Определение кислотности воды

Цель работы: овладеть знаниями, умениями и навыками, связанными с определением кислотности (щелочности) воды.

Задачи: научиться определять и объективно оценивать кислотность воды (осадков).

Оборудование и материалы: рН-метр. пробы воды различной кислотности.

 

 

Теоретическая часть

Вода — объект окружающего мира, с которым человек постоянно  сталкивается и постоянно контактирует в повседневной жизни. Непрерывно возрастающая насыщенность питьевой воды химическими примесями неизбежно воздействует на здоровье каждого человека.

Одним из показателей, характеризующих  качественный химический состав воды, является кислотность (щелочность).

У нейтральной воды показатель рН равен 7. Изменение рН на единицу в сторону уменьшения или увеличения свидетельствует об уменьшении или увеличении в 10 раз концентрации водородных ионов. При избыточном поступлении кислоты из кислотных дождей или стоков в озеро или пруд наблюдается несколько стадий закисления в них воды.

На стадии сильного закисления, когда  рН устанавливается на уровне 4,5 (или ниже), в воде появляются в повышенном количестве ионы алюминия и других металлов, вымываемых из почвы. Приведем несколько примеров.

1. На концентрацию свинца в  природной воде сильно влияет ее кислотность: чем выше кислотность, тем больше в воде растворимых соединений свинца. Если принять во внимание, что ни один другой металл не накапливается в организме животных и человека так быстро, как свинец, то можно сделать вывод о том, что закисление воды может привести к загрязнению человеческого организма свинцом как при непосредственном использовании воды из загрязненных водоемов, так и при употреблении в пищу зараженных животных (особенно хищных рыб, моллюсков и ракообразных).

2. Ртуть накапливается в донных  осадках и водорослях в наиболее  опасной форме — в виде метилртути. С увеличением кислотности воды в озере на 1 единицу рН концентрация ртути в тканях рыб повышается в среднем на 0,14 мг/кг. В Швеции и США рыболовам рекомендовано возвращать в озера пойманную рыбу, если ее возраст более трех лет.

В своей эволюции живые организмы  приспособились к среде обитания, однако они могут нормально существовать только при незначительных колебаниях уровня рН. Изменение рН воды влечет за собой химическую и биологическую перестройку в водной экосистеме, особенно в относительно замкнутой, какой является пруд или небольшое озеро.

При рН от 6,5 до 6,0 погибают улитки, моллюски, ракообразные, гибнет икра земноводных  животных.

При рН от 6,0 до 5.0 гибнут наиболее чувствительные организмы: фито- и зоопланктон, многие насекомые, форель, лосось, хариус, плотва, окунь, щука. Рыба гибнет не только от непосредственного воздействия кислоты. Вытесненный из горных пород и донных отложений алюминий повреждает жаберный аппарат. Из-за нарушения кальциевого равновесия рыба теряет способность к воспроизводству.

При рН 5,5 и меньше основная растительность озера вытесняется мхами и  нитчатыми водорослями, в воду часто  переселяется сфагновый мох —  обитатель суши.

При рН ниже 4,5 в воде озер вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные (протекающие при недостатке кислорода) процессы выделением метана и сероводорода.

Основными «поставщиками» кислоты  в водоемы являются кислотные дожди, которые образуются в результате взаимодействия оксидов серы и оксидов азота с атмосферными парами.

Кислотные осадки медленно, но верно  растворяют сооружения из мрамора и  известняка. Исторические памятники  Греции и Рима, простояв тысячелетия, разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит Казанскому собору, Мраморному дворцу и Александро-Невской лавре в Санкт-Петербурге.

Санитарные нормы. Гигиенические требования к качеству питьевой воды определяются ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая», по которым водородный показатель рН не должен превышать нормативов 6,0—9,0. Уровень рН пресноводных подземных и поверхностных источников водоснабжения не должен выходить за пределы 6,5—8,5.

 

Выполнение работы.

1. Ознакомились с устройством и принципами работы рН-метра.

2.  Определите показатель  рН для каждой пробы воды. На  основании измерений заполнили таблицу 1.

Таблица 1. Результаты измерений показателя рН для проб.

	Показатель рН	Заключение по пробе  воды
Проба № 1	10,15	Щелочная среда.  Не пригодна для питья.
Проба № 2	4,45	Кислая среда. Не пригодна для питья.
Проба № 3	10	Щелочная среда. Не пригодна для питья.
Проба № 4	3,25	Кислая среда. Не  пригодна для питья.
Проба № 5	9,6	Щелочная среда.  Не пригодна для питья.

 

Вывод. В ходе работы определили кислотность (щелочность) проб, а также  качество согласно санитарно-гигиенических  требований.

 

 

Параметр	Страна
	ЕС	США	ВОЗ	Россия
рН (в ед. рН)	6,5-9,5	6,5-8,5**	6,5-8,5	6,0-9,0
Акриламид	0,1	0,0	0,5	-
Полиакрил-амид	-	-	-	2000
Алюминий	200	200**	200	500
Барий	-	2000	700	100*
Бенз(а)пирен	0,01	0,2	0,7	0,005 *
Бензол	1	5	0,7	-
Бериллий	-	4	-	0,2
Бор	1000	-	500	500*
Бромат	10	-	25	-
Винилхлорид	0,5	2	10	-
Дихлорэтан	3	5	30	-
Железо	200	300**	300	300
Кадмий	5	5	3	1*
Калий	-	-	-	50000 *
Кальций	-	-	-	180000 *
Кремний	-	-	-	10000 *
Магний	-	-	-	40000 *
Марганец	50	50**	500	100
Медь	2000 нед.	1300	2000	1000
Молибден	-	-	70	250
Мышьяк	10	50	10	50
Натрий	200000	-	200000	120000*
Никель	20 нед.	-	20	100*
Нитраты	50000	10000	50000	45000
Нитриты	500	1000	3000	3300*
ПАВ	-	500**	-	-
ПАУ	0,1	-	-	-
Пестицвды (яд.)	0,1	-	-	-
Пестициды (общ.)		-	-	-
Ртуть	1	2	1	0,5*
Свинец	10 нед.	15	10	30
Селен	10	50	10	10
Серебро	-	100**	-	50*
Стронций	-	-	-	7000
Сульфаты	250000	250000	250000	500000
Сурьма	5	6	5	-
Таллий	-	2	-	-
Тетра- и трихлорэтилен	10	5	40	-
Фтор	1500	4000	1500	700-1500
Хлориды	250000	250000	250000	350000
Хлороформ	-	-	200	200*
Хром	50	100	50	50*
Цианид	50	200	70	-
Цинк	5000	5000	3000	5000

 

 

Примечания.

1.    ПАУ - полициклические ароматические углеводороды, близкие к бенз(а)пирену.

2.    В данных ЕС сокращением «нед.» («неделя») помечена средняя недельная доза вещества, которая с гарантией не наносит вреда человеческому организму.

3.    Значком «звездочка» помечены те значения ПДК в российских стандартах, которые взяты из научных статей или новых Санитарных правил и норм. Остальные величины указаны в ГОСТе.

4.    Значком «две звездочки» помечены те значения ПДК в американских стандартах, которые называются вторичными: они не входят в национальный стандарт, но могут быть узаконены властями штата.

5.    Прочерк в какой-либо позиции таблицы не означает отсутствия ПДК. Данные для интегрального параметра вроде пестицидов не приводятся, но все вещества, входящие в эту группу, расписаны подробно.

Комментарии к таблице.

1. Прежде всего напомню,  что ПДК в ней даны в мкг/л  (в микрограммах, или миллионных долях грамма на литр). По этой причине диапазон представленных концентраций огромен. Скажем, по стандарту ЕС присутствие бенз(а)пирена допускается в размере 0,01 мкг/л (или 10 нг/л), для алюминия норма 100 мкг/л (или 0,1 мг/л), а натрий, сульфат и хлор могут присутствовать в воде в количествах 200 000-250 000 мкг/л (то есть 200-250 мг/л, или 0,2-0,25 г/л). Эти цифры сразу ориентируют нас относительно каждого из перечисленных в таблице веществ. Если ПДК составляет сотни тысяч микрограмм, то вещество, в принципе, не является вредным. Это, скорее всего, необходимый нам макроэлемент (см. табл. 2.2). Но оно становится вредным для человека в очень больших дозах. Если ПДК составляет сотни-тысячи микрограмм, то такое вещество может оказаться либо, скажем, нитратами, либо металлом (например, медь, железо), которые становятся отравой при превышении ПДК. Ну а если ПДК в пределах единиц, десятых и сотых Долей микрограмма, то такая субстанция почти всегда несомненный яд (бензол, винилхлорид, мышьяк, ртуть, свинец и так далее).

2.          В таблице представлены различные группы веществ: легкие и тяжелые металлы (к последним экологи относят многие металлы, например алюминий, титан, хром, железо, никель, медь, цинк, кадмий, свинец, ртуть и др.), неорганические и органические соединения. В настоящей таблице данные обобщены и наиболее соответствуют российскому и европейскому стандартам. В нормативах США и ВОЗ органические вещества расписаны подробнее. Так, в стандарте США перечислено около тридцати видов опасной органики. Самыми детальными являются рекомендации ВОЗ, в которых есть следующие отдельные списки: неорганические вещества (в основном тяжелые металлы, нитраты и нитриты); органические вещества (около тридцати), пестициды (более сорока); вещества, применяемые для дезинфекции воды (в основном различные соединения брома и хлора - более двадцати); вещества, влияющие на вкус, цвет и запах воды. Также перечислены вещества, которые не влияют отрицательно на здоровье при предельно допустимых концентрациях в воде - к ним, в частности, относятся серебро и олово.

3.          В российском ГОСТе нет ПДК для ряда веществ, отмеченных в зарубежных нормативах. Я полагаю, что их нет в ГОСТе в силу его древности (как-никак 1982 год!), но в новых Санитарных правилах -в СанПиНе 2.1.4.559-96- эти цифры присутствуют, и нужно подчеркнуть, что требования к качеству питьевой воды в РФ должны соответствовать именно этому новому СанПиНу. В России имеются и другие нормативные документы, в которых приведен список более чем на 1300 вредных веществ и их ПДК. По большинству показателей наш стандарт либо соответствует зарубежным, либо устанавливает нормативы в одних случаях более жесткие, в других более мягкие. Кстати, замечу, что ныне действующие нормативы ЕС, США и ВОЗ сформировались лишь в последнее десятилетие. Но даже в самых детально расписанных рекомендациях ВОЗ против некоторых веществ стоит пометка: «Нет надежных данных для установления норматива». Это означает, что работа продолжается, и в этой связи вспомните, о чем было сказано выше: мы знаем сотни тысяч соединений, но лишь немногие из них изучены с точки зрения влияния на человеческий организм. Особенно влияния в малых дозах, но длительного, постоянного, многолетнего...

В дополнение к комментариям к таблице сравним ряд показателей ПДК, приведенных в российском и зарубежных стандартах. Возьмем, например, алюминий: ПДК на него составляют 200 мкг/л по зарубежным нормам и 500 мкг/л - по российским. Несмотря на расхождение в два с половиной раза, это величины одного порядка. Обратимся далее к железу (200-300 мкг/л), к меди (1000-2000 мкг/л), ртути (1-2 мкг/л), свинцу (10-30 мкг/л) и увидим, что для этих веществ выполняется разумное соответствие по ПДК, то есть различия не более чем в два-три раза.

А теперь приведем  нормативы на самые ядовитые вещества:

Таблица.  Нормативы на самые ядовитые вещества

Параметр	ЕС	США	ВОЗ	Россия
Бенз(а)пирен	0,01	0,2	0,7	0,005
Бензол	1	5	0,7	10
Винилхлорид	0,5	2	10	-
Дихлорэтан	3	5	30	-
Мышьяк	10	50	10	50
Нитриты	500	1000	3000	-

 

 

Разница потрясает! Как  минимум в пять-шесть раз, а  в некоторых случаях - в десять, двадцать, сто! Как видим, российские нормативы не столь плохи. ПДК мышьяка у нас такая же, как в США, норматив на бенз(а)пирен жестче, чем в Европе и США, и только бензол может являться причиной для сомнений в правильности показателей ГОСТа.

Самое странное, что большие  значения ПДК по бенз(а)пирену, винилхлориду и дихлорэтану рекомендованы не кем-нибудь, а ВОЗ! Что это означает? Что в ЕС, США и России переоценили опасность этих ядов? А почему европейские ПДК по бензолу и мышьяку немного меньше американских и российских? Может быть, у нас и в Штатах уже привыкли к этой отраве и реагируют на нее не так болезненно, как европейцы?

Есть у меня гипотеза на этот счет. ВОЗ обобщает гигантский объем исследований по вредным веществам и дает рекомендации, которые научны и объективны, однако ответственность ВОЗ чисто моральная - это неправительственная организация, не имеющая прямого отношения к санитарным службам стран мира. А санитарные службы несут юридическую ответственность перед своими гражданами и правительством! Поэтому, возможно, они на всякий случай ужесточают ПДК, дабы не нажить себе неприятностей. Но это лишь гипотеза.

Теперь давайте вдумаемся  в смысл самого понятия предельно допустимые концентрации. Допустимые, но что значит предельно? Надежно ли эти пределы установлены? Вдруг они определяются не заботой о нашем здоровье, а техническими и финансовыми возможностями очистки вод и их регулярного мониторинга? Сопоставление нормативов доказывает, что это маловероятно. Да, есть расхождения, но в целом наблюдается разумное соответствие по ПДК, и трудно не доверять сразу всем стандартам - и российским, и американским, и европейским, тем более - рекомендациям ВОЗ, которая не занимается очисткой воды и не имеет в этой связи финансовых проблем. Это одна сторона вопроса, а другая заключается в том, что береженого Бог бережет. Можно представить ситуацию чисто теоретически, ибо ни о чем подобном я не слышал и не читал - когда из крана, пусть в предельно допустимых концентрациях, выльется все, что названо в последней таблице. Все, или половина, или треть... Причины могут быть самые разнообразные: авария на станции водоочистки, природный катаклизм, крушение танкера с нефтью, залповый сброс вредоносных веществ, диверсия исламских террористов, чья-то небрежность или злой умысел... Помните, что мы живем в техногенную эпоху, а это значит, что лучше подстраховаться от негативных воздействий прогресса.

Термин «ПДК» - «предельно допустимые» - означает следующее. Ошибочно думать, что предельно допустимая доза - это та доза, проглотив которую, вы еще выживете, а вот если превысите, может наступить смерть или как минимум жуткая болезнь. Но это совсем не так. ПДК определяется как доза вредного вещества, которую можно без последствий принимать с водой каждые сутки на протяжении всей жизни. При этом учитывается, что человек выпивает 2-2,5 л воды в день и что вредные вещества поступают не только с водой, но также с пищей и воздухом.