Определение цветности сточной, водопроводной и питьевой воды фотометрическим методом

 

Вода, иногда даже водопроводная, бывает окрашена. Цвет природной и питьевой воды объясняется присутствием в ней природных ионов металлов (железа и марганца), гумуса и торфа, планктона, сорняков или даже промышленных стоков. Чтобы сделать воду пригодной для применения, ее осветляют. Оценка цвета с помощью человеческого глаза — это очень субъективный и неточный измерительный метод. Степень окрашивания воды в лабораториях оценивают математически, измеряя в градусах.

Показатель цветности воды

Цветность воды согласно стандарту ГОСТ 31868-2012 «Вода. Методы определения цветности» — это характеристика, количественно описывающая природную и питьевую воду, имеющую незначительную естественную окраску.

Качественная водопроводная вода, предназначенная для питья, бесцветна, но природные и сточные воды отличаются разнообразием оттенков. Цветовая гамма воды зависит от растворенных в ней веществ органической и неорганической природы.

Цветность воды подразделяют на два типа:

• истинную, когда жидкость окрашена веществами, растворенными в воде или находящиеся в виде коллоидов;
• кажущуюся, вызванную взвесью.

Интенсивность окраски зависит не только от количества красящих примесей в воде, но и от размеров мицелл коллоидно-растворенных веществ.

Цветность измеряют, сравнивая исходную пробу воды с растворами специально приготовленной эталонной шкалы, а результат сравнения выражают в градусах.

От чего зависит прозрачность?

Если вода окрашена мало и мутность минимальна, для ее характеристики пользуются показателем «прозрачность». По степени прозрачности вода делится на:

• прозрачную;
• слабоопалесцирующую;
• слегка мутную;
• мутную;
• сильно мутную.

Мерой прозрачности поверхностных вод служит высота столба воды (глубина), сквозь который уже не виден медленно опускаемый в толщу вод белый или черно-белый диск диаметром 30 см (диск Секки).

В лаборатории прозрачность воды измеряют с помощью цилиндра Снеллена и любого текста, отпечатанного шрифтом Arial. Буквы должны быть прописными с высотой 3,5 мм, толщиной линий 0,5 мм.

Цилиндр Снеллена выбирается высотой не менее 30 см и ценой деления не более 1 см, с плоским прозрачным дном и сливным боковым отводом в нижней части.

Образец шрифта помещают под цилиндр, закрепленный в штативе, на расстоянии 4 см от дна. Пробу воды перед анализом энергично 2 минуты взбалтывают в таре и переливают в цилиндр Снеллена до верхней отметки. Открыв кран, медленно сливают воду из цилиндра до тех пор, пока сквозь слой воды не проступят четко различимые буквы и числа, и выражают в сантиметрах высоту слоя воды с точностью до 0,5 см.

Чем менее прозрачна вода, тем ниже столб воды в измерительном цилиндре.

Что обуславливает цвет воды?

Вода из-под крана чаще всего лишена цвета, но иногда можно заметить желтоватый, коричневый или белый оттенок жидкости.

Цвет воды обусловлен присутствием в ней:

• гуминовых, фульвовых кислот, дающих коричневую или желтоватую окраску;
• наличие глины или известняка, окрашивающих воду в белый цвет;
• соединений железа (Fe³⁺);
• зеленых, желтых, красных водорослей, фитопланктона.

Вода, загрязненная органическим железом, кажется прозрачной, но при отстаивании меняет цвет от желтоватого до почти красного, если железа содержится много.

В большинстве водоемов величина цветности находится в пределах 20-60 градусов, но в заболоченных водах этот показатель может достигать 1400 градусов.

Загрязнение производственными стоками приводит к неестественному окрашиванию водоисточника и наряду с химическим запахом сигнализирует об экологическом неблагополучии.

Градус — единица измерения цветности

Для определения цветности исследуемую воду сравнивают с искусственными стандартами, приготовленными из смеси хлороплатината калия и хлорида кобальта (платино-кобальтовая шкала) или бихромата калия и сульфата кобальта (хром-кобальтовая шкала).

Окраска воды, соответствующая окраске раствора, который содержит 0,1 мг платины в 1 мл, называется градусом цветности.

Шкала цветовой характеристики воды

Для того чтобы измерить цветность воды пользуются специально разработанными шкалами, позволяющими имитировать природную цветность воды.

Хромово-кобальтовая шкала представляет раствор двухромовокислого калия, сернокислого кобальт и серной кислоты в дистиллированной воде.

Пробу анализируемой воды сравнивают с растворами хром-кобальтовой шкалы, оценивая градус цветности визуально или фотометрически.

Платино-кобальтовая шкала, еще именуемая шкалой Хазена, приготавливается из хлорида кобальта и хлороплатината калия в воде и в присутствии соляной кислоты.

Характеристика вод по цветности

Цветность	Единицы измерения, градус платино-кобальтовой шкалы
Очень малая	До 25
Малая	Более 25 до 50
Средняя	Более 50 до 80
Высокая	Более 80 до 120
Очень высокая	Более 120

 

Нормы для питьевой, водопроводной, сточной

Показатель цветности — один из нормативов качества воды, учитываемый при водоподготовке.

Новый СанПиН 1.2.3685-21, действующий с 01.03.2021, не изменил требования к цветности «воды питьевой централизованного водоснабжения» (было и осталось 20 градусов цветности). Но установил новый норматив для «воды питьевой нецентрализованного водоснабжения» на уровне 30 градусов.

Виды вод	Что было (СанПиН 2.1.4.1074-01)	Что стало (СанПиН 1.2.3685-21)	Изменения
	градусы цветности	градусы цветности	градусы цветности
вода питьевая централизованного водоснабжения и вода плавательных бассейнов	20	20	—
вода питьевая нецентрализованного водоснабжения	35	30	— 5

 

Постановление Правительства РФ от 29 июля 2013 года N 644 ограничивает показатель цветности для сточных вод, сбрасываемых в централизованные системы водоотведения. Согласно этому «Правилам холодного водоснабжения и водоотведения» нельзя сбрасывать в канализацию любые сточные воды с цветностью более 150 единиц по хром-кобальтовой шкале.

Правила отбора проб

Общие требования к процедуре отбора проб воды отражены в ГОСТ 31861 — 2012 (с 01 августа 2021 года — ГОСТ Р 59024-2020) и ГОСТ 17.1.5.05-85.

Для определения цветности в стеклянную или пластиковую емкость отбирают не менее 200 см воды (питьевой или природной). К анализу приступают в кратчайшие сроки — не позднее, чем через шесть часов после проботбора. При невозможности провести анализ в указанные сроки, пробу помещают в холодильную камеру при температуре от 2 °С до 8 °С, но не более, чем на 24 ч. Перед анализом охлажденная проба выдерживается при комнатной температуре не менее двух часов. Консервация пробы не допускается.

Методы определения цветности по ГОСТу

ГОСТ 31868-2012 «ВОДА. Методы определения цветности» предлагает определять цветность природной (поверхностной и подземной) визуальным методом и фотометрически.

Предложенные методы пригодны для воды, не содержащей в своем составе примеси красящих химических веществ, способных исказить результат анализа.

Визуальный

«На глаз» окраску оценивают только для ориентировки. Анализируемую пробу в этом случае визуально сравнивают с заранее приготовленной хром-кобальтовой шкалой цветности.

Для создания эталонной шкалы, в которой цветность изменяется в диапазоне от 5 до 70 градусов, используют государственный стандартный образец (ГСО) с аттестованным значением цветности — 500 градусов.

Шкалу готовят в колбах объемом 100 см³, придерживаясь процедуры, описанной в ГОСТ 31868-2012.

Приготовленные растворы перед применением разливают до метки в трубки Несслера или измерительные трубки из неокрашенного стекла. Допускается также использовать мерные цилиндры с плотно прилегающей пробкой. Пробу, приготовленную на анализ, также наливают в аналогичную измерительную трубку.

Параметры измерительных трубок:

• длина не менее 200 мм;
• внутренний диаметр — от16 до 30 мм;
• риска, нанесенная от верхнего края на расстоянии от 1 до 2 см;
• плоское незатененное дно.

В момент анализа подготавливают матовую подложку белого цвета и затем размещают над ней трубку с пробой и эталонные растворы в аналогичных трубках. Принципиальный момент — свет, отраженный от подложки, должен устремляться строго вверх через цилиндры с жидкостями.

На трубки с образцами смотрят сверху при дневном свете или лампах дневного света, соблюдая расстояние до них 25 см.

Цветность образца воды устанавливают по эталонному раствору шкалы цветности, к которому близок по оттенку анализируемый образец.

Фотометрический

Для получения точного значения цветности используют фотометрический метод, реализуемый на фотометре любого типа. Измерение оптической плотности образца (D) в случае применения хром-кобальтовой шкалы в качестве эталона проводят при длине волны λ = 380 нм. Для работы со шкалой Хазена на фотометре устанавливается значение λ, равное 410 нм.

Фотометрический метод предполагает предварительное построение градуировочного графика. Градуировочная характеристика устанавливает зависимость измеренных значений оптической плотности растворов шкалы цветности от значений цветности по шкале цветности этих растворов. Полученный градуировочный коэффициент используют для расчета цветности образца воды, доставленного в лабораторию.

Убираем цветность воды

В зависимости от требуемой степени осветления окрашенной воды используют технологии, основанные на различных физико-химических процессах. Широко распространено осветление воды отстаиванием, озонированием и фильтрованием, а иногда комбинации этих и других способов очистки.

Отстаивание

Метод осветления отстаиванием пригоден только для воды, загрязненной крупными частицами размером 0,1–0,01 мм. Крупная взвесь удаляется из воды отстаиванием в специальных бассейнах-отстойниках вертикального или горизонтального типа с наклонным ко входу дном. Вода изливается в бассейн из трубы со скоростью 1 м/с, но в широком русле отстойника естественно замедляется. Резкое снижение скорости движения жидкости инициирует выпадение взвеси на дно резервуара. В процессе отстаивания некоторые мелкие частицы укрупняются и тоже оседают на дно, скапливаясь в приямке в начале резервуара.

Специальные устройства в отстойниках поддерживают непрерывное движение воды, создавая ламинарный поток со скоростью несколько миллиметров в секунду.

Озонирование

Процедура осветления воды озоном основана на реакции О₃ с примесями и выпадении их в осадок. Озонатор извлекает кислород из воздуха и подает его в генератор. В генераторе под действием электрических разрядов кислород превращается в озон. Мощный окислитель поступает в реактор — систему резервуаров, где происходит процесс очистки воды.

Очищенная озоном масса воды фильтруется через угольную загрузку. Уголь в озонаторе используется не как сорбент в стандартных фильтрах, а как механический очиститель, поэтому он нуждается в замене гораздо реже.

Имеет значение исходная цветность воды и доза подаваемого озона, то есть чем интенсивнее окраска исходной воды, тем больше потребуется озона для приведения воды к санитарным нормативам (к 20 градусам цветности).

Фильтрация

Фильтрование «цветной» воды относится к сепарационным методам осветления воды и позволяет ощутимо улучшить показатель. Простая процедура фильтрования на первом этапе водоочистки эффективно удаляет из воды механические примеси, планктон, взвеси, обуславливающие ее мутность и цветность.

На очистных станциях используют установки медленной фильтрации, устроенные из песка или гравия. Засыпные фильтры неплохо очищают воду даже от мелких загрязнителей.

В системах автономной очистки обычно применяют сетчатые фильтры, где фильтрационным элементом служит мелкоячеистая сетка из металла. Установкам сетчатого типа не нужна замена картриджей, они механически задерживают крупные частицы и подходят для холодной и горячей воды.

Фильтры со съемными картриджами устроены сложнее. Удерживающим элементом в них выступают:

• сетка из металла или полимеров;
• полиэстер;
• вспененный/намотанный полипропилен;
• гофрированная бумага.

Сменные картриджи заменяются вручную по мере загрязнения. Есть вариант фильтрующих установок с функцией обратной промывки, когда картриджи очищаются время от времени автоматически.

Фильтры могут работать как самостоятельно, так и в комплексе с предварительной коагуляцией.

Заключение

Повышенная окраска воды не всегда сигнализирует об опасности для человека. Цветность может быть обусловлена геологическими факторами, наличием вблизи водозабора торфяников и особенностью водоносных горизонтов, но заметный оттенок воды всегда вызывает у потребителя сомнение в ее безопасности.

Поэтому контроль цветности и осветление необходимо для улучшения органолептических свойств воды, используемой человеком. Современные системы фильтрации и очистки воды неплохо справляются с «цветной» водой на производствах и в быту.