Прозрачность воды в гидрологии и океанологии - это отношение интенсивности света, прошедшего через слой воды, к интенсивности света, входящего в воду. Прозрачность воды - величина, косвенно обозначающая количество взвешенных частиц и коллоидов в воде.
Прозрачность воды определяется её избирательной способностью поглощать и рассеивать световые лучи и зависит от условий освещения поверхности, изменения спектрального состава и ослабления светового потока, а также концентрации и характера живой и неживой взвеси. При большой прозрачности вода приобретает интенсивный синий цвет, который характерен для открытого океана. При наличии значительного количества взвешенных частиц, сильно рассеивающих свет, вода имеет сине-зелёный или зелёный цвет, характерный для прибрежных районов и некоторых мелководных морей. В местах впадения крупных рек, несущих большое количество взвешенных частиц, цвет воды принимает жёлтые и коричневые оттенки. Речной сток, насыщенный гуминовыми и фульвокислотами, может обуславливать темно-коричневый цвет морской воды.
Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ .
Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Прозрачность – это свойство воды пропускать вглубь световые лучи. Уменьшение светового потока снижает эффективность фотосинтеза и, следовательно, биологическую продуктивность водотоков.
Даже самые чистые, не содержащие примесей, воды не абсолютно прозрачны и в слое достаточно большой толщины поглощают свет полностью. Однако природные воды никогда не бывают совершенно чистыми – в них всегда содержатся растворённые и взвешенные вещества. Максимальная прозрачность наблюдается в зимний период. При прохождении весеннего паводка прозрачность заметно снижается. Минимальные значения прозрачности наблюдаются обычно летом, в период массового развития ("цветения") фитопланктона.
Для озер Беларуси с естественным гидрохимическим режимом значения прозрачности (по диску Секки) варьируют от нескольких десятков сантиметров
до 2-3 метров. В местах поступления стоков, особенно при несанкционированных сбросах, прозрачность может снижаться до нескольких сантиметров.
Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, мало мутная, средней мутности, мутную, очень мутную (табл. 1.4). Мерой прозрачности служит высота троса опускаемого в воду диска Секки определенных размеров .
Таблица 1.4
Характеристика вод по прозрачности
Вывод: Озера - водоемы занимающие естественное углубление на земной поверхности. Выделяют ряд классификаций водоемов со стоячей водой, основными показателями загрязненности которых считают степень сапробности и трофический статус. Для отнесения озер к тем или иным по сапробности и трофности водоемам изучают их физические показатели и видовой состав макрозообентоса.
Прозрачность воды по диску Секки, по кресту, по шрифту. Мутность воды. Запах воды. Цветность воды.
В воде находятся взвешенные вещества, которые уменьшают ее прозрачность. Существуют несколько методов определения прозрачности воды.
- По диску Секки. Чтобы измерить прозрачность речной воды, применяют диск Секки диаметром 30 см, который опускают на веревке в воду, прикрепив к нему груз, чтобы диск уходил вертикально вниз. Вместо диска Секки можно применять тарелку, крышку, миску, положенные в сетку. Диск опускается до тех пор, пока он не будет виден. Глубина, на которую вы опустили диск, и будет показателем прозрачности воды.
- По кресту . Находят предельную высоту столба воды, через которую просматривается рисунок черного креста на белом фоне с толщиной линий равной 1 мм, и четырех черных кружочков диаметром равным 1 мм. Высота цилиндра, в котором проводится определение, должно быть не менее 350 см. На дне его расположена фарфоровая пластинка с крестом. Нижняя часть цилиндра должна быть освещена лампой в 300 Вт.
- По шрифту . Под цилиндр высотой 60 см и диаметром 3-3,5 см подкладывают стандартный шрифт на расстоянии 4 см от дна, исследуемую пробу наливают в цилиндр, так чтобы можно было прочитать шрифт, и определяют предельную высоту столба воды. Метод количественного определения прозрачности основан на определении высоты водяного столба, при которой еще можно визуально различить (прочесть) черный шрифт высотой 3,5 мм и шириной линии 0,35 мм на белом фоне или увидеть юстировочную метку (например, черный крест на белой бумаге). Используемый метод является унифицированным и соответствует ИСО 7027.
Повышенную мутность вода имеет за счет содержания в ней грубодисперсных неорганических и органических примесей. Определяют мутность воды весовым методом, и фотоэлектрическим колориметром. Весовой метод заключается в том, что 500-1000 мл мутной воды профильтровывают через плотный фильтр диаметром 9-11 см. Фильтр предварительно высушивается и взвешивается на аналитических весах. После фильтрования фильтр с осадком высушивают при температуре 105- 110 градусов в течение 1,5 - 2 часов, охлаждают и вновь взвешивают. По разности масс фильтра до и после фильтрования рассчитывают количество взвешенных веществ в исследуемой воде.
В России мутность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм 3 при использовании основной стандартной суспензии каолина (мутность по каолину ) или в ЕМ/дм 3 (единицы мутности на дм 3) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/дм 3 .
В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формазину, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027 (Water quality - Determination of turbidity). Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU (formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее:
1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU
ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания - не более 1 NTU.
Запахи в воде могут быть связаны с жизнедеятельностью водных организмов или появляться при их отмирании - это естественные запахи. Запах воды в водоеме может обуславливаться также попадающими в него стоками канализации, промышленными стоками - это искусственные запахи.Сначала дают качественную оценку запаха по соответствующим признакам:
- болотный,
- землистый,
- рыбный,
- гнилостный,
- ароматический,
- нефтяной и т.д.
Силу запаха оценивают по 5 балльной шкале. Колбу с притертой пробкой заполняют на 2/3 водой и тотчас закрывают, интенсивно встряхивают, открывают и тотчас отмечают интенсивность и характер запаха.
Качественную оценку цветности производят, сравнивая образец с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают отдельно исследуемую и дистиллированную воду, на фоне белого листа при дневном освещении рассматривают сверху и сбоку, оценивают цветность как наблюдаемый цвет, при отсутствии окраски вода считается бесцветной.
Прозрачность воды по диску Секки, по кресту, по шрифту. Мутность воды. Запах воды. Цветность воды.
В воде находятся взвешенные вещества, которые уменьшают ее прозрачность. Существуют несколько методов определения прозрачности воды.
- По диску Секки. Чтобы измерить прозрачность речной воды, применяют диск Секки диаметром 30 см, который опускают на веревке в воду, прикрепив к нему груз, чтобы диск уходил вертикально вниз. Вместо диска Секки можно применять тарелку, крышку, миску, положенные в сетку. Диск опускается до тех пор, пока он не будет виден. Глубина, на которую вы опустили диск, и будет показателем прозрачности воды.
- По кресту . Находят предельную высоту столба воды, через которую просматривается рисунок черного креста на белом фоне с толщиной линий равной 1 мм, и четырех черных кружочков диаметром равным 1 мм. Высота цилиндра, в котором проводится определение, должно быть не менее 350 см. На дне его расположена фарфоровая пластинка с крестом. Нижняя часть цилиндра должна быть освещена лампой в 300 Вт.
- По шрифту . Под цилиндр высотой 60 см и диаметром 3-3,5 см подкладывают стандартный шрифт на расстоянии 4 см от дна, исследуемую пробу наливают в цилиндр, так чтобы можно было прочитать шрифт, и определяют предельную высоту столба воды. Метод количественного определения прозрачности основан на определении высоты водяного столба, при которой еще можно визуально различить (прочесть) черный шрифт высотой 3,5 мм и шириной линии 0,35 мм на белом фоне или увидеть юстировочную метку (например, черный крест на белой бумаге). Используемый метод является унифицированным и соответствует ИСО 7027.
Повышенную мутность вода имеет за счет содержания в ней грубодисперсных неорганических и органических примесей. Определяют мутность воды весовым методом, и фотоэлектрическим колориметром. Весовой метод заключается в том, что 500-1000 мл мутной воды профильтровывают через плотный фильтр диаметром 9-11 см. Фильтр предварительно высушивается и взвешивается на аналитических весах. После фильтрования фильтр с осадком высушивают при температуре 105- 110 градусов в течение 1,5 - 2 часов, охлаждают и вновь взвешивают. По разности масс фильтра до и после фильтрования рассчитывают количество взвешенных веществ в исследуемой воде.
В России мутность воды определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм 3 при использовании основной стандартной суспензии каолина (мутность по каолину ) или в ЕМ/дм 3 (единицы мутности на дм 3) при использовании основной стандартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/дм 3 .
В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формазину, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027 (Water quality - Determination of turbidity). Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU (formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее:
1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU
ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания - не более 1 NTU.
Запахи в воде могут быть связаны с жизнедеятельностью водных организмов или появляться при их отмирании - это естественные запахи. Запах воды в водоеме может обуславливаться также попадающими в него стоками канализации, промышленными стоками - это искусственные запахи.Сначала дают качественную оценку запаха по соответствующим признакам:
- болотный,
- землистый,
- рыбный,
- гнилостный,
- ароматический,
- нефтяной и т.д.
Силу запаха оценивают по 5 балльной шкале. Колбу с притертой пробкой заполняют на 2/3 водой и тотчас закрывают, интенсивно встряхивают, открывают и тотчас отмечают интенсивность и характер запаха.
Качественную оценку цветности производят, сравнивая образец с дистиллированной водой. Для этого в стаканы из бесцветного стекла наливают отдельно исследуемую и дистиллированную воду, на фоне белого листа при дневном освещении рассматривают сверху и сбоку, оценивают цветность как наблюдаемый цвет, при отсутствии окраски вода считается бесцветной.
Основные загрязняющие вещества, присутствующие в сточных водах городских очистных сооружений, объединены в группы и представлены на схеме 1
Органические вещества в сточных водах по своему физическому состоянию могут быть в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях, в зависимости от размера составляющих их частиц (табл. 1). По мере изменения крупности частиц загрязняющих веществ происходит последовательное их изъятие на всех ступенях биологической очистки (схема 2).
Таблица 1 Состав органических веществ в неочищенных сточных водах по величине частиц
Схема 1
Прозрачность воды
Прозрачность сточной воды обусловлена наличием в ней нерастворенных и коллоидных примесей. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой сквозь нее можно читать шрифт определенного размера и типа. Городские сточные воды, поступающие на очистку, имеют прозрачность 1-5 см. Эффект очистки наиболее оыстро и просто оценивается по прозрачности очищенной воды, ко торая зависит от качества очистки, а также от наличия в воде мелких, не оседающих за два часа хлопьез активного ила и диспергированных бактерий. Измельчение хлопьев ила может быть следствием распада более крупных, старых хлопьев, следствием разрыва их газами или под влиянием токсичных сточных вод. Мелкие хлопья могут заново слипаться, но, достигнув некоторого небольшого размера, далее не укрупняются. Прозрачность наиболее оперативный, чутко реагирующий на нарушения, показатель качества очистки. Любые, даже незначительные, неблагоприятные изменения в составе сточных вод и в технологическом режиме их очистки приводят диспергированию хлопьев ила, нарушению хлопьеобразования, а следовательно, к падению прозрачности очищенной воды.
Биологическая очистка сточных вод должна обеспечивать не менее 12 см прозрачности очищенной воды. При полной, удовлетворительной биологической очистке прозрачность составляет 30 и более сантиметров, причем при такой прозрачности все другие санитарные показатели загрязнения, как правило, соответствуют высокой степени очистки.
Прозрачность определяется во взболтанной (характеризует наличие взвешенных и коллоидных веществ), и в отстоянной (наличие коллоидных веществ) пробах. Прозрачность в отстоянной пробе характеризует работу аэротенков, прозрачность во взболтанной - работу вторичных отстойников.
Примеры. Если прозрачность очищенной воды во взболтанной пробе составляет 19 см, а в отстоянной 28 см, можно сделать вывод об удовлетворительной работе аэротенков (хорошо сняты коллоидные вещества) и вторичных отстойников (можно ожидать, что вынос взвешенных веществ в очищенной воде не превысит 15 мг/дм3),
Схема 2 Последовательное изъятие органических частиц (в зависимости от их размера) на разных ступенях очистки сточных вод
Если по результатам анализов прозрачность во взболтанной пробе составляет 10 см, а в отстоянной 30 см, это значит, что коллоидные вещества хорошо изымаются из сточных вод в аэротенках, но вторичные отстойники работают неудовлетворительно и обеспечивают низкую прозрачность очищенной воды.
Изменение прозрачности надиловой воды может служить оперативным сигналом об изменениях в процессе очистки даже тогда, когда другие методы физико-химического контроля еще не фиксируют отклонений, поскольку все нарушения сопровождаются измельчением хлопьев активного ила, что немедленно фиксируется по сниженной прозрачности над иловой воды.
Прозрачность морской воды - показатель, характеризующий способность воды пропускать лучи света. Зависит от размеров,количества и природы взвешенных веществ. Для характеристики прозрачности воды используют понятие "относительная прозрачность ".
История
Впервые степень прозрачности морской воды сумел определить итальянский священник и астроном по имени Пьетро Анджело Секки в 1865 году с помощью диска диаметром 30 см, опускаемого в воду на лебедке с теневого борта судна. Позднее этот метод получил его имя. В данный момент существуют и широко применяются электронные приборы для измерения прозрачности воды (трансмиссометры)
Методы определения прозрачности воды
Существует три основных метода замера прозрачности воды. Все они предполагают определение оптических свойств воды, а также учёт параметров ультрафиолетового спектра.
Области применения
В первую очередь расчеты прозрачности воды являются неотъемлемой частью исследований в гидрологии, метеорологии и океанологии, показатель прозрачности/мутности обуславливает присутствие в воде нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения, тем самым, оказывая влияние на загрязнение морской среды, а также позволяет судить о скоплениях планктона, содержания мути в воде, образования ила. В судоходстве прозрачность морской воды может быть определяющим фактором при обнаружении мели или объектов способных нанести ущерб судну.
Источники
- Маньковский В. И. Элементарная формула для оценки показателя ослабления света в морской воде по глубине видимости белого диска (рус.) // Океанология. - 1978. - Т. 18(4). - С. 750–753.
- Smith, R. C., Baker, K. S. Optical properties of the clearest natural waters (200-800 nm)
- Gieskes, W. W. C., Veth, C., Woehrmann, A., Graefe, M. Secchi disc visibility world record shattered
- Berman, T., Walline, P. D., Schneller, A. Secchi disk depth record: A claim for the eastern Mediterranean
- Методические рекомендации. Определение температуры, запаха, окраски (цвета) и прозрачности в сточных водах, в том числе очищенных сточных, ливневых и талых. ПНД Ф 12.16.1-10