Suma substancji rozpuszczonych - Total dissolved solids

Butelkowana woda mineralna zwykle zawiera wyższy poziom TDS niż woda z kranu

Całkowite rozpuszczone substancje stałe ( TDS ) to miara rozpuszczonej łącznej zawartości wszystkich substancji nieorganicznych i organicznych obecnych w cieczy w postaci zawiesiny molekularnej , zjonizowanej lub mikrogranulkowej ( zol koloidalny ). Stężenia TDS są często podawane w częściach na milion (ppm). Stężenia TDS w wodzie można określić za pomocą miernika cyfrowego.

Ogólnie rzecz biorąc, definicja operacyjna jest taka, że ​​ciała stałe muszą być wystarczająco małe, aby przetrwać filtrację przez filtr o porach 2 mikrometrów (wielkość nominalna lub mniejsza). Całkowite rozpuszczone substancje stałe są zwykle omawiane tylko w przypadku systemów słodkowodnych , ponieważ zasolenie obejmuje niektóre jony stanowiące definicję TDS. Głównym zastosowaniem TDS jest badanie jakości wody w strumieniach , rzekach i jeziorach . Chociaż TDS nie jest ogólnie uważany za główne zanieczyszczenie (np. nie jest uważany za związany ze skutkami zdrowotnymi), jest używany jako wskaźnik cech estetycznych wody pitnej i jako zbiorczy wskaźnik obecności szerokiej gamy zanieczyszczeń chemicznych .

Podstawowymi źródłami TDS w wodach przyjmujących są spływy rolnicze i mieszkalne (miejskie) , wody górskie bogate w glinę, wymywanie zanieczyszczenia gleby oraz punktowe odprowadzanie zanieczyszczeń wód z zakładów przemysłowych lub oczyszczalni ścieków . Najczęstszymi składnikami chemicznymi są wapń , fosforany , azotany , sód , potas i chlorki , które znajdują się w spływie substancji odżywczych , ogólnych spływach wód opadowych i spływach ze śnieżnego klimatu, gdzie stosowane są sole do odladzania dróg . Substancje chemiczne mogą być kationami , anionami , cząsteczkami lub aglomeracjami rzędu tysiąca lub mniej cząsteczek, pod warunkiem, że tworzy się rozpuszczalna mikrogranulka . Bardziej egzotycznymi i szkodliwymi elementami TDS są pestycydy powstające ze spływów powierzchniowych . Niektóre naturalnie występujące całkowicie rozpuszczone substancje stałe powstają w wyniku wietrzenia i rozpuszczania skał i gleb. Stany Zjednoczone ustanowiły drugorzędny standard jakości wody 500 mg/l, aby zapewnić smak wody pitnej.

Całkowite rozpuszczone ciała stałe różnią się od całkowitych zawieszonych ciał stałych (TSS) tym, że te ostatnie nie mogą przejść przez sito o wielkości 2 mikrometrów, a mimo to są zawieszone w roztworze na czas nieokreślony. Termin osadzające się ciała stałe odnosi się do materiału o dowolnej wielkości, który nie pozostanie zawieszony lub rozpuszczony w zbiorniku, który nie będzie poruszał się , i wyklucza zarówno TDS, jak i TSS. Osadzające się ciała stałe mogą obejmować większe cząstki stałe lub nierozpuszczalne cząsteczki.

Całkowite rozpuszczone substancje stałe obejmują zarówno lotne, jak i nielotne substancje stałe. Lotne ciała stałe to takie, które mogą łatwo przejść ze stanu stałego w ciekły. Nielotne ciała stałe muszą być podgrzane do wysokiej temperatury, zwykle 550 °C, aby osiągnąć tę zmianę stanu. Przykłady substancji nielotnych obejmują sole i cukry.

Pomiar

Miernik TDS używany do badania czystości wody

Dwie główne metody pomiaru całkowitej ilości rozpuszczonych substancji stałych to analiza grawimetryczna i przewodnictwo . Metody grawimetryczne są najdokładniejsze i polegają na odparowaniu ciekłego rozpuszczalnika i pomiarze masy pozostałych pozostałości. Ta metoda jest generalnie najlepsza, chociaż jest czasochłonna. Jeżeli sole nieorganiczne stanowią zdecydowaną większość TDS, odpowiednie są metody grawimetryczne.

Przewodność elektryczna lub specyficzna wody jest bezpośrednio związana ze stężeniem rozpuszczonych w wodzie zjonizowanych ciał stałych. Jony z rozpuszczonych w wodzie ciał stałych powodują, że woda może przewodzić prąd elektryczny , który można zmierzyć za pomocą konwencjonalnego miernika przewodnictwa lub miernika TDS . Po skorelowaniu z laboratoryjnymi pomiarami TDS, przewodnictwo zapewnia przybliżoną wartość stężenia TDS , zwykle z dokładnością do dziesięciu procent.

Zależność TDS od przewodnictwa właściwego wód gruntowych można przybliżyć następującym równaniem:

TDS = k e EC

gdzie TDS jest wyrażona w mg/L, a EC jest przewodnością elektryczną w mikrosimensach na centymetr w temperaturze 25 °C. Współczynnik korelacji k e waha się od 0,55 do 0,8.

Niektóre mierniki TDS wykorzystują ten pomiar przewodności elektrycznej, aby następnie wywnioskować liczbę części na milion (ppm); 1 ppm oznacza 1 mg rozpuszczonych substancji stałych na kg wody.

Symulacja hydrologiczna

Zobacz też: Hydrologiczny model transportu
Pyramid Lake w stanie Nevada otrzymuje rozpuszczone substancje stałe z rzeki Truckee .

Modele transportu hydrologicznego są wykorzystywane do matematycznej analizy ruchu TDS w systemach rzecznych. Najpopularniejsze modele odnoszą się do spływu powierzchniowego, umożliwiając zróżnicowanie typu użytkowania gruntów , topografii , typu gleby , pokrywy wegetatywnej , opadów atmosferycznych i praktyk gospodarowania gruntami (np. dawki stosowania nawozu ). Modele spływu rozwinęły się z dobrym stopniem dokładności i umożliwiają ocenę alternatywnych praktyk gospodarowania gruntami pod kątem wpływu na jakość wody w strumieniu.

Modele zlewni służą do bardziej kompleksowej oceny całkowitej ilości rozpuszczonych ciał stałych w zlewni i dynamicznej wzdłuż różnych zasięgów strumieni. Model DSSAM został opracowany przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA). Ten hydrologiczny model transportu opiera się w rzeczywistości na mierniku obciążenia zanieczyszczeniami zwanym „ całkowitym maksymalnym dziennym ładunkiem ” (TMDL), który dotyczy TDS i innych określonych zanieczyszczeń chemicznych. Sukces tego modelu przyczynił się do większego zaangażowania Agencji w stosowanie protokołu TMDL będącego podstawą jej krajowej polityki zarządzania wieloma systemami rzecznymi w Stanach Zjednoczonych.

praktyczne implikacje

Akwarium w Bristol Zoo, Anglia . Konserwacja filtrów staje się kosztowna przy wysokim TDS.

Podczas pomiaru wody uzdatnionej za pomocą zmiękczaczy wody , wysoki poziom całkowitych rozpuszczonych ciał stałych nie koreluje z twardą wodą, ponieważ zmiękczacze wody nie zmniejszają TDS; raczej zastępują jony magnezu i wapnia, które powodują twardość wody, równym ładunkiem jonów sodu lub potasu, np. Ca 2+ ⇌ 2 Na + , pozostawiając całkowity TDS niezmieniony lub nawet zwiększony. Twarda woda może powodować odkładanie się kamienia w rurach, zaworach i filtrach , zmniejszając wydajność i zwiększając koszty konserwacji systemu. Efekty te można zaobserwować w akwariach , spa , basenach i systemach uzdatniania wody odwróconej osmozy . Zazwyczaj w tych zastosowaniach często bada się całkowitą ilość rozpuszczonych substancji stałych, a membrany filtracyjne są sprawdzane w celu zapobiegania niekorzystnym skutkom.

W przypadku hydroponiki i akwakultury TDS jest często monitorowany w celu stworzenia środowiska o jakości wody sprzyjającej produktywności organizmu . W przypadku ostryg słodkowodnych , pstrągów i innych owoców morza o wysokiej wartości , najwyższą produktywność i zyski ekonomiczne osiąga się poprzez naśladowanie poziomów TDS i pH w rodzimym środowisku każdego gatunku . W zastosowaniach hydroponicznych całkowita ilość rozpuszczonych substancji stałych jest uważana za jeden z najlepszych wskaźników dostępności składników odżywczych dla uprawianych roślin wodnych.

Ponieważ próg dopuszczalnych kryteriów estetycznych dla wody pitnej dla ludzi wynosi 500 mg/l, nie ma ogólnej troski o zapach , smak i kolor na poziomie znacznie niższym niż wymagany dla szkód. Przeprowadzono szereg badań, które wskazują, że reakcje różnych gatunków wahają się od nietolerancji do całkowitej toksyczności z powodu podwyższonego TDS. Wyniki liczbowe należy interpretować ostrożnie, ponieważ rzeczywiste wyniki toksyczności będą odnosić się do określonych składników chemicznych. Niemniej jednak niektóre informacje liczbowe są użytecznym przewodnikiem po naturze zagrożeń związanych z narażeniem organizmów wodnych lub zwierząt lądowych na wysokie poziomy TDS. Większość ekosystemów wodnych z mieszaną fauną ryb może tolerować poziomy TDS 1000 mg/l.

Daphnia magna z jajkami

Duda potokowa ( Pimephales Pimephales ), na przykład, realizowany jest LD 50 stężenia 5600 ppm, w oparciu o 96-godzinnej ekspozycji. LD50 to stężenie wymagane do wywołania śmiertelnego efektu na 50 procent narażonej populacji . Daphnia magna , dobry przykład głównego elementu łańcucha pokarmowego , to mały planktoniczny skorupiak o długości około 0,5 mm, którego LD50 wynosi około 10 000 ppm TDS przy 96-godzinnej ekspozycji.

Tarło ryby i osobniki młodociane wydają się być bardziej wrażliwe na wysokie poziomy TDS. Na przykład stwierdzono, że stężenia 350 mg/l TDS zmniejszały tarło basa pręgowanego ( Morone saxatilis ) w regionie Zatoka San Francisco- Delta, a stężenia poniżej 200 mg/l sprzyjały jeszcze zdrowszym warunkom tarła. W rzece Truckee EPA stwierdziła, że ​​młodociane pstrągi z Lahontan były narażone na wyższą śmiertelność, gdy były narażone na stres związany z zanieczyszczeniem termicznym w połączeniu z wysokim całkowitym stężeniem rozpuszczonych substancji stałych.

W przypadku zwierząt lądowych, drób zazwyczaj ma bezpieczną górną granicę ekspozycji na TDS około 2900 mg/l, podczas gdy bydło mleczne ma bezpieczną górną granicę około 7100 mg/l. Badania wykazały, że narażenie na TDS zwiększa toksyczność, gdy obecne są inne stresory , takie jak nieprawidłowe pH, wysokie zmętnienie lub zmniejszona zawartość tlenu rozpuszczonego, przy czym ten ostatni stresor działa tylko w przypadku zwierząt.

W krajach, w których dostawy wody z kranu są często niebezpieczne/nieczyste, TDS wody pitnej jest często sprawdzane przez techników, aby ocenić, jak skutecznie działają ich urządzenia do filtracji RO/wody. Chociaż odczyty TDS nie dają odpowiedzi na temat ilości drobnoustrojów obecnych w próbce wody, mogą uzyskać dobre wyobrażenie o wydajności filtra na podstawie zawartości TDS.

Klasyfikacja wody

Wodę można sklasyfikować według poziomu całkowitej zawartości substancji stałych (TDS) w wodzie:

Woda pitna na ogół ma TDS poniżej 500 ppm. Świeża woda o wyższym TDS nadaje się do picia, ale smak może być nieprzyjemny.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki