Сегодня операторам систем водоснабжения и водоотведения, а также предприятий очистки сточных вод, доступны различные процедуры и способы тестовых испытаний качества воды. Для этого они используют весь спектр колориметрических, титриметрических, электрометрических (измеритель и зонд), турбидиметрических, нефелометрических и демонстрационных методов. Причём зачастую для измерения одного неизвестного параметра можно использовать более одного из этих методов. Например, остаточный хлор можно измерить колориметрически, титриметрически или электрометрически. Какой же метод лучше всего подходит именно для ваших условий работы? Узнаем в этой статье. Но вначале определим эти методы, выведем ограничения для их применения и приведем примеры практического использования каждого из них.
Предпосылки выбора метода анализа тех или иных параметров качества воды
Перед тем, как выбрать наилучший метод, следует проанализировать следующие моменты:
- Точность исследования
- Стоимость тестирования (начальная стоимость и стоимость за один тест)
- Качество теста
- Повторяемость результатов
- Мобильность теста
- Способы получения информации
- Безопасность теста и возможность утилизации используемых реагентов
- Способы оформления отчётов о результатах
Помните, что только в результате сбора наиболее полной, надежной и точной информации вы сможете определить наиболее эффективные инструменты мониторинга ваших систем водоснабжения или водоотведения и очистки сточных вод.
Колориметрические методы
В этом случае измерение параметра основано на том, что его концентрация прямо пропорциональна интенсивности проявления цвета после добавления известного объема реагентов (химикатов). В таких случаях, как определение остаточного хлора, реакция происходит почти мгновенно, и результаты могут быть определены сразу же. Нитраты и фосфаты могут потребовать от 5 до 10 минут ожидания, прежде чем будет достигнута окончательная окраска задействованного химического состава.
Некоторые уникальные колориметрические тесты реагируют наоборот. То есть, чем выше интенсивность цвета – тем ниже концентрация того или иного параметра. Примерами являются фторид и некоторые методы испытаний на озон. Для определения концентрации цвет, проявившийся в образце, сравнивают со стандартами производителя (компаратор цвета) либо визуально либо введением в фотометр, колориметр или спектрофотометр для получения результатов непосредственно на шкале измерителя или в цифровом виде с помощью дискретного считывания. Полученные результаты выражаются в частях на миллион (ppm), миллиграммах на литр (мг / л), зернах на галлон (gpg) и т. д.
Ограничения визуального компаратора
Индивидуальные различия результатов, которые дают колориметрические тесты, выражаются в способности различать интенсивность цвета. Большинство производителей используют для работы своих приборов естественный дневной свет. Лампы накаливания, люминесцентные лампы и прямой солнечный свет недопустимы и могут привести к ошибкам. Дальтонизм также является определенной проблемой при визуальном сравнении цветов. Пример: желтые и некоторые оттенки синего. Но даже при описанных ограничениях методы визуального сравнения недороги, чаще всего просты в использовании и удобно упакованы.
Колориметрический метод с использованием фотометра, колориметра или спектрофотометра дает уникальное преимущество, ведь многие такие приборы питаются от батарей и удобны для переноски. Примерная схема их работы выглядит так: через образец пропускают луч света, он проходит через образец и обнаруживается фотодиодом. С помощью электроники результаты отображаются на измерителе либо непосредственно в виде концентрации, либо в процентах от прошедшего света.
Преимущества колориметрической контрольно-измерительной аппаратуры:
- устраняет необходимость в визуальной интерпретации оператором
- устраняет необходимость в фоновом освещении
- в конечном итоге достигается более высокая точность
Конечно, использование измерителя для «считывания» проявления цвета на начальном этапе может быть более дорогостоящим. Однако методы колориметрических испытаний дают при этом возможность получать результаты на месте и позволяют тестировать широкий спектр параметров: к примеру, широко доступны тесты на содержание хлора, железа, марганца, меди, цинка, алюминия, фторида, озона, нитратов, фосфатов, сульфидов и многие другие.
Титриметрические методы
В этом случае к образцу тоже добавляются реагенты для получения цвета. Но здесь реагент называется индикаторным или титрующим реагентом. Его добавляют по каплям до тех пор, пока не произойдет изменение цвета. Точка, в которой изменяется цвет, называется конечной точкой.
Существует ряд устройств для дозирования титранта. Это, к примеру, счетчик капель – откалиброванная пипетка, дозирующая капли одинакового размера. Также распространены лабораторные бюретки. Этот дозирующий аппарат имеет калиброванную шкалу на цилиндре. Титрант подается до достижения конечной точки. Затем использованный объем считывается с калиброванной шкалы. Микробюретка действует прямым считыванием, она калибруется по размеру шприца и дозирует титрант до достижения конечной точки. Результаты обычно считываются непосредственно с откалиброванной шкалы в ppm. Эта процедура абсолютно проста, равно как и методы подсчета капель.
В цифровых титраторах титрант из картриджа вводится в микродозатор. Выдаваемое количество считывается прибором и обычно отображается в миллионных долях.
Методы титрования, как правило, довольно недорогие и являются предпочтительными во многих случаях. С их помощью удобно проводить тесты на кислотность, щелочность, углекислый газ, жесткость, растворенный кислород и хлор. Удобная упаковка и простота являются дополнительным гарантом их мобильности и точности. Этот метод предпочтителен для определения коррозии в системах водоснабжения и анализа содержания свинца и меди.
Турбидиметрические методы
Некоторые уникальные процедуры тестирования не используют цвет в качестве способа получения результата. Здесь к образцу добавляется реагент, который вызывает помутнение раствора. Чем больше мутность – тем выше концентрация исследуемого вещества. Результат считывается с помощью визуального компаратора или колориметра и тоже выражается в миллиардных долях или мг/л. Типичные тесты с использованием этого метода – это определения калия и сульфатов. Опять же, этот метод может быть полностью мобильным и удобно упакованным в специальные наборы для исследований.
Электрометрические методы
Это один из наиболее часто используемых методов. В ёмкость с образцом помещают электрод, он «излучает» небольшой ток или напряжение, которые усиливаются электроникой и считываются по шкале прибора. Типичными тестами, использующими этот метод, являются определение pH и проводимости, но можно также измерить множество других параметров с использованием электродов ISE – например, кальций, нитраты, хлор и др.
Почти каждая электрометрическая процедура требует калибровки измерителя и/или предварительной подготовки образца. Примерами являются буферы pH 4, 7 и 10, используемые для калибровки pH-метров. Во многом поэтому электрометрические методы, как правило, изначально более дорогие и требуют более тщательного подхода и технического обслуживания оборудования. Впрочем, сегодня на рынке присутствуют и недорогие карманные измерители pH, проводимости, ОВП и др., по цене, не превышающей стоимость колориметрических или титриметрических методов. Они идеально подходят для быстрой проверки параметров.
Нефелометрические методы
Этот метод применяется для определения мутности воды. Концентрацию взвешенного вещества в образце определяют с помощью специально разработанного измерителя, который направляет сфокусированный световой луч через образец воды. Взвешенные твердые частицы, грязь и ил рассеивают свет. Интенсивность мутности измеряется фотодиодом, падающим на источник света под углом 90°. Результаты выражены в нефелометрических единицах мутности (NTU). Среди многообразия мутномеров доступны портативные блоки с мобильным питанием от батареек для проведения измерений в полевых условиях – например, в частных и муниципальных системах очистки воды, использующих поверхностные источники воды, такие как озера, ручьи и т. д. Регулярно измерять мутность следует также в ходе мониторинга различных систем очистки воды, отстойников, песочных фильтров и т. д. Вот почему всё большее распространение получают промышленные измерители и регистраторы мутности для непрерывного мониторинга.
Гравиметрические методы испытаний
По сути, это методы физических испытаний. Они основаны на анализе оседающих твердых веществ. Тесты на оседающую способность в основном используются в качестве эксплуатационных ориентиров на объектах водоснабжения и на очистных сооружениях. Для исследования отбирают пробу (обычно один литр), встряхивают ее и дают отстояться. Таким образом нетрудно определить соотношение твердых частиц и их объём в образце. Метод используют для определения ожидаемых объемов ила, корректировки количества отходов и возвратного ила в очистных сооружениях и т. д. Это относительно простые физические испытания, для выполнения которых, за редким исключением, не требуются химические вещества или реагенты. При этом они предоставляют ценные сведения для операторов систем водоснабжения и предприятий очистки сточных вод.
Техника отбора проб и проведения исследований
Правильная подготовка образца, наравне с грамотной техникой проведения исследований, является залогом качества мониторинга при использовании всех вышеописанных методов испытаний. Для отбора пробы и проведения теста рекомендовано поступать следующим образом:
- Выберите подходящую «точку» в резервуаре для забора пробы
- Поместите строго необходимый объём пробы в пробирку или другую ёмкость для исследований
- Проведите тест в точном соответствии с инструкцией к тестовому набору и/или измерителю
- После завершения теста утилизируйте отработанный реагент/образец надлежащим образом и тщательно очистите ёмкость
- Не изменяйте технологию проведения измерений в соответствии с вашими потребностями и не пытайтесь сократить время исследований. В противном случае вы рискуете получить искаженные результаты
- Не смешивайте реагенты разных производителей, в том числе колориметрические, если вы не уверены в точности их концентрации
Как обезопасить окружающую среду в ходе тестирования воды и сточных вод
Итак, мы вкратце рассмотрели шесть методов тестирования воды, которые могут использовать операторы систем водоснабжения/водоотведения и предприятий водоочистки. И какой бы из них не подошёл лично вам, помните, что многие тесты основаны на применении реагентов, опасных для окружающей среды. Чтобы обезопасить себя и природу, прежде всего, внимательно читайте все инструкции по технике безопасности работы с тестовым набором, вдумчиво изучите порядок проведения процедуры тестирования и паспорта безопасности материалов, с тем, чтобы узнать о конкретных угрозах и способах утилизации отработанных реагентов. Кроме того, следует знать, что все реагенты имеют определённый срок годности, по истечении которого их необходимо заменить, а, к примеру, тесты на свинец, кадмий, ртуть и т. д. могут быть чрезвычайно опасными, поэтому лучше, если для проведения подобных исследований вы обратитесь к услугам сторонней сертифицированной лаборатории. Тесты на пестициды, ароматические углеводороды и т. п. также должны проводиться силами квалифицированных сертифицированных лабораторий, в арсенале которых имеется соответствующее оборудование.