Общее количество растворенных твердых веществ ( TDS ) — это мера растворенного совокупного содержания всех неорганических и органических веществ, присутствующих в жидкости в молекулярной , ионизированной или микрогранулярной ( коллоидный золь ) взвешенной форме. TDS часто измеряется в частях на миллион (ppm). TDS в воде можно измерить с помощью цифрового измерителя. [1]
Как правило, рабочее определение заключается в том, что твердые частицы должны быть достаточно мелкими, чтобы выдержать фильтрацию через фильтр с порами размером 2 микрометра (номинальный размер или меньше). Общее количество растворенных твердых веществ обычно обсуждается только для пресноводных систем, поскольку соленость включает в себя некоторые ионы, составляющие определение TDS. Основное применение TDS – изучение качества воды в ручьях , реках и озерах . Хотя TDS обычно не считается основным загрязнителем (например, не считается, что он связан с последствиями для здоровья), он используется как показатель эстетических характеристик питьевой воды и как совокупный индикатор присутствия широкого спектра химических загрязнителей. .
Основными источниками TDS в принимающих водах являются сельскохозяйственные и жилые (городские) стоки , богатые глиной горные воды, выщелачивание загрязнений почвы и точечные выбросы загрязняющих вод с промышленных или очистных сооружений. Наиболее распространенными химическими компонентами являются кальций , фосфаты , нитраты , натрий , калий и хлориды , которые содержатся в стоках питательных веществ , ливневых стоках и стоках из снежного климата, где применяются противообледенительные соли. Химические вещества могут представлять собой катионы , анионы , молекулы или агломераты порядка тысячи или менее молекул, при условии, что образуются растворимые микрогранулы. Более экзотическими и вредными элементами TDS являются пестициды , образующиеся в результате поверхностного стока . Некоторые природные растворенные твердые вещества возникают в результате выветривания и растворения горных пород и почв. В Соединенных Штатах установлен вторичный стандарт качества воды 500 мг/л, обеспечивающий вкусовые качества питьевой воды.
Общее количество растворенных твердых веществ отличается от общего количества взвешенных веществ (TSS) тем, что последние не могут пройти через сито размером 2 микрометра и при этом остаются во взвешенном состоянии в растворе на неопределенный срок. Термин «осаждаемые твердые вещества» относится к материалу любого размера, который не будет оставаться во взвешенном состоянии или растворяться в сборном резервуаре, не подверженном движению, и исключает как TDS, так и TSS. [2] Осаждающиеся твердые вещества могут включать более крупные твердые частицы или нерастворимые молекулы.
Общее количество растворенных твердых веществ включает как летучие, так и нелетучие твердые вещества. Летучие твердые вещества – это вещества, которые легко могут перейти из твердого состояния в газообразное. Для достижения такого изменения состояния нелетучие твердые вещества необходимо нагреть до высокой температуры, обычно 550 °C. Примеры нелетучих веществ включают соли и сахара. [3]
Двумя основными методами измерения общего содержания растворенных твердых веществ являются гравиметрический анализ и анализ проводимости . [4] Гравиметрические методы являются наиболее точными и включают выпаривание жидкого растворителя и измерение массы оставшихся остатков. Этот метод, как правило, является лучшим, хотя он требует много времени. Если неорганические соли составляют подавляющее большинство TDS, подходящими являются методы, основанные на проводимости.
Проводимость воды напрямую связана с концентрацией растворенных ионизированных твердых веществ. Эти ионы позволяют воде проводить электрический ток . Этот электрический ток можно измерить с помощью обычного кондуктометра или TDS-метра . При сопоставлении с лабораторными измерениями TDS проводимость дает приблизительное значение концентрации TDS с точностью около 10%.
Взаимосвязь TDS и удельной проводимости грунтовых вод можно аппроксимировать следующим уравнением:
где TDS выражается в мг/л, а EC — электропроводность в микросименсах на сантиметр при 25 °C. Коэффициент преобразования k e варьируется от 0,55 до 0,8. [5]
Некоторые измерители TDS используют измерение электропроводности с точностью до частей на миллион по приведенной выше формуле. Что касается единиц измерения, то 1 ppm означает 1 мг растворенных твердых веществ на 1000 г воды. [6]
Модели гидрологического транспорта используются для математического анализа движения TDS в речных системах. Наиболее распространенные модели учитывают поверхностный сток, позволяя варьировать тип землепользования , топографию , тип почвы , растительный покров, осадки и практику землепользования (например, норму внесения удобрений ) . Модели стока достигли хорошей степени точности и позволяют оценивать альтернативные методы управления земельными ресурсами с учетом их воздействия на качество речной воды.
Модели бассейна используются для более полной оценки общего количества растворенных твердых веществ в водосборном бассейне и в динамическом режиме на различных участках ручьев. Модель DSSAM была разработана Агентством по охране окружающей среды США (EPA). [7] Эта гидрологическая модель переноса фактически основана на показателе нагрузки загрязняющих веществ, называемом « Общая максимальная суточная нагрузка » (TMDL), который учитывает TDS и другие конкретные химические загрязнители. Успех этой модели способствовал расширению обязательств Агентства по использованию основного протокола TMDL в его национальной политике управления многими речными системами в Соединенных Штатах. [8]
При измерении воды, обработанной смягчителями воды , высокие уровни общего содержания растворенных твердых веществ не коррелируют с жесткой водой, поскольку умягчители воды не снижают TDS; скорее, они заменяют ионы магния и кальция, которые вызывают жесткость воды, на ионы натрия или калия с равным зарядом, например Ca 2+ ⇌ 2 Na + , оставляя общий TDS неизменным [9] или даже увеличенным. Жесткая вода может вызвать образование накипи в трубах, клапанах и фильтрах , снижая производительность и увеличивая затраты на обслуживание системы. Эти эффекты можно увидеть в аквариумах , спа-центрах , бассейнах и системах очистки воды обратным осмосом . Обычно в таких случаях часто проверяют общее количество растворенных твердых веществ и проверяют фильтрационные мембраны, чтобы предотвратить неблагоприятные последствия.
В случае гидропоники и аквакультуры TDS часто контролируется, чтобы создать среду качества воды, благоприятную для продуктивности организма . Для пресноводных устриц , форели и других ценных морепродуктов наивысшая продуктивность и экономическая отдача достигаются за счет имитации уровней TDS и pH естественной среды каждого вида . При гидропонике общее количество растворенных твердых веществ считается одним из лучших показателей доступности питательных веществ для выращиваемых водных растений.
Поскольку порог приемлемых эстетических критериев для питьевой воды для человека составляет 500 мг/л, не существует общего беспокойства по поводу запаха , вкуса и цвета на уровне, намного более низком, чем требуется для причинения вреда. Был проведен ряд исследований, которые показывают, что реакции различных видов варьируются от непереносимости до явной токсичности из-за повышенного TDS. Численные результаты следует интерпретировать с осторожностью, поскольку истинные результаты токсичности будут связаны с конкретными химическими компонентами. Тем не менее, некоторая числовая информация является полезным руководством к характеру рисков, связанных с воздействием высоких уровней TDS на водные организмы или наземных животных. Большинство водных экосистем, включающих смешанную ихтиофауну, могут переносить уровни TDS 1000 мг/л. [10]
Например, у толстоголового гольяна (Pimephales promelas) концентрация LD 50 составляет 5600 ppm при 96 - часовом воздействии. LD50 — это концентрация, необходимая для того, чтобы вызвать летальный эффект у 50 процентов подвергшегося воздействию населения . Daphnia magna , хороший пример основного члена пищевой цепи , представляет собой небольшое планктонное ракообразное длиной около 0,5 мм, имеющее LD50 около 10 000 частей на миллион TDS при 96-часовом воздействии. [11]
Нерестящиеся рыбы и молодь, по-видимому, более чувствительны к высоким уровням TDS. Например, было обнаружено, что концентрации TDS 350 мг/л снижают нерест полосатого окуня ( Morone saxatilis ) в районе залива Сан-Франциско – Дельта, а концентрации ниже 200 мг/л способствуют даже более здоровым условиям нереста. [12] В реке Траки Агентство по охране окружающей среды обнаружило, что молодь лахонтанской беспощадной форели подвергалась более высокой смертности при воздействии стресса от теплового загрязнения в сочетании с высокими общими концентрациями растворенных твердых веществ. [7]
Для наземных животных безопасный верхний предел воздействия TDS обычно составляет около 2900 мг/л, тогда как у молочного скота безопасный верхний предел составляет около 7100 мг/л. Исследования показали, что воздействие TDS усугубляется токсичностью при наличии других стрессоров , таких как аномальный pH, высокая мутность или снижение растворенного кислорода , причем последний стрессор действует только в случае Animalia. [13]
В странах с часто небезопасной/нечистой водопроводной водой технические специалисты часто проверяют TDS питьевой воды, чтобы оценить, насколько эффективно работают их устройства RO/фильтрации воды. Хотя показания TDS не дадут ответа о количестве микроорганизмов, присутствующих в образце воды, они могут получить хорошее представление об эффективности фильтра по количеству присутствующего TDS.
[14] Воду можно классифицировать по уровню общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) в воде:
Питьевая вода обычно имеет TDS ниже 500 частей на миллион. Пресную воду с более высоким содержанием TDS можно пить, но вкус может быть неприятным.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal=( помощь ) Серия технологий защиты окружающей среды. Документ № EPA-660/2-73-003.
СМИ, связанные с общим количеством растворенных твердых веществ, на Викискладе?