которую проходит вода на начальном этапе очистки. Ее применение очищает воду от механических примесей, фитопланктона, различных взвешенных веществ. Для данных целей на водоочистных станциях обычно используют установки медленной фильтрации — гравийные или песчаные насыпные, а в системах автономной водоочистки — сетчатые фильтры. Обычно такой обработкой можно уменьшить цветность примерно до 50 град.

Необходимо отметить, в системах автономной водоочистки и при бытовой доочистке для обесцвечивания воды часто применяют способы сорбционной и ионообменной фильтрации, которые относятся к сепарационным методам. Обращение к ионообменной фильтрации в этих целях обусловлено тем, что во многих молекулах примесей цветности присутствуют полярные группы, способные к взаимодействию с ионитами.

Ионообменное обесцвечивание воды осуществляют одновременно с понижением ее жесткости. Установлено, что эффективность извлечения из воды окрашенных примесей находится в прямой зависимости от длительности контакта очищаемой воды с ионообменной смолой. Поэтому при минимальной толщине слоя ионита в 90 см вода должна находиться в фильтре не менее 3,5–5,0 мин. В качестве существенного недостатка данного метода обесцвечивания воды можно отметить трудности, возникающие при регенерации ионитов. Дело в том, что окрашенные примеси воды при проведении ионообменной фильтрации так прочно связываются с сорбентами, что их последующее удаление является чрезвычайно сложной задачей по сравнению с очисткой от обычных загрязнений (отмывка смол после поглощения ими примесей цветности — процесс чрезвычайно длительный и трудоемкий).

Упростить регенерацию может использование так называемой комбинированной ионообменной фильтрации, при которой в целях умягчения воды на слой смолы добавляется слой анионообменной смолы, которая удаляет примеси цветности. Но данный прием может применяться только если жесткость воды невысокая и примеси органической природы составляют менее 7 ммоль/л. При воде большей жесткости с более высокими концентрациями примесей цветности рекомендуется раздельная ионообменная фильтрация. Облегчить отмывку можно применением макропористых ионообменных смол на основе сополимеров стирола — большое число сшивок в них препятствует проникновению примесей в глубь пор.

Необходимо отметить, что во многих случаях содержание в воде органических примесей цветности ведет к ускоренному биозарастанию ионообменных смол. Биопленки покрывают зерна ионитов и тем самым блокируют функциональные группы. Эти же биопленки затрудняют также и последующую регенерацию ионообменных смол. Защиту ионитов от столь пагубного воздействия обеспечивают с помощью органопоглотителей, или скэвэнджеров. Данную фильтрационную среду располагают перед ионообменной фильтрацией в предфильтрах. Органопоглотители сравнительно легко регенерировать либо раствором щелочи, либо щелочным раствором соли поваренной. При такой обработке поток воды должен иметь температуру не более 38 °С, а его скорость может изменяться в интервале от 0,6 до 100 куб. м/ч.

Путем сравнения различных сепарационных методов обесцвечивания воды было установлено, что адсорбционная очистка на активированных углях наиболее эффективно удаляет гидрофобные примеси цветности. Этот сорбент поглощает хорошо окрашенные вещества на основе фенолов, полициклических ароматических соединений, а также примеси, содержащие нефтепродукты, фосфорорганические пестициды и другие органические и хлорсодержащие соединения. Самым подходящим материалом в этом случае служит древесный активированный уголь — он более крупнопористый, обладает хорошей устойчивостью к истиранию. Однако активированные угли отличает сложность регенерации, которая вызвана высокой сорбционной способностью этого вида материала. Угли регенерируют каустической содой и растворителями либо прокаливанием в печи. Такие процессы осуществимы только в производственных условиях. Как результат, при автономном водоснабжении или бытовой доочистке воды чаще всего отработанные угольные фильтры просто выбрасывают и заменяют новыми. Это сопряжено с дополнительными затратами при использовании. Стоимость угольных фильтров определяется не только сорбционной средой, но и другим сопутствующим оборудованием. Конструкционными частями фильтра с засыпкой из гранулированного активированного угля являются: корпус, дренажно-распределительная система, фильтрационная среда и узел управления потоками.

К другой группе методов, позволяющих понизить цветность воды, относятся так называемые деструкционные способы, при использовании которых происходит разрушение примесей, вызывающих окраску. По мнению специалистов, более перспективными являются деструкционные способы, однако только в том случае, если при их применении не образуются соединения, вызывающие вторичное загрязнение.

Наиболее распространенным методом понижения цветности воды из этой группы является коагуляция. Его применяют на станциях водоочистных сооружений для осветления воды. Обычно с помощью коагуляции можно цветность исходной воды снизить со 120 град. цветности (значение, которое принимается при разработке проектов) до 30–40 град. Процесс проводят при дозировании коагулянтов на основе многозарядных катионов металлов, в основном алюминия и железа. Среди коагулянтов на основе алюминия можно упомянуть [Al2(S04)3], [NaAlO2], (АlСl3), {[Аl2(ОН)5Сl] х 6Н2O}. В числе коагулянтов на основе железа можно отметить FeSO4, [Fe2(SO4)3] и (FeCl3). Кроме этого, понижение цветности происходит и при подщелачивании воды Са(ОН)2и Na2СO3, поскольку некоторые примеси цветности выпадают в осадок.

Чтобы повысить эффективность обесцвечивания обрабатываемой воды с помощью коагулянтов в нее вводят флокулянты, одним из которых является полиакрилоамид. Доза флокулянта зависит от цветности воды и меняется в интервале от 0,2 мг/л до 1,5 мг/л.

Таблица 3

Дозирование флокулянта

Цветность воды, град. цветности

Доза безводного полиакрилоамида, мг/л

Свыше 100

1,0–1,5

30–100

0,3–0,6

20–60

0,2–0,5

К числу деструкционных способов снижения цветности воды можно отнести окисление растворимых примесей цветности. Это относится к неорганическим соединениям железа и марганца. Способность данных соединений к легкому окислению при воздействии кислорода воздуха (при наличии катализаторов) и переходу в нерастворимое состояние используется во многих методах обезжелезивания воды. Но наличие в составе примесей цветности органических соединений железа и коллоидных частиц серьезно осложняет процесс очистки, поскольку окисление данных соединений требует применения озона или активного хлора — как более сильных окислителей.

Интересно отметить, что для обесцвечивания воды из поверхностных источников в северных и центральных районах России обычно озона требуется относительно немного — всего около 2,5 мг/л. В то же время для южных регионов страны, где значения цветности природной воды существенно выше, озон расходуется в дозировке примерно 8 мг/л.

На вызывающие изменения цвета воды вещества озон воздействует в двух направлениях. Во-первых, происходит окисление и деструкция органических веществ с образованием простых безвредных соединений. Во-вторых, в результате процессов коагуляции в окрашивающих примесях они выпадают в осадок. Следует заметить, что отсутствие отходов в виде вредных продуктов при эффективном обесцвечивании воды путем ее озонирования в ряде случаев является главным определяющим фактором при выборе способа обработки. Однако не следует забывать, что обработка воды озоном относится к достаточно опасным методам и требует больших расходов энергии и существенных капиталовложений.

Довольно часто для обесцвечивания воды применяется окисление примесей, которое происходит при обработке воды активным хлором. Обычно обработка воды активным хлором осуществляется с целью ее обеззараживания. Однако, помимо этого, иногда в рамках предварительного хлорирования производится обесцвечивание окрашенных вод. При такой обработке одновременно с деструкцией и коагуляцией примесей происходит их хлорирование. Образованные в этом случае хлорсодержащие примеси не являются окрашенными веществами, но они остаются в воде и могут обладать достаточно высокой токсичностью. Следует заметить, что удаление таких продуктов вторичного загрязнения зачастую вызывает еще большие трудности, нежели само обесцвечивание воды.

Для сведения

Было установлено, что хлорирование воды с цветностью от 45 до 180 град. может привести к образованию в ней хлорсодержащих соединений, обладающих канцерогенными свойствами. Употребление такой воды беременными женщинами, как показали наблюдения, ведет к значительному возрастанию числа патологий.

Наряду с обесцвечиванием вод хозяйственно-бытового назначения часто требуется понизить цветность промышленных стоков. Для этой цели используют те же методы, однако в ряде случаев целесообразно применять некоторые специфические приемы. Например, для снижения окрашиваемости промышленных стоков стали использовать методы фотокаталитической очистки. В них для разрушения загрязнений используется энергия солнечного излучения, которая вызывает каталитическое расщепление примесей цветности.

К числу таких катализаторов часто относят химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами. Из широкого перечня фотокатализаторов наиболее изучены ТiO2 и ZnO, которые обладают достаточно высокой активностью, имеют низкую цену и доступны.

Помимо того что окрашенная вода встречается в природных источниках, она может появиться и в системе коммунального водоснабжения. Вызвано это бывает главным образом причинами вторичного загрязнения. Например, иногда окрашенная вода начинает течь из водопроводного крана. Цветность такая питьевая вода приобретает в результате загрязнений при ее транспортировке по трубопроводам.

Пример

Красновато-бурый цвет воде придает присутствие мелкодисперсного осадка железа в окисной форме. В старых трубах данные примеси вымываются водой, если значение рН ниже 6,6. Кстати, такое железо быстро оседает в виде бурых частичек на дне посуды, но это все равно неприятно.

Кроме этого, из крана может течь вода с коричневым оттенком, которая не образует осадка. Эта окраска часто бывает вызвана присутствием железистых бактерий, расплодившихся в трубопроводах.

Если из-под крана потечет вода мутно-молочного цвета, то это может быть вызвано попаданием в нее метана, избытка коагулянта при нарушении его дозировки на станции водоочистки или на худой конец созданием водно-воздушной суспензии в результате неправильной работы насоса.

Для того чтобы во всех перечисленных случаях не искушать судьбу, применять окрашенную воду целесообразно только после применения определенных методов определения ее цветности и бытовой системы доочистки.



Ваша персональная подборка

    Подписка на статьи

    Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

    Рекомендации по теме

    Вопросы по теме

    Мероприятия

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Посмотреть

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией





    Электронная система

    Можно ли за невыполнение предписания ГЖИ отделаться предупреждением?

    Ответы на этот и другие вопросы вы найдете в электронной системе «Управление многоквартирным домом»

    Получить доступ
    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЭЛЕКТРОННЫЙ КАТАЛОГ
    НАШИ ПАРТНЁРЫНАШИ ПАРТНЁРЫ

    Рассылка




    © МЦФЭР, 2006-2016. Все права защищены.

    По вопросам подписки обращайтесь по телефонам: 
    Москва: 8 (495) 775-48-44 
    Другие регионы: 8 (800) 775-48-44 

    Получите техническую поддержку: 
    по телефону: +7 (495)-937-90-82 
    e-mail: sd@mcfr.ru 

    
    • Мы в соцсетях
    ×

    Подпишитесь на бесплатные рассылки, и получайте актуальную информацию обо всех нюансах, касающихся Вашей профессии! Будьте с нами!