Общее количество растворенных твердых веществ - Total dissolved solids

В бутылках минеральная вода обычно содержит более высокие уровни TDS, чем водопроводная вода

Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) является мерой растворенного комбинированного содержания всех неорганический и органический вещества, присутствующие в жидкости в молекулярный, ионизированный, или микрогранулированный (коллоидный золь ) приостановленная форма. Концентрации TDS часто указываются в частях на миллион (ppm).[1] Концентрацию TDS в воде можно определить с помощью цифрового измерителя.[2]

Как правило, 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 пресная вода системы, как соленость включает некоторые из ионов, составляющих определение TDS. Основное применение TDS - изучение качество воды за потоки, реки, и озера. Хотя TDS обычно не считается первичным загрязнитель (например, считается, что он не связан с воздействием на здоровье), он используется в качестве показателя эстетических характеристик питьевая вода и как совокупный индикатор наличия широкого спектра химических загрязнителей.

Первичные источники TDS в водоприемниках: сельскохозяйственные стоки и бытовой (городской) сток, глинистые горные воды, выщелачивание Загрязнение почвы, и точечный источник загрязнение воды сброс из промышленных или очистка сточных вод растения. Наиболее распространенные химические составляющие: кальций, фосфаты, нитраты, натрий, калий, и хлористый, которые находятся в питательное вещество сток, общий ливневая вода сток и сток из заснеженного климата, где дорога антиобледенение применяются соли. Химические вещества могут быть катионы, анионы, молекулы или агломерации порядка тысячи или меньше молекул, пока растворимый микро-гранула сформирован. Более экзотические и вредные элементы TDS - пестициды вытекающие из поверхностный сток. 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 общее количество взвешенных твердых частиц (TSS), в том смысле, что последние не могут проходить через сито 2 микрометра и тем не менее находятся во взвешенном состоянии в растворе на неопределенное время. Период, термин осаждаемые твердые вещества относится к материалу любого размера, который не будет оставаться взвешенным или растворенным в сборном резервуаре, не подверженном движению, и исключает как TDS, так и TSS.[3] Оседающие твердые вещества могут включать более крупные твердые частицы или нерастворимые молекулы.

Измерение

Измеритель TDS, используемый для проверки чистоты воды

Два основных метода измерения общего содержания растворенных твердых веществ: гравиметрический анализ и проводимость.[4] Гравиметрические методы являются наиболее точными и предполагают испарение жидкости. растворитель и измерение массы оставшихся остатков. Этот метод обычно самый лучший, хотя и требует много времени. Если неорганические соли составляют подавляющее большинство TDS, подходят гравиметрические методы.

Электропроводность воды напрямую связана с концентрацией растворенных ионизированных твердых частиц в воде. Ионы растворенных твердых частиц в воде создают способность этой воды проводить электрический ток, который можно измерить с помощью обычного измеритель проводимости или же Измеритель TDS. При корреляции с лабораторными измерениями TDS, проводимость дает приблизительное значение TDS концентрация, обычно с точностью до десяти процентов.

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

TDS = kеEC

где TDS выражается в мг / л, а EC - электрическая проводимость в микросименсах на сантиметр при 25 ° C. Фактор корреляции kе варьируется от 0,55 до 0,8.[5]

Некоторые измерители TDS будут использовать это измерение электропроводности, чтобы затем сделать вывод о количестве частей на миллион (ppm); 1 ppm означает 1 мг растворенных твердых веществ на кг воды.[6]

Гидрологическое моделирование

Смотрите также: Модель гидрологического транспорта
Пирамид-Лейк, Невада получает растворенные твердые частицы из Река Траки.

Гидрологические транспортные модели используются для математического анализа движения СВТ в речных системах. Наиболее распространенные модели учитывают поверхностный сток, позволяя варьировать землепользование тип, топография, почва тип, вегетативный крышка, осадки, и практика управления земельными ресурсами (например, норма внесения удобрение ). Модели стока достигли хорошей степени точности и позволяют оценивать альтернативные методы управления земельными ресурсами после воздействия на качество воды в ручье.

Бассейновые модели используются для более полной оценки общего количества растворенных твердых веществ в пределах водосборный бассейн и динамично по разным участкам ручьев. В DSSAM модель была разработана Агентство по охране окружающей среды США (EPA).[7] Эта гидрологическая модель переноса фактически основана на метрике нагрузки загрязняющих веществ, называемой "Общая максимальная суточная нагрузка "(TMDL), который касается TDS и других конкретных химических загрязнителей. Успех этой модели способствовал расширению приверженности Агентства использованию базового протокола TMDL в его национальной политике управления многими речными системами в Соединенных Штатах.[8]

Практические последствия

Аквариум в Бристольский зоопарк, Англия. Обслуживание фильтров становится дорогостоящим из-за высоких TDS.

При измерении воды, обработанной смягчители воды высокие уровни общего содержания растворенных твердых частиц не связаны с жесткостью воды, так как смягчители воды не снижают TDS; скорее, они заменяют ионы магния и кальция, которые вызывают жесткую воду, с равным зарядом ионов натрия или калия, например Ca2+ ⇌ 2 Na+, оставив общий TDS без изменений[9] или даже увеличился. Жесткая вода может вызвать накопление накипи в трубах, клапаны, и фильтры, снижая производительность и увеличивая затраты на обслуживание системы. Эти эффекты можно увидеть на аквариумы, курорты, бассейны, и обратный осмос очистка воды системы. Как правило, в этих применениях часто проверяется общее количество растворенных твердых веществ и проверяются фильтрующие мембраны, чтобы предотвратить неблагоприятные эффекты.

В случае гидропоника и аквакультура, TDS часто контролируется, чтобы создать среду качества воды, благоприятную для организм продуктивность. Для пресной воды устрицы, форель, и другое высокое значение морепродукты, максимальная производительность и экономическая отдача достигаются за счет имитации TDS и pH уровни каждого разновидность родная среда. Для гидропоники общее количество растворенных твердых веществ считается одним из лучших показателей доступности питательных веществ для выращиваемых водных растений.

Потому что порог приемлемого эстетический критерий для питьевой воды для людей составляет 500 мг / л, нет общего беспокойства по поводу запах, вкус и цвет на уровне намного ниже, чем требуется для нанесения 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 при воздействии высоких уровней TDS на водные или наземные животные. Большинство водных экосистем, в которых участвует смешанная ихтиофауна, могут выдерживать уровни TDS в 1000 мг / л.[10]

Дафния великая с яйцами

Толстоголовый пескарь (Pimephales promelas), например, реализует LD50 концентрация 5600 частей на миллион при 96-часовом воздействии. LD50 - это концентрация, необходимая для получения летального эффекта у 50 процентов подвергшихся воздействию численность населения. Дафния Magna, хороший пример первичного члена пищевая цепочка, это небольшой планктонный ракообразный длиной около 0,5 мм, имеющий LD50 около 10 000 ppm TDS для 96-часового воздействия.[11]

Нерест Рыбы а молодые особи более чувствительны к высоким уровням TDS. Например, было обнаружено, что концентрации 350 мг / л TDS снижали нерест Полосатый окунь (Morone saxatilis) в Залив Сан-Франциско -Дельта, где концентрации ниже 200 мг / л способствовали еще более здоровым условиям нереста.[12] в Река Траки, EPA обнаружило, что молодые Лахонтанская головорезная форель были подвержены более высокой смертности при воздействии тепловое загрязнение стресс в сочетании с высокими концентрациями растворенных твердых веществ.[7]

Для наземных животных домашняя птица обычно имеет безопасный верхний предел воздействия TDS приблизительно 2900 мг / л, тогда как у молочного скота верхний безопасный предел составляет приблизительно 7100 мг / л. Исследования показали, что воздействие TDS усугубляется токсичностью, когда другие стрессоры присутствуют, например, аномальный pH, высокий мутность, или сокращенный растворенный кислород причем последний фактор стресса действует только в случае животных.[13]

В странах с часто небезопасным / нечистым водопроводом, таких как большая часть Индии, технические специалисты часто проверяют 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

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

Питьевая вода обычно имеет TDS ниже 500 мг / л. Пресная вода с более высоким TDS пригодна для питья, но вкус может быть неприятным.

Примечание: - В литературе существует общая путаница относительно единиц TDS. Многие источники приравнивают мг / л (или кг / м3) к ppm. Это неверно, потому что ppm - это единица веса / веса, а мг / л - это единица веса / объема, поэтому для преобразования одного в другой требуется плотность раствора. Только когда раствор очень разбавлен и плотность близка к 1,0, значение в ppm приближается к значению в мг / л. По мере увеличения плотности увеличивается ошибка в принятии равных частей на миллион и мг / л.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Соленость и питьевая вода :: SA Health». www.sahealth.sa.gov.au. Получено 2020-02-22.
  2. ^ «Каков допустимый уровень общего растворенного твердого вещества (TDS) в питьевой воде?». Берки. Получено 2020-02-22.
  3. ^ ДеЗуан, Джон (1997). Справочник по качеству питьевой воды (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN  0-471-28789-X.
  4. ^ «Общее количество растворенных твердых веществ (TDS): метод EPA 160.1 (гравиметрический, высушенный при 180 ° C)». Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 1999-11-16. Архивировано из оригинал 23 февраля 2016 г.
  5. ^ Атеквана, Элиот А .; Атеквана, Эстелла А .; Roweb, Rebecca S .; Веркема-младший, Д. Дейл; Legalld, Франклин Д. (2004). «Взаимосвязь измерений общего количества растворенных твердых веществ с объемной электропроводностью в водоносном горизонте, загрязненном углеводородами» (PDF). Журнал прикладной геофизики. Эльзевир. 56 (4): 281–294. Bibcode:2004JAG .... 56..281A. Дои:10.1016 / j.jappgeo.2004.08.003. Получено 15 февраля 2016.
  6. ^ "Часто задаваемые вопросы". Архивировано 18 июня 2017 года.. Получено 23 мая 2017.CS1 maint: неподходящий URL (связь)
  7. ^ а б СМ. 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)
  8. ^ EPA. «Руководство по принятию решений на основе качества воды: процесс TMDL». Док. № EPA 440 / 4-91-001. Апрель 1991 г.
  9. ^ В. Адам Сиглер, Джим Баудер. "Информационный бюллетень TDS". Государственный университет Монтаны. Архивировано из оригинал на 2015-04-29. Получено 23 января 2015.
  10. ^ Бойд, Клод Э. (1999). Качество воды: введение. Нидерланды: Kluwer Academic Publishers Group. ISBN  0-7923-7853-9.
  11. ^ Документ с изложением позиции по общему количеству растворенных твердых веществ, Штат Айова, IAC 567 61.3 (2) g et sequitur, обновлено 27 марта 2003 г.
  12. ^ Kaiser Engineers, Калифорния, Заключительный отчет для штата Калифорния, Программа контроля качества воды залива Сан-Франциско в дельте реки, Штат Калифорния, Сакраменто, Калифорния (1969)
  13. ^ Хоган, К. Майкл; Патмор, Леда С .; Сейдман, Гарри (август 1973). «Статистическое прогнозирование температур динамического теплового равновесия с использованием стандартных баз метеорологических данных». EPA. Получено 2016-02-15. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь) Серия технологий защиты окружающей среды. Документ № EPA-660 / 2-73-003.
  14. ^ https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/saline-water-and-salinity?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects