СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МУТНОСТИ ВОДЫ Российский патент 2009 года по МПК G01N33/18 G01N15/00 

Изобретение относится к гидрометрии и мелиорации и может быть использовано для определения мутности воды (массы взвешенных наносов, взвешенных твердых частиц, массы частиц более 100 ммк - суспензий или взвесей, массы коллоидных частиц размером от 90 до 100 ммк - суспензоидов) в естественных и искусственных водоемах и водотоках (морях, озерах, прудах, реках, оросительных и обводнительных каналах и трубопроводах, поверхностных, сточных и сбросных водах).

Известно несколько способов определения мутности воды с использованием бумажных, среднефильтрующих беззольных, стекловолокнистых фильтров, через которые профильтровывают пробу воды обычным способом безнапорно, автоматически, под вакуумом или давлением, после предварительного отстоя (Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология: Учебное пособие для ВУЗОВ. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1979. - С.71-103. Карасев И.Ф., Шумков И.Г. Гидрометрия. Учебник для техникумов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - с.203-234. Мелиорация: Энциклопедический справочник / [Редкол: И.П.Шемякин (гл. ред.) и др.; Под общ. ред. А.И.Мурашко]. - Мн. Белорус. Сов. Энцикл., 1984. с.291. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам / Энциклопедический справочник. - 3-е изд. перераб. и доп. М.: Издательство «Протектор», 2000. - с.173-176). При определении мутности воды с помощью этих способов фильтры до и после фильтрования пробы высушивают в сушильном шкафу при 105°С до постоянного веса. После сушки фильтры взвешивают и по разности веса после и до фильтрования находят массу взвешенных частиц, которую относят к единице объема воды в мг/л, г/л, г/м³, что соответствует и является выражением мутности воды.

Недостатками известных способов определения мутности воды является значительная трудоемкость, энергоемкость и продолжительность процесса во времени, необходимость применения большого количества лабораторного оборудования (колб, воронок, аналитических весов, вакуумных и напорообразующих установок, сушильных шкафов). Больше всего времени (более 70%) и электроэнергии (более 90%) затрачивается на сушку фильтров до и после фильтрования пробы воды. Необходимость сушки фильтров затрудняет или полностью исключает возможность определения мутности воды сразу же непосредственно на месте отбора пробы, что влечет за собой необходимость консервации, транспортировки образца в лабораторию, снижает достоверность полученных данных, оперативность принятия решений и действий по улучшению качества воды и охране природы.

Наиболее близким техническим решением определения мутности воды является способ (метод), когда количество взвешенных наносов в пробе воды определяется по разнице между результатами взвешивания на аналитических весах (точность до 0,0001 г) среднефильтрующих беззольных фильтров после и до автоматического фильтрования и их последующей сушки в термостате в течение нескольких часов при температуре 105-110°С до полного удаления из них влаги (Карасев И.Ф., Шумков И.Г. Гидрометрия. Учебник для техникумов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - с.203-234).

Недостатками данного способа определения мутности воды являются значительные затраты труда, времени и электроэнергии, что связанно главным образом с необходимостью сушки фильтров до и после фильтрования образца, его консервацией и транспортировкой от места отбора до лаборатории из-за трудностей применения способа в полевых условиях.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является упрощение способа определения мутности воды, снижение затрат труда, времени, электроэнергии при подготовке и проведении анализа и возможность его применения в полевых условиях.

Результат достигается тем, что фильтр предварительно увлажняют, после чего вертикально устанавливают на штатив до стекания гравитационной капельно-жидкой влаги, сразу после фильтрования фильтр снова вертикально устанавливают на штативе до стекания гравитационной капельно-жидкой влаги, а взвешивание фильтра до и после фильтрования осуществляют без сушки в термостате (сушильном шкафу).

Для исключения ошибки при определении мутности воды предложенным способом фильтр увлажняется предварительно профильтрованной водой из того же источника или дистиллированной водой. Для более быстрого удаления гравитационной, капельно-жидкой влаги смоченный фильтр до и после фильтрования помещают на фильтровальную бумагу стороной, противоположной той, на которой накапливаются взвешенные вещества при фильтровании.

Способ определения мутности воды заключается в том, что пробу воды для определения мутности отбирают из открытых источников батометрами или бутылкой, а из трубопроводов - через кран (водовыпуски) в емкости. Из батометров и емкостей после энергичного взбалтывания пробу воды переливают в прозрачные хорошо вымытые бутылки, закрытые пробкой со вставленной в нее стеклянной трубочкой с краном. Анализ проб воды необходимо делать как можно быстрее в течение первых четырех часов после отбора.

Предложенный способ позволяет определить мутность воды сразу же на месте отбора пробы. Для этого перед выходом на объект в лабораторных условиях необходимое количество фильтров увлажняют в предварительно профильтрованной воде источника или в дисцилированной воде, ставят вертикально в штатив для стекания гравитационной, капельно-жидкой влаги, после этого взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,1 мг и укладывают в эксикатор или чашку петри, чтобы исключить подсушивание. При наличии аналитических весов в мобильной лаборатории перечисленные операции (увлажнение, стекание гравитационной влаги на штативе, взвешивание) можно выполнить непосредственно на месте отбора пробы.

После отбора пробы, взбалтывания и переливания в бутылку приступают к фильтрованию образца через предварительно увлажненный и взвешенный фильтр прямо на месте отбора или в лаборатории. Для этого бутылку устанавливают в отверстие штатива пробкой со стеклянной трубкой и краном вниз и под нее ставят колбу для сбора фильтрата с воронкой и заранее увлажненным и взвешенным фильтром. Открывают кран на трубке, вставленной в пробку и горлышко бутылки, и заполняют воронку с фильтром водой анализируемого образца до уровня конца трубки и ниже края фильтра на один сантиметр. Это достигается изменением на штативе высоты бутылки с пробкой, трубкой и краном. В дальнейшем уровень воды в воронке будет автоматически поддерживаться за счет образования вакуума в бутылке, до окончания фильтрования всего образца воды.

Через 5-10 минут, после того как профильтруется весь образец воды, фильтр из воронки осторожно вынимают пинцетами и устанавливают вертикально в штатив для стекания гравитационной влаги, после чего сворачивают внутрь стороной, где находится осадок, и взвешивают на аналитических весах. При необходимости транспортировки в лабораторию при отсутствии весов сложенный фильтр укладывают в эксикатор и чашку петри и в лаборатории взвешивают на аналитических весах. По разности веса фильтра после и до фильтрования определяют массу взвешенных частиц к единице объема воды и находят мутность воды в мг/л, г/л, г/м³.

Лабораторные анализы по определению мутности воды магистрального канала Азовской оросительной системы (АОС) новым способом и по прототипу представлены в таблице.

Способы определения мутности воды Мутность, мг/л Погрешность, мг/л Относительная ошибка, % Прототип 179,75 -   Новый 182,00 2,25 1,25 Точность опыта, % 0,10 -   НСР₀₉₅, мг/л - 0,81 -

Установлено, что при доверительной вероятности 95% точность опыта была достаточно высокой и составила 0,10%. При наименьшей существенной разности между прототипом и новым способом HCP₀₉₅=0,81 мг/л абсолютная погрешность составила 2,25 мг/л, а относительная ошибка 1,25%. То есть, ошибка определения мутности по новому способу находится в пределах доверительной вероятности и не влияет на результаты анализа.

Лабораторные исследования по определению мутности воды показали, что при новом влажностном способе по сравнению с прототипом проведение анализа упрощается, так как отсутствует двойная сушка фильтров до и после фильтрации, а следовательно, не нужен сушильный шкаф и электроэнергия. При новом способе определения мутности воды в сравнении с прототипом уменьшаются затраты труда в 1,5-2,0 раза, электроэнергии вообще не требуется, время анализа уменьшается в 5-7 раз. При этом анализ на мутность можно провести сразу же после отбора проб воды непосредственно у источника, что обеспечивает высокую точность определения.

Изобретение относится к гидрометрии и мелиорации применительно к определению мутности воды в естественных и искусственных водоемах и водотоках. Способ включает отбор проб воды из источника для анализа, их консервацию и транспортировку, безнапорное, автоматическое, напорное или вакуумное фильтрование проб воды через соответственно подобранные обычные бумажные, среднефильтрующие беззольные, боросиликатные, стекловолокнистые или другие фильтры, взвешивание фильтров на аналитических весах с точностью до 0,1 мг до и после фильтрования, нахождение по разности веса массы взвешенных частиц в пробе и определение мутности воды путем отнесения этой массы к единице объема пробы воды, причем фильтр предварительно увлажняют, после чего вертикально устанавливают на штатив до стекания гравитационной капельно-жидкой влаги, сразу после фильтрования фильтр снова устанавливают на штативе до стекания гравитационной капельно-жидкой влаги, а взвешивание фильтра до и после фильтрования осуществляют без сушки в термостате (сушильном шкафу). Достигается упрощение, ускорение и расширение применимости анализа. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ определения мутности воды, включающий отбор проб воды из источника для анализа, их консервацию и транспортировку, безнапорное, автоматическое, напорное или вакуумное фильтрование проб воды через соответственно подобранные обычные бумажные, среднефильтрующие беззольные, боросиликатные, стекловолокнистые или другие фильтры, взвешивание фильтров на аналитических весах с точностью до 0,1 мг до и после фильтрования, нахождение по разности веса массы взвешенных частиц в пробе и определение мутности воды путем отнесения этой массы к единице объема пробы воды, отличающийся тем, что фильтр предварительно увлажняют, после чего вертикально устанавливают на штатив до стекания гравитационной капельно-жидкой влаги, сразу после фильтрования фильтр снова устанавливают на штативе до стекания гравитационной капельно-жидкой влаги, а взвешивание фильтра до и после фильтрования осуществляют без сушки в термостате (сушильном шкафу).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтр увлажняют предварительно профильтрованной водой из того же источника или дистиллированной водой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для удаления гравитационной капельно-жидкой влаги смоченный фильтр до и после фильтрования помещают на фильтровальную бумагу стороной, противоположной той, на которой накапливаются частицы вещества при фильтровании.