Определение содержания в воде соединений ионного характера является важной характеристикой. При определении электропроводности воды при 200С нельзя сделать заключение о природе присутствующих ионов, для идентификации необходимо применять химические методы. Несмотря на эти ограничения, электропроводность служит важным критерием качества воды (рис. 7.1). Измерение проводят кондуктометрическим методом, с использованием стандартной кондуктометрической ячейки, результаты измерений приводят в микросименсах на один сантиметр (мкСм/см). ИСО 7888 устанавливает метод измерения электропроводности всех видов вод.
Электропроводность – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Природные воды представляют в основном растворы смесей сильных электролитов. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-. Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. Присутствие других ионов, например, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Al3+, NO3-, HPO4-, H2PO4- не сильно влияет на электропроводность, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод).
| Деминерализованная вода | ||||||
| Питьевая вода | ||||||
| Сточная вода | ||||||
| Солоноватая и морская вода | ||||||
| 0,1 1 |
мкСм/см I мСм/см
Рис. 7.1. Удельная электропроводность различного типа вод.
По значениям электропроводности природной воды можно приближенно судить о минерализации воды с помощью предварительно установленных зависимостей. Затруднения, возникающие при оценке суммарного содержания минеральных веществ (минерализации) по удельной электропроводности связаны с:
Ø неодинаковой удельной электропроводимостью растворов различных солей;
Ø повышением электропроводимости с увеличением температуры.
Величина удельной электропроводности служит приблизительным показателем их суммарной концентрации электролитов, главным образом, неорганических, и используется в программах наблюдений за состоянием водной среды для оценки минерализации вод. Удельная электропроводность – удобный суммарный индикаторный показатель антропогенного воздействия.
Одним из показателей качества воды, позволяющих судить о химических и биологических процессах протекающих в ней, является значение рН. В природных водах, являющихся сложными растворами, концентрация ионов водорода зависит не только от диссоциации и гидролиза молекул воды, диссоциации и гидролиза солей, но и от содержания диоксида углерода и его производных, содержания гумусовых кислот и др. Основной системой, регулирующей содержание ионов водорода в природных водоемах, является так называемая карбонатная система. Углекислый газ, растворяясь в воде, частично превращается в угольную кислоту, способную диссоциировать по уравнению:
Н2СО3ÛНСО3-+Н+
Содержание ионов водорода определяется из соотношения:
,
где К1 – первая константа диссоциации, равная 4.10-7.
Существенное влияние на содержание ионов водорода оказывает имеющиеся в воде гидрокарбонаты Са(НСО3) и Мg(НСО3)2, которые в результате диссоциация увеличивают содержание в воде ионов НСО3- и уменьшают содержание Н+.
Ионы НСО3- также диссоциируют с образованием протонов:
НСО3- 
Н++ СО32-
Условиям равновесия обычно отвечают следующие переходы:
СО2 + Н2О 
Н+ + НСО3- 
2Н+ + СО32-
Из уравнения видно, что различное значение рН воды указывает на различное содержание в воде различных составляющих данного уравнения.
При нормальных условиях рН природных вод близко к значению 8,5. При этом значении распространен ион НСО3-. В этой форме углерод легко усваивается водными организмами. Величина рН обычно варьируется в широких пределах для речных вод в зимний сезон 6,8–7,4, летом – 7,4–8,2, атмосферные осадки – 4,6–6,1, океан и моря – 7,9–8,3, болота – 5,5–6,0. Определение рН производится потенциометрическим методом со стеклянным индикаторным электродом (ПНД Ф 14.1.:2:3:4.121-97 (ИСО 10523).
В водоеме можно выделить несколько этапов процесса их закисления:
1) на первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионы Н+). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0.1 моль/дм3;
2) на второй стадии закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов;
3) на третьем этапе закисления рН водоемов стабилизируется на значениях рН<5 (обычно рН=4.5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН. Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоемах и почвенном слое.
Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп:
| 1) сильнокислые воды | рН < 3 | результат гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды) |
| 2) кислые воды | рН = 3–5 | поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ |
| 3) слабокислые воды | рН = 5–6,5 | присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны) |
| 4) нейтральные воды | рН = 6,5–7,5 | наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 |
| 5) слабощелочные воды | рН = 7,5–8,5 | то же |
| 6) щелочные воды | рН = 8,5–9,5 | присутствие Na2CO3 или NaHCO3 |
| 7) сильнощелочные воды | рН > 9,5 | присутствие Na2CO3 или NaHCO3 |
Порядок выполнения работы и обработка результатов
1. Определение удельной электропроводности. Исследуемую пробу воды помещают в электролитическую ячейку при температуре 250С, с известной константой ячейки. Проводят измерения согласно инструкции к прибору. Удельную электропроводность исследуемой воды рассчитывают по формуле:
æ = k / R, (7.1)
где k – константа ячейки; R – сопротивление исследуемой воды, Ом.
2. Определение рН. Исследуемую пробу воды помещают в стаканчик, измерения проводят согласно инструкции к прибору.