Общее количество растворенных твердых веществ - Total dissolved solids

Бутилированная минеральная вода обычно содержит более высокий уровень TDS, чем водопроводная вода.

Общее количество растворенных твердых веществ ( TDS ) - это мера общего растворенного содержания всех неорганических и органических веществ, присутствующих в жидкости в молекулярной , ионизированной или микрогранулированной ( коллоидный золь ) суспендированной форме. Концентрации TDS часто указываются в частях на миллион (ppm). Концентрация TDS в воде может быть определена с помощью цифрового измерителя.

Обычно рабочее определение состоит в том, что твердые частицы должны быть достаточно маленькими, 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 некоторые ионы, составляющие определение TDS. Основное применение TDS - изучение качества воды в ручьях , реках и озерах . Хотя TDS обычно не считается основным загрязнителем (например, считается, что он не связан с воздействием на здоровье), он используется как показатель эстетических характеристик питьевой воды и как совокупный показатель наличия широкого спектра химических загрязнителей. .

Основными источниками TDS в водоприемниках являются сельскохозяйственные стоки и стоки из жилых (городских) районов , богатые глиной горные воды, выщелачивание загрязненных почв и сбросы загрязненных вод из точечных источников с промышленных или очистных сооружений. Наиболее распространенными химическими составляющими являются кальций , фосфаты , нитраты , натрий , калий и хлориды , которые содержатся в стоке питательных веществ , общих ливневых стоках и стоках из снежного климата, где применяются соли для защиты от обледенения дорог . Химические вещества могут быть катионами , анионами , молекулами или скоплениями порядка одной тысячи или меньше молекул, при условии, что образуется растворимая микрогранула . Более экзотическими и вредными элементами TDS являются пестициды, образующиеся с поверхностными стоками . Определенные естественные общие растворенные твердые вещества возникают в результате выветривания и растворения горных пород и почв. В Соединенных Штатах установлен вторичный стандарт качества воды 500 мг / л для обеспечения вкусовых качеств питьевой воды.

Общее количество растворенных твердых веществ отличается от общего количества взвешенных твердых веществ (TSS) тем, что последние не могут проходить через сито размером 2 микрометра и, тем не менее, находятся во взвешенном состоянии в растворе на неопределенное время. Термин « осаждаемые твердые вещества» относится к материалу любого размера, который не будет оставаться взвешенным или растворенным в резервуаре для хранения, не подверженном движению, и исключает как TDS, так и TSS. Оседающие твердые вещества могут включать более крупные твердые частицы или нерастворимые молекулы.

Общее количество растворенных твердых веществ включает как летучие, так и нелетучие твердые вещества. Летучие твердые вещества могут легко переходить из твердого состояния в жидкое. Нелетучие твердые вещества необходимо нагреть до высокой температуры, обычно 550 ° C, чтобы добиться такого изменения состояния. Примеры нелетучих веществ включают соли и сахара.

Измерение

Измеритель TDS, используемый для проверки чистоты воды

Двумя основными методами измерения общего количества растворенных твердых веществ являются гравиметрический анализ и электропроводность . Гравиметрические методы являются наиболее точными и включают испарение жидкого растворителя и измерение массы оставшихся остатков. Этот метод, как правило, самый лучший, хотя и требует много времени. Если неорганические соли составляют подавляющее большинство TDS, подходят гравиметрические методы.

Электрическая или удельная проводимость воды напрямую связана с концентрацией растворенных ионизированных твердых частиц в воде. Ионы растворенных твердых веществ в воде создают для этой воды способность проводить электрический ток , который можно измерить с помощью обычного измерителя проводимости или измерителя TDS . При сопоставлении с лабораторными измерениями TDS, проводимость дает приблизительное значение концентрации TDS , обычно с точностью до десяти процентов.

Взаимосвязь TDS и удельной проводимости грунтовых вод может быть аппроксимирована следующим уравнением:

TDS = k e EC

где TDS выражается в мг / л, а EC - электрическая проводимость в микросименсах на сантиметр при 25 ° C. Коэффициент корреляции k e варьируется от 0,55 до 0,8.

Некоторые измерители TDS будут использовать это измерение электропроводности, чтобы затем вывести количество частей на миллион (ppm); 1 ppm означает 1 мг растворенных твердых веществ на кг воды.

Гидрологическое моделирование

См. Также: Модель гидрологического переноса.
Озеро Пирамид, штат Невада, получает растворенные твердые вещества из реки Траки .

Гидрологические транспортные модели используются для математического анализа движения СВТ в речных системах. Наиболее распространенные модели обращаются к поверхностному стоку, допуская вариации в типе землепользования , топографии , типе почвы , растительном покрове, осадках и практике управления земельными ресурсами (например, нормы внесения удобрений ). Модели стока стали достаточно точными и позволяют оценивать альтернативные методы управления земельными ресурсами при воздействии на качество воды в ручье.

Бассейновые модели используются для более полной оценки общего количества растворенных твердых веществ в водосборном бассейне и динамически вдоль различных участков водотока. Модель DSSAM была разработана Агентством по охране окружающей среды США (EPA). Эта гидрологическая модель переноса фактически основана на метрике нагрузки загрязняющих веществ, называемой « Общая максимальная суточная нагрузка » (TMDL), которая касается TDS и других конкретных химических загрязнителей. Успех этой модели способствовал расширению приверженности Агентства использованию лежащего в основе протокола TMDL в его национальной политике управления многими речными системами в Соединенных Штатах.

Практические последствия

Аквариум в Бристольском зоопарке, Англия . Техническое обслуживание фильтров становится дорогостоящим из-за высокого TDS.

При измерении воды, обработанной смягчителями воды , высокие уровни общего содержания растворенных твердых веществ не коррелируют с жесткостью воды, поскольку смягчители воды не снижают TDS; скорее, они заменяют ионы магния и кальция, которые вызывают жесткую воду, с равным зарядом ионов натрия или калия, например Ca 2+ ⇌ 2 Na + , оставляя общий TDS неизменным или даже повышенным. Жесткая вода может вызвать накопление накипи в трубах, клапанах и фильтрах , снижая производительность и увеличивая затраты на обслуживание системы. Эти эффекты можно увидеть в аквариумах , спа , бассейнах и системах очистки воды обратным осмосом . Как правило, в этих применениях часто проверяется общее количество растворенных твердых веществ, а фильтрующие мембраны проверяются для предотвращения неблагоприятных воздействий.

В случае гидропоники и аквакультуры , TDS часто контролируется, чтобы создать среду качества воды, благоприятную для продуктивности организмов . Для пресноводных устриц , форели и других ценных морепродуктов максимальная продуктивность и экономическая отдача достигаются за счет имитации уровней TDS и pH окружающей среды каждого вида . Для гидропоники 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, нет общего беспокойства по поводу запаха , вкуса и цвета на уровне, намного более низком, чем требуется для 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 осторожно, поскольку истинные результаты токсичности будут относиться к конкретным химическим компонентам. Тем не менее, некоторая числовая информация является полезным ориентиром для определения характера рисков, связанных с воздействием высоких уровней TDS на водные или наземные животные. Большинство водных экосистем, в которых участвует смешанная ихтиофауна, могут выдерживать уровни TDS в 1000 мг / л.

Дафния большая с яйцами

Гольян толстоголовый ( изучаемому виду рыб ), например, реализует LD 50 концентрацию 5600 частей на миллион , основанный на 96-часовой экспозиции. ЛД50 является концентрацией , необходимой для получения летального эффекта на 50 процентов облученного 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 для 96-часового воздействия.

Нерестовые рыбы и молодь, по-видимому, более чувствительны к высоким уровням TDS. Например, было обнаружено, что концентрации 350 мг / л TDS снижают нерест полосатого окуня ( Morone saxatilis ) в районе залива Сан-Франциско- Дельта, а концентрации ниже 200 мг / л способствуют еще более здоровым условиям нереста. В реке Траки EPA обнаружило, что мальки головорезов форели Lahontan подвержены более высокой смертности при воздействии стресса теплового загрязнения в сочетании с высокими общими концентрациями растворенных твердых веществ.

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 примерно 7100 мг / л. Исследования показали, что воздействие TDS усугубляется токсичностью, когда присутствуют другие факторы стресса , такие как аномальный pH, высокая мутность или пониженное содержание растворенного кислорода, причем последний фактор стресса действует только в случае животных.

В странах с зачастую небезопасным / нечистым водопроводом технический персонал часто проверяет TDS питьевой воды, чтобы определить, насколько эффективно работают их устройства обратного осмоса / фильтрации воды. Хотя показания TDS не дают ответа на вопрос о количестве микроорганизмов, присутствующих в образце воды, они могут получить хорошее представление об эффективности фильтра по количеству присутствующих TDS.

Классификация воды

Воду можно классифицировать по уровню общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в воде:

Питьевая вода обычно имеет TDS ниже 500 ppm. Пресная вода с более высоким TDS пригодна для питья, но может иметь неприятный вкус.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки