3137

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина

Основы водопользования

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Основы

водопользования» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов

Нижний Новгород

2016

2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина

Основы водопользования

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине «Основы

водопользования» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

3

УДК

Земскова В.А. / Основы водопользования [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – __ с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В пособии даются рекомендации к проведению лабораторных работ для получения студентами навыков лабораторного анализа природных и сточных вод. Приведены методики определения основных компонентов, характеризующих состав природных и сточных вод.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Основы водопользования» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов.

© В.А. Земскова, Л.А. Карпова, Н.И. Корочкина, 2016 © ННГАСУ, 2016

5

ВВЕДЕНИЕ

Водопользование – это использование водных объектов для удовлетворения нужд населения, хозяйственной и иной деятельности. Водный кодекс РФ регламентирует водное законодательство. Согласно статье 37 водные объекты используются для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, сброса сточных вод и (или) дренажных вод, производства электрической энергии, водного и воздушного транспорта, сплава древесины и иных целей. Водопользование с забором (изъятием) водных ресурсов из водных

объектов при условии возврата воды в водные объекты – это использование водных объектов для целей водоснабжения и сброса (водоотведения)

сточных вод.

Для водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий используются поверхностные и подземные природные воды. Природные воды представляют собой многокомпонентные динамические системы, в состав

.которых входят газы, различные минеральные и органические вещества, а также микроорганизмы.

Под химическим составом природных вод понимают весь сложный комплекс веществ, присутствующих в воде в истинно-растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Условно химический состав природных вод подразделяют на 5 групп:

-Главные ионы, содержащиеся в воде в наибольшем количестве — Na +,

К+, Са2+, Mg2+, SО42-, СI-, С032-, НСО3-

-Растворенные газы — N 2, О2, СО2, H2S и др.

-Биогенные элементы — соединения фосфора, азота, кремния.

-Микроэлементы — соединения всех остальных химических элементов.

-Органические вещества (живые организмы водоемов, продукты их жизнедеятельности и распада, гуминовые вещества, а также многочисленные соединения, попадающие в водоемы со сточными водами).

Состав воды природных поверхностных источников непостоянен. В них непрерывно происходят процессы окисления, восстановления, осаждения крупных и тяжелых частиц, а также биохимические процессы, приводящие к самоочищению водоемов. Очень сильно изменяется состав природных поверхностных вод по сезонам года, а также эпизодически в результате атмосферных осадков. Состав подземных вод подвержен значительно меньшим колебаниям.

Концентрация отдельных компонентов в воде определяет ее свойства, т. е. качество воды.

Изучение химического состава воды и его изменений является важной задачей, решаемой при проектировании и эксплуатаций водопроводных очистных сооружений. Качество воды является одним из основных факторов при выборе источника водоснабжения, основных технологических процессов водоподготовки.

Условия сброса сточных вод в водоемы регламентированы «Правилами охраны поверхностных сточных вод от загрязнения сточными водами» и

6

СанПином 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Этими правилами установлены нормативы качества воды: для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования; для водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей.

Порядок контроля качества воды зависит от требований потребителя, особенностей технологического процесса и работы водопроводных очистных сооружений. Для оценки качества природных и сточных вод используют физические, химические, бактериологические и технические методы анализа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД

Цель работы: Различными методами (органолептическими и колориметрическими) определить показатели качества воды: температуру, вкус, запах, количество взвешенных веществ (прозрачность, мутность) и цветность.

1.1. Определение температуры воды

Температура воды подземных источников характеризуется постоянством (8...12° С), причем с возрастанием глубины залегания вод сезонные колебания температуры уменьшаются. Температура воды поверхностных источников существенно меняется по сезонам года (от 0,1 до 30 ° С) и зависит от поступления в них подземных вод, а также от сбросов использований охлаждающей воды. Оптимальная температура воды для хозяйственно-питьевых целей 7... 11 ° С.

Аппаратура

Термометр Цельсия с ценой деления в 0,1°.

Выполнение работы

Определение температуры воды проводят в отбираемой пробе или непосредственно в водоеме. Термометр выдерживают вводе неменее 5 мин. При этом мениск ртути в термометре должен находиться на уровне глаза. Температуру выражают в градусах с точностью до 0,1°.

1.2.Определение запаха и вкуса воды

Привкусы и запахи, встречающиеся в природных водах, могут быть естественного (наличие железа, марганца, сероводорода) и искусственного (сброс промышленных стоков) происхождения.

Различают четыре основных вкуса воды - соленый, горький, сладкий и кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных, называются привкусами.

Соленый вкус ВОДЫ обусловлен присутствием в воде хлорида натрия;

7

горький - сульфата магния; кислый - избытком растворенной углекислоты. Железистый привкус придают воде растворенные соли железа и марганца, щелочной - поташ, сода, едкие щелочи; вяжущий - сульфат кальция.

К запахам естественного происхождения относятся: землистый, гнилостный, рыбный, болотистый, глинистый и др. К запахам искусственного происхождения можно отнести; фенольный, хлорфенольный, камфорный, хлорный и т. д.

Запахи естественного происхождения возникают в результате массового развития водорослей - диатомовых, сине-зеленых, а также в результате жизнедеятельности организмов, населяющих водоемы (плесени, лучистых грибов). Запахи искусственного происхождения возникают при попадании в водоемы сточных вод, содержащих кетоны, спирты, альдегиды, эфиры и др.

Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют органолептически, т. е. при помощи органов чувств, и оценивают по пятибалльной системе (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Характер интенсивности запахов и привкусов по степени их интенсивности

Запах и вкус определяют непосредственным дегустированием при комнатной температуре, а также при 60 ° С, что вызывает их усиление. По СанПиН 2.1.4.1074-01 привкус и запах, определяемые при 20 ° С, не должны превышать двух баллов.

8

О т б о р п р о б Объем пробы воды не должен быть менее 500 мл. Пробы воды не

консервируют, определение проводят не позднее, чем через 2 ч после отбора пробы.

1.2.1. Органолептические методы определения запаха

Аппаратура

Колбы — плоскодонные с притертыми пробками на 250 мл. Стекло — часовое.

Баня — водяная.

Выполнение работы

1.2.1.1.Определение запаха при 20 ° С

Вколбу с притертой пробкой на 250 мл отмеривают 100 мл испытуемой воды с температурой 20 ° С. Колбу закрывают пробкой, содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательным движением, после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха. Оценку качества воды по запаху осуществляют по табл. 1.1.

1.2.1.2.Определение запаха при 60 ° С

Вколбу отмеривают 100 мл испытуемой воды. Горлышко колбы закрывают часовым стеклом и подогревают на водяной бане до 50 - 60 ° С. Содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями. Сдвигая стекло в сторону, быстро определяют характер и интенсивность запаха. Качество воды по запаху оценивают по табл. 1.1.

1.2.2.Органолептический метод определения вкуса

Выполнение работы

Испытуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживая 3 - 5 с. Интенсивность и характер вкуса определяют при 20 ° С и оценивают по пятибалльной системе (табл. 1.1).

1.3.Определение цветности воды

Содержание окрашенных примесей в природой воде характеризуют общим термином — цветность воды.

Цветность природных вод в основном обусловлена гумусовыми веществами. При этом нерастворимые гумусовые вещества почвы в природных водах находятся во взвешенном состоянии, а в коллоидно- и истинно растворенном состоянии присутствуют фульво- и гуминовые кислоты, преимущественно в виде солей щелочных и щелочно-земельных металлов.

9

Гуминовые кислоты содержат в своей основе ароматические кольца изо- и гетероциклического строения. Исследование функциональных групп гуминовых кислот, выделенных из почв и торфа, показало, что в их составе имеются карбоксильные и фенолгидроксильные группы, обуславливающие их кислые свойства.

Фульвокислоты, названные так по их желтой окраске, представляют собой группу близких по строению органических соединений. В отличие от гуминовых кислот ароматическая часть в них выражена слабо — в молекулах преобладают боковые связи. Они также содержат карбоксильные и фенолгидроксильные функциональные группы, придающие им кислотные свойства; соединения эти более диссоциированы.

Окраска воды может быть обусловлена также продуктами жизнедеятельности и распада живых и растительных организмов, населяюших воду, присутствием соединений железа, сточных вод некоторых производств или «цветением» водоемов — при массовом развитии водорослей вода приобретает окраску от светло-зеленой до темно-бурой.

Цветность определяют колориметрическим методом, путем сравнения цвета исследуемой воды с эталонной шкалой, имитирующей эту окраску. В качестве эталонной используют платиново-кобальтовую или кобальто-бихроматную шкалы.

В последние годы для определения цветности широко применяют фотоколориметрический метод, основанный на измерении оптической плотности воды. Цветность питьевой воды не должна превышать 20° по СанПиН

2.1.4.1074-01.

О т б о р п р о б

Объем пробы воды не должен быть менее 500 мл. Пробы воды для определения цветности не консервируют. Определение проводят не позднее, чем через 2 ч после отбора пробы.

1.3.1. Фотоколориметрический метод определения цветности

Определяют оптическую плотность предварительно профильтрованной исследуемой воды на фотоэлектроколориметре ФЭК-56М в кюветах с 1=5 - 10 см при λ = 413 нм (синий светофильтр) против дистиллированной воды (контрольная проба). Затем по предварительно построенному градуировочному графику находят цветность воды. Для получения градуировочного графика измеряют оптические плотности растворов шкалы цветности и строят зависимость: оптическая плотность воды (А) — цветность воды (градусы).

1.4.Определение взвешенных веществ, прозрачности и мутности воды

Вприродных водах во взвешенном состоянии содержатся нерастворимые

ималорастворимые вещества: частицы глины, песка, лесса, илистых веществ,

10

карбонатных соединений, водных оксидов алюминия, железа, марганца, высокомолекулярных органических примесей гумусового происхождения, часто в виде органо-минеральных комплексов. Кроме того, в таких водах находятся фитопланктон и зоопланктон.

Удаление из воды основной массы нерастворимых и малорастворимых веществ является необходимым условием при подготовке воды для хозяйственно-питьевых и технических целей. При этом улучшаются также органолептические показатели воды, как мутность и прозрачность.

При наличии в воде большого количества взвешенных веществ их определяют весовым методом.

В тех случаях, когда количество взвешенных веществ в воде невелико, определяют прозрачность или мутность воды, которые косвенно характеризуют количество взвешенных веществ. Количество взвешенных веществ в воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, строго регламентировано СанПиН 2.1.4.1074-01. Так, мутность воды допускается не более 1,5 мг/л.

1.4.1. Весовой метод определения содержания взвешенных веществ в воде

Метод основан на определении приращения веса бумажного (при содержании взвешенных веществ в воде 100 мг/л) или мембранного (при содержании взвешенных веществ в воде до 100 мг/л) фильтра, через которые фильтруют определенный объем исследуемой воды. Вес фильтра до и после фильтрования с задержанным осадком определяют после высушивания до постоянного веса при температуре 105 ° С.

Бумажные фильтры (синяя лента). Фильтры высушивают при 105° С до постоянной массы и взвешивают в бюксе.

Выполнение работы

Предварительно перемешанную пробу воды объемом от 100 мл до 1,5 - 2 л (в зависимости от количества взвешенных веществ в воде) фильтруют через бумажный фильтр. Осадок, оставшийся на фильтре, промывают дистиллированной водой. Фильтр с осадком переносят во взвешенный бюкс, высушивают до постоянной массы при 105 ° С и взвешивают.

Содержание взвешенных веществ (X, мг/л) вычисляют по формуле: