Общее количество растворенных твердых веществ
Общее количество растворенных твердых веществ ( TDS ) — это мера растворенного совокупного содержания всех неорганических и органических веществ, присутствующих в жидкости в молекулярной , ионизированной или микрогранулярной ( коллоидный золь ) взвешенной форме. TDS часто измеряется в частях на миллион (ppm). TDS в воде можно измерить с помощью цифрового измерителя. [ 1 ]
Как правило, рабочее определение заключается в том, что твердые частицы должны быть достаточно мелкими, чтобы выдерживать фильтрацию через фильтр с порами размером 2 микрометра (номинальный размер или меньше). Общее количество растворенных твердых веществ обычно обсуждается только для пресноводных систем, поскольку соленость включает в себя некоторые ионы, составляющие определение TDS. Основное применение TDS – изучение качества воды в ручьях , реках и озерах . Хотя TDS обычно не считается основным загрязнителем (например, не считается, что он связан с воздействием на здоровье), он используется как индикатор эстетических характеристик питьевой воды и как совокупный индикатор присутствия широкого спектра химических загрязнителей. .
Основными источниками TDS в принимающих водах являются сельскохозяйственные и жилые (городские) стоки , богатые глиной горные воды, выщелачивание загрязнений почвы и точечные выбросы загрязняющих вод с промышленных или очистных сооружений. Наиболее распространенными химическими компонентами являются кальций , фосфаты , нитраты , натрий , калий и хлориды , которые встречаются в стоках питательных веществ , общих ливневых стоках и стоках из снежного климата, где противообледенительные применяются соли для дорог. Химические вещества могут представлять собой катионы , анионы , молекулы или агломераты порядка тысячи или менее молекул, при условии, что растворимые микрогранулы образуются . Более экзотическими и вредными элементами TDS являются пестициды, образующиеся в результате поверхностного стока . Некоторые природные растворенные твердые вещества возникают в результате выветривания и растворения горных пород и почв. В Соединенных Штатах установлен вторичный стандарт качества воды 500 мг/л, обеспечивающий вкусовые качества питьевой воды.
Общее количество растворенных твердых веществ отличается от общего количества взвешенных твердых веществ (TSS) тем, что последние не могут пройти через сито размером 2 микрометра и при этом остаются во взвешенном состоянии в растворе на неопределенный срок. Термин «осаждаемые твердые вещества» относится к материалу любого размера, который не будет оставаться во взвешенном состоянии или растворяться в сборном резервуаре, не подверженном движению, и исключает как TDS, так и TSS. [ 2 ] Осаждаемые твердые вещества могут включать более крупные частицы или нерастворимые молекулы.
Общее количество растворенных твердых веществ включает как летучие, так и нелетучие твердые вещества. Летучие твердые вещества – это вещества, которые легко могут перейти из твердого состояния в газообразное. Для достижения такого изменения состояния нелетучие твердые вещества необходимо нагреть до высокой температуры, обычно 550 °C. Примеры нелетучих веществ включают соли и сахара. [ 3 ]
Измерение
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2016 г. ) |
Двумя основными методами измерения общего содержания растворенных твердых веществ являются гравиметрический анализ и анализ проводимости . [ 4 ] Гравиметрические методы являются наиболее точными и включают выпаривание жидкого растворителя и измерение массы оставшихся остатков. Этот метод, как правило, является лучшим, хотя он требует много времени. Если неорганические соли составляют подавляющее большинство TDS, подходящими являются методы, основанные на проводимости.
Проводимость воды напрямую связана с концентрацией растворенных ионизированных твердых веществ. Эти ионы позволяют воде проводить электрический ток . Этот электрический ток можно измерить с помощью обычного кондуктометра или TDS-метра . При сопоставлении с лабораторными измерениями TDS проводимость дает приблизительное значение концентрации TDS с точностью около 10%.
Взаимосвязь TDS и удельной проводимости грунтовых вод можно аппроксимировать следующим уравнением:
- TDS = k e EC
где TDS выражен в мг/л, а EC — электропроводность в микросименсах на сантиметр при 25 °C. Коэффициент преобразования k e варьируется от 0,55 до 0,8. [ 5 ]
Некоторые измерители TDS используют измерение электропроводности с точностью до частей на миллион по приведенной выше формуле. Что касается единиц измерения, то 1 ppm означает 1 мг растворенных твердых веществ на 1000 г воды. [ 6 ]
Гидрологическое моделирование
[ редактировать ]
Модели гидрологического транспорта используются для математического анализа движения TDS в речных системах. Наиболее распространенные модели учитывают поверхностный сток, позволяя варьировать тип землепользования , топографию , почвы тип , растительный покров, осадки и практику землепользования (например, норму внесения удобрений ). Модели стока достигли хорошей степени точности и позволяют оценивать альтернативные методы управления земельными ресурсами с учетом их воздействия на качество речной воды.
Модели бассейна используются для более полной оценки общего количества растворенных твердых веществ в водосборном бассейне и в динамическом режиме на различных участках ручьев. Модель DSSAM была разработана Агентством по охране окружающей среды США (EPA). [ 7 ] Эта гидрологическая модель переноса фактически основана на показателе нагрузки загрязняющих веществ, называемом « Общая максимальная суточная нагрузка » (TMDL), который учитывает TDS и другие конкретные химические загрязнители. Успех этой модели способствовал расширению обязательств Агентства по использованию основного протокола TMDL в его национальной политике управления многими речными системами в Соединенных Штатах. [ 8 ]
Практические последствия
[ редактировать ]
При измерении воды, обработанной смягчителями воды , высокие уровни общего содержания растворенных твердых веществ не коррелируют с жесткой водой, поскольку умягчители воды не снижают TDS; скорее, они заменяют ионы магния и кальция, которые вызывают жесткость воды, на равный заряд ионов натрия или калия, например Ca. 2+ ⇌ 2 уже + , оставляя общий TDS без изменений [ 9 ] или даже увеличилась. Жесткая вода может вызвать образование накипи в трубах, клапанах и фильтрах , снижая производительность и увеличивая затраты на обслуживание системы. Эти эффекты можно увидеть в аквариумах , спа-центрах , бассейнах и обратным осмосом очистки воды системах . Обычно в таких случаях часто проверяют общее количество растворенных твердых веществ и проверяют фильтрационные мембраны, чтобы предотвратить неблагоприятные последствия.
В случае гидропоники и аквакультуры TDS часто контролируется, чтобы создать среду качества воды, благоприятную для продуктивности организма . Для пресноводных устриц , форели и других ценных морепродуктов наивысшая продуктивность и экономическая отдача достигаются за счет имитации уровней TDS и pH каждого вида естественной среды . При гидропонике общее количество растворенных твердых веществ считается одним из лучших показателей доступности питательных веществ для выращиваемых водных растений.
Поскольку порог приемлемых эстетических критериев для питьевой воды для человека составляет 500 мг/л, не существует общего беспокойства по поводу запаха , вкуса и цвета на уровне, намного более низком, чем требуется для причинения вреда. Был проведен ряд исследований, которые показывают, что реакции различных видов варьируются от непереносимости до явной токсичности из-за повышенного TDS. Численные результаты следует интерпретировать с осторожностью, поскольку истинные результаты токсичности будут связаны с конкретными химическими компонентами. Тем не менее, некоторая числовая информация является полезным ориентиром для определения характера рисков, связанных с воздействием высоких уровней TDS на водные организмы или наземных животных. Большинство водных экосистем, включающих смешанную ихтиофауну, могут переносить уровни TDS 1000 мг/л. [ 10 ]
5600 частей на миллион Например, у толстоголового гольяна (Pimephales promelas) концентрация LD 50 составляет при 96 -часовом воздействии. LD50 — это концентрация, необходимая для того, чтобы вызвать летальный эффект у 50 процентов подвергшегося воздействию населения . Daphnia magna , хороший пример основного члена пищевой цепи , представляет собой небольшое планктонное ракообразное длиной около 0,5 мм, имеющее LD50 около 10 000 ppm TDS при 96-часовом воздействии. [ 11 ]
Нерестящиеся рыбы и молодь, по-видимому, более чувствительны к высоким уровням TDS. Например, было обнаружено, что концентрации TDS 350 мг/л снижают нерест полосатого окуня ( Morone saxatilis ) в районе залива Сан-Франциско – Дельта, а концентрации ниже 200 мг/л способствуют еще более здоровым условиям нереста. [ 12 ] В реке Траки Агентство по охране окружающей среды обнаружило, что молодь лахонтанской беспощадной форели подвержена более высокой смертности при воздействии стресса от теплового загрязнения в сочетании с высокими общими концентрациями растворенных твердых веществ. [ 7 ]
Для наземных животных домашняя птица обычно имеет безопасный верхний предел воздействия TDS примерно 2900 мг/л, тогда как у молочного скота безопасный верхний предел составляет около 7100 мг/л. Исследования показали, что воздействие TDS усугубляется токсичностью при других стрессоров наличии , таких как аномальный pH, высокая мутность или снижение растворенного кислорода , причем последний стрессор действует только в случае Animalia. [ 13 ]
В странах с часто небезопасной/нечистой водопроводной водой технические специалисты часто проверяют TDS питьевой воды, чтобы оценить, насколько эффективно работают их устройства RO/фильтрации воды. Хотя показания TDS не дадут ответа о количестве микроорганизмов, присутствующих в образце воды, они могут получить хорошее представление об эффективности фильтра по количеству присутствующего TDS.
Классификация воды
[ редактировать ][ 14 ] Воду можно классифицировать по уровню общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в воде:
- Пресная вода : TDS менее 1000 частей на миллион.
- Солоноватая вода : TDS = от 1000 до 10 000 частей на миллион.
- Соленая вода : TDS = от 10 000 до 35 000 частей на миллион.
- Гиперсолевый : TDS более 35 000 частей на миллион.
Питьевая вода обычно имеет TDS ниже 500 частей на миллион. Пресную воду с более высоким содержанием TDS можно пить, но вкус может быть неприятным.
См. также
[ редактировать ]- Кислотный дождь
- Поверхностный сток
- По поводу счетчиков:
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Каков приемлемый уровень общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в питьевой воде?» . Берки . Архивировано из оригинала 22 февраля 2020 г. Проверено 22 февраля 2020 г.
- ^ ДеЗуан, Джон (1997). Справочник по качеству питьевой воды (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-28789-Х .
- ^ Ветцель, Р.Г. (2001). Лимнология: Озерные и речные экосистемы. Сан-Диего: Академическая пресса.
- ^ «Общее количество растворенных твердых веществ (TDS): метод EPA 160.1 (гравиметрический, высушенный при 180 градусах C)» . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 16 ноября 1999 г. Архивировано из оригинала 23 февраля 2016 г.
- ^ Атекванаа, Элиот А.; Атекванаа, Эстелла А.; Роуэб, Ребекка С.; Веркема-младший, Д. Дейл; Легалд, Франклин Д. (2004). «Взаимосвязь измерений общего содержания растворенных твердых веществ с объемной электропроводностью в водоносном горизонте, загрязненном углеводородами» (PDF) . Журнал прикладной геофизики . 56 (4). Эльзевир: 281–294. Бибкод : 2004JAG....56..281A . дои : 10.1016/j.jappgeo.2004.08.003 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 августа 2014 года . Проверено 15 февраля 2016 г.
- ^ «Часто задаваемые вопросы» . Архивировано из оригинала 18 июня 2017 г. Проверено 23 мая 2017 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б К.М. Хоган, Марк Папино и др. Разработка динамической модели качества воды для реки Траки , Earth Metrics Inc., Серия технологий Агентства по охране окружающей среды, Вашингтон, округ Колумбия (1987).
- ^ Агентство по охране окружающей среды. «Руководство по принятию решений, основанных на качестве воды: процесс TMDL». Архивировано 6 июля 2017 г. в Wayback Machine Doc. № EPA 440/4-91-001. Апрель 1991 года.
- ^ В. Адам Сиглер, Джим Баудер. «Информационный бюллетень TDS» . Государственный университет Монтаны. Архивировано из оригинала 29 апреля 2015 г. Проверено 23 января 2015 г.
- ^ Бойд, Клод Э. (1999). Качество воды: Введение . Нидерланды: Группа академических издателей Kluwer. ISBN 0-7923-7853-9 .
- ^ Документ с изложением позиции по общему количеству растворенных твердых веществ , штат Айова, IAC 567 61.3 (2)g и далее, обновлено 27 марта 2003 г.
- ^ Kaiser Engineers, Калифорния, Заключительный отчет штата Калифорния, Программа контроля качества воды в заливе и дельте Сан-Франциско , штат Калифорния, Сакраменто, Калифорния (1969)
- ^ Хоган, К. Майкл; Патмор, Леда К.; Зейдман, Гарри (август 1973 г.). «Статистический прогноз температур динамического теплового равновесия с использованием стандартных баз метеорологических данных» . Агентство по охране окружающей среды. Архивировано из оригинала 23 февраля 2016 г. Проверено 15 февраля 2016 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) Серия технологий защиты окружающей среды. Документ № EPA-660/2-73-003. - ^ «Соленая вода и соленость | Геологическая служба США» . Архивировано из оригинала 18 августа 2020 г. Проверено 12 февраля 2020 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с общим количеством растворенных твердых веществ, на Викискладе?
