Мутность – это мутность или непрозрачность жидкости , вызванная большим количеством отдельных частиц , которые обычно невидимы невооруженным глазом , подобно дыму в воздухе . Измерение мутности является ключевым тестом как на прозрачность , так и на качество воды .
Жидкости могут содержать взвешенные твердые вещества, состоящие из частиц самых разных размеров. Хотя некоторый взвешенный материал будет достаточно большим и тяжелым, чтобы быстро оседать на дно контейнера, если жидкий образец оставить стоять (твердые вещества ), очень мелкие частицы будут оседать очень медленно или не оседать вообще, если образец регулярно перемешиваются или частицы имеют коллоидную форму . Эти мелкие твердые частицы заставляют жидкость казаться мутной.
Мутность (или матовость) также применяется к прозрачным твердым веществам, таким как стекло или пластик. В производстве пластмасс мутность определяется как процент света, который отклоняется более чем на 2,5° от направления падающего света. [1]
Мутность открытой воды может быть вызвана ростом фитопланктона . Деятельность человека, нарушающая состояние земель, такая как строительство , горнодобывающая промышленность и сельское хозяйство , может привести к попаданию высокого уровня отложений в водоемы во время ливней из-за ливневого стока . Районы, склонные к высокой скорости береговой эрозии, а также урбанизированные районы также вносят большой вклад в мутность близлежащих вод из-за загрязнения ливневыми водами с мощеных поверхностей, таких как дороги, мосты, парковки и аэропорты. [2] Некоторые отрасли промышленности, такие как разработка карьеров , горнодобывающая промышленность и добыча угля, могут генерировать очень высокий уровень мутности из-за коллоидных частиц породы.
Чем выше уровень мутности питьевой воды, тем выше риск развития желудочно-кишечных заболеваний у людей . [3] Это особенно проблематично для людей с ослабленным иммунитетом, поскольку к взвешенным твердым веществам могут прикрепляться такие загрязнители, как вирусы или бактерии . Взвешенные твердые вещества мешают дезинфекции воды хлором , поскольку частицы действуют как защита от вирусов и бактерий. Аналогично, взвешенные твердые вещества могут защитить бактерии от ультрафиолетовой (УФ) стерилизации воды. [ нужна цитата ]
В водоемах, таких как озера , реки и водохранилища , высокий уровень мутности может уменьшить количество света, достигающего более низких глубин, что может препятствовать росту подводных водных растений и, следовательно, влиять на виды, которые от них зависят, например, рыбу и моллюсков . Высокий уровень мутности также может повлиять на способность жабр рыб поглощать растворенный кислород. Это явление регулярно наблюдалось по всему Чесапикскому заливу на востоке США. [4] [5]
Для многих мангровых зарослей высокая мутность необходима для поддержания жизни определенных видов, например, для защиты молоди рыбы от хищников. Для большинства мангровых зарослей вдоль восточного побережья Австралии , в частности в заливе Мортон , для надлежащего здоровья экосистемы необходимы уровни мутности, достигающие 600 нефелометрических единиц мутности (NTU) . [ нужна цитата ]
Измерение мутности является ключевым тестом как на прозрачность , так и на качество воды . [ нужна ссылка ] Существует две стандартные единицы измерения мутности: формазиновые нефелометрические единицы (FNU) из ISO 7027 и нефелометрические единицы мутности (NTU) из метода USEPA 180.1. ISO 7027 и FNU в основном широко используются в Европе, тогда как NTU наиболее широко используется в США. ISO 7027 представляет собой метод определения качества воды для определения мутности. Он используется для определения концентрации взвешенных частиц в пробе воды путем измерения падающего света, рассеянного под прямым углом от пробы. Рассеянный свет улавливается фотодиодом , который генерирует электронный сигнал, преобразуемый в мутность. Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом было разработано в соответствии с методом ISO 7027 для надежного измерения мутности с использованием микроконтроллера Arduino и недорогих светодиодов . [6]
Существует несколько практических способов проверки качества воды, наиболее прямым из которых является определенная мера ослабления (то есть уменьшения силы) света при его прохождении через образец столба воды. [7] Альтернативно используемый метод свечи Джексона (единицы: единица мутности Джексона или JTU ) по сути является обратной мерой длины столба воды, необходимой для полного затемнения пламени свечи, наблюдаемого через него. Чем больше воды требуется (чем длиннее столб воды), тем чище вода. Конечно, вода сама по себе вызывает некоторое ослабление, а любые растворенные в воде вещества, придающие цвет, могут ослаблять некоторые длины волн. В современных приборах не используются свечи, но этот подход к ослаблению светового луча в столбе воды следует калибровать и сообщать в JTU. [7]
Склонность частиц рассеивать сфокусированный на них световой луч теперь считается более значимой мерой мутности воды. Для измерения мутности таким способом используется прибор, называемый нефелометром , с детектором, установленным сбоку от светового луча. Больше света достигает детектора, если луч источника рассеивается множеством мелких частиц, чем если их мало. Единицами мутности калиброванного нефелометра могут быть NTU или FTU, в зависимости от используемого стандартного метода. В некоторой степени то, сколько света отражается заданным количеством частиц, зависит от таких свойств частиц, как их форма, цвет и отражательная способность. По этой причине (а также по той причине, что более тяжелые частицы быстро оседают и не влияют на показания мутности), корреляция между мутностью и общим количеством взвешенных твердых частиц (TSS) несколько необычна для каждого места или ситуации. [7]
Мутность в озерах, водохранилищах, каналах и океане можно измерить с помощью диска Секки . Этот черно-белый диск опускают в воду до тех пор, пока его не перестанут видеть; затем глубина (глубина Секки) регистрируется как мера прозрачности воды (обратно пропорциональная мутности). Диск Секки обладает преимуществами интеграции мутности по глубине (где присутствуют слои с переменной мутностью), быстротой, простотой в использовании и недорогой. Он может дать грубое определение глубины эвфотической зоны с трехкратным делением глубины Секки , однако его нельзя использовать на мелководье, где диск все еще можно увидеть на дне. [8]
Дополнительным устройством, которое может помочь в измерении мутности на мелководье, является трубка для измерения мутности. [9] [8] Трубка для измерения мутности конденсирует воду в градуированной трубке, которая позволяет определять мутность на основе контрастного диска на ее дне, аналогичного диску Секки.
Мутность воздуха, вызывающая ослабление солнечной радиации, используется как мера загрязнения. Для моделирования ослабления излучения луча было введено несколько параметров мутности, включая коэффициент мутности Линке (TL ) . [10] [11]
Правительства установили стандарты допустимой мутности питьевой воды. В Соединенных Штатах общественные системы водоснабжения , в которых используются традиционные или прямые методы фильтрации, не должны иметь мутность выше 1,0 NTU на выходе из установки, а все пробы на мутность должны быть меньше или равны 0,3 NTU как минимум для 95 процентов проб. в любой месяц. Системы, в которых используется фильтрация, отличная от традиционной или прямой фильтрации, должны соответствовать государственным ограничениям, которые должны включать мутность, не превышающую 5 NTU. Многие предприятия питьевого водоснабжения стремятся достичь уровня 0,1 NTU. [12] Европейский стандарт мутности составляет 4 NTU. [13]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) опубликовало критерии качества воды по мутности. [14] Эти критерии представляют собой научные оценки последствий мутности, которые используются государствами для разработки стандартов качества воды для водных объектов. (Штаты также могут публиковать свои собственные критерии.) Некоторые штаты ввели стандарты качества воды по мутности, в том числе:
Опубликованные аналитические методы определения мутности включают:
Мутность обычно устраняют с помощью процесса отстаивания или фильтрации, либо и отстаивания, и фильтрации. В зависимости от применения в поток воды можно дозировать флокулянты для повышения эффективности процесса осаждения или фильтрации. [21] [22] Установки очистки питьевой воды и муниципальные очистные сооружения часто удаляют мутность с помощью комбинации отстойников, фильтрации гранулированных материалов и осветлителей .
Очистка воды на месте или прямое дозирование для устранения мутности является обычным явлением, когда затронутые водные объекты рассредоточены (т. е. имеются многочисленные водные объекты, разбросанные по географическому району, например, небольшие резервуары с питьевой водой), когда проблема не является последовательной. (т.е. когда мутность водоема наблюдается только во время и после сезона дождей) или когда требуется недорогое решение. Обработка мутности на месте включает добавление реагента, обычно флокулянта , равномерно распределяемого по поверхности водоема. Затем хлопья оседают на дне водоема, где они остаются или удаляются при осушении водоема. Этот метод обычно используется на угольных шахтах и объектах погрузки угля, где пруды для сбора ливневых вод имеют сезонные проблемы с мутностью. Ряд компаний предлагают портативные очистные системы для очистки воды на месте или прямого дозирования реагентов.
Существует ряд химических реагентов для устранения мутности. Реагенты, доступные для устранения мутности, включают сульфат алюминия или квасцы (Al 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O), хлорид железа (FeCl 3 ), гипс (CaSO 4 · 2H 2 O), полиалюминийхлорид , длинноцепочечный полимеры на основе акриламида и многочисленные запатентованные реагенты. [23] При дозировании химикатов необходимо тщательно учитывать химический состав воды, поскольку некоторые реагенты, такие как квасцы, изменяют pH воды .
При использовании реагентов также необходимо учитывать процесс дозирования, поскольку хлопья могут распадаться при чрезмерном перемешивании.
