THE DEPENDENCE OF THE PHYSICO-CHEMICAL COMPOSITION OF DRINKING WATER SAMARA FROM THE MAGNITUDE OF ITS ZETA-POTENTIAL

Full Text

В настоящее время система технологического контроля водопроводных городских сетей предусматривает периодический отбор проб с последующим проведением химического анализа на такие показатели, как: цветность, мутность, щелочность, перманганатная окисляемость, pH и др. Для регулирования работы сооружений по водоподготовке отправной точкой является источник водоснабжения города и показатели качества исходной («сырой») воды. Конечным пунктом контроля являются тупиковые точки сети, в которых отбор проб выполняется два-три раза в неделю обслуживающим персоналом. Автоматизированная система отбора проб и местный анализ качества воды считается финансово нецелесообразным. Всё это требует создания нового метода экспресс-анализа воды с возможностью определить на месте - имеется ли явное отклонение качества питьевой воды от допустимых норм. Значение дзета-потенциала является важнейшим показателем при исследовании меры устойчивости загрязнений коллоидной степени дисперсности к процессу их укрупнения [1, с. 194-196]. Значения от 0 до 30 мВ показывают, что коллоидная система имеет плохую устойчивость (вода может подвергаться коагуляции и флокуляции), а значения больше 30 мВ показывают, что коллоидная система устойчива. Настоящая работа является продолжением ранее проведенных исследований [2] и посвящена дальнейшему изучению возможной зависимости 39 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 В.И. Кичигин, В.В. Зиновьева, В.О. Золотенков, Л.А. Зоткина показателей качества питьевой воды от величины ее дзета-потенциала (ζ-потенциала). Определение значения величины дзета-потенциала выполнялось с помощью созданного на кафедре водоснабжения и водоотведения Самарского государственного архитектурно-строительного университета устройства [3], использующего амперометрический метод определения электрофоретической подвижности коллоидных частиц. Точки отбора проб воды находились в жилых домах , расположенных в Ленинском, Октябрьском и Куйбышевском районах города Самары. Отобранные пробы в период с декабря 2015 по август 2017 гг. проходили физико-химический анализ на такие показатели, как мутность (М), щелочность (Щ), содержание ионов Ca2+, Mg2+, Cl-, жесткость (общ.), рН. Система водоснабжения города имеет два основных источника. Так, исходной водой для жилых массивов Ленинского и Октябрьского районов города служит вода из р. Волги, а для Куйбышевского (микрорайоны «Сухая Самарка» и «116 километр») - вода артезианских скважин. Значения дзета-потенциала и среднеквадратичное отклонение всех полученных опытных данных были рассчитаны при уровне значимости q = 0,05 по методикам, изложенным в работе [4]. Химические анализы воды осуществлялись в паспортизированной лаборатории кафедры водоснабжения и водоотведения Академии строительства и архитектуры Самарского государственного технического университета. С целью лаконичности настоящей публикации полученные результаты представлены в табл. 1, 2 и на рис. 1-4 только по ряду показателей. Анализ данных, приведенных в табл. 1, показал, что в летний период значения дзета-потенциала в отобранных пробах менялись от 114,9 до 170,0 мВ, а в зимний - от 115,2 до 176,1 мВ. Величина щелочности была в пределах 2,0÷4,0 ммоль/дм3 летом и 2,2÷4,3 - зимой. Общая жесткость воды изменялась от 2,0 до 4,0 мг-экв/дм3 в летний период и от 4,3 до 5,8 - в зимний, т.е. зимние значения в 1,6 раза превышали летние. Жесткость воды по Ca2+ была примерно в 2,8 раза больше, чем по Mg2+ летом, и в 1,6 раза - зимой. Щёлочность водопроводной воды в зимний период была в 1,13 раза больше, чем летом, а показатель мутности - в 1,36 раза. Следует отметить, что все показатели качества питьевой воды в Ленинском и Октябрьском районах Самары отличались стабильностью и соответствовали действующим нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения». Таблица 1 Значения показателей в пробах воды, отобранных в жилом массиве Ленинского района Дата отбора проб ζ - потенциал, мВ t,С М, мг/дм3 Щ, ммоль/дм3 Жесткость, мг-экв/дм3, по Ca2+ Mg2+ общая Летний период Ул. Молодогвардейская, 207 18.07.16 132,52 25 0,001 2,5 1,5 0,6 2,1 26.07.16 161,27 24 0,001 2,8 2,5 1,1 3,6 28.07.16 153,51 25 0,080 2,4 3,0 1,0 4,0 07.08.17 161,11 25 0,001 2,0 2,5 0,7 3,2 10.08.17 153,20 25 0,001 2,1 2,7 0,7 3,4 152,32±8,2 24,8±0,31 0,02±0,02 2,36±0,22 2,44±0,39 0,82±0,15 3,26±0,5 Ул. Молодогвардейская, 194 18.07.16 114,91 23 0,150 3,9 1,1 0,9 2,0 26.07.16 123,35 24 0,001 3,8 1,6 0,5 2,1 07.08.17 157,21 24 0,380 2,4 2,7 1,1 3,8 10.08.17 158,54 25 0,001 2,2 2,2 1,3 3,5 23.08.17 170,00 25 0,380 2,4 2,7 1,1 3,8 144,8±16,8 24,2±0,58 0,18±0,13 2,94±0,58 2,06±0,49 0,98±0,21 3,04±0,63 Ул. Галактионовская, 191 18.07.16 143,34 24 0,001 2,5 1,7 0,5 2,2 28.07.16 123,35 24 0,001 2,0 3,8 1,2 5,0 07.08.17 137,23 25 2,100 4,0 2,4 0,8 3,2 10.08.17 125,53 25 2,200 3,4 2,0 0,7 2,7 23.08.17 150,96 25 2,200 3,6 1,8 0,9 2,7 136,08±8,14 24,6±0,38 1,3±0,82 3,1±0,53 2,34±0,9 0,82±0,18 3,16±0,76 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 40 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Таблица 2 Значения показателей в пробах воды, отобранных в жилом массиве Куйбышевского района Дата отбора проб ζ - потенциал, мВ t,С М, мг/дм3 Щ, ммоль/дм3 Жесткость, мг-экв/дм3, по Ca2+ Mg2+ общая Летний период Ул. Белорусская, 18 01.07.16 43,96 25 0,38 6,2 10,9 3,7 14,6 08.07.16 40,52 25 0,35 6,1 10,7 4,1 14,8 42,24±30,9 25±0 0,37±0,27 6,15±0,90 10,8±1,8 3,9±3,59 14,7±1,8 Зимний период Ул. Пугачевский тракт, 5 21.12.15 41,34 20 0,40 6,0 11,3 4,1 15,4 25.12.15 41,62 20 0,40 5,9 11,2 4,2 15,4 27.01.16 41,04 20 0,43 5,8 11,5 3,8 15,3 01.02.16 41,91 20 0,48 6,2 11,5 4,1 15,6 41,48±0,4 20±0 0,43±0,04 5,98±0,18 11,4±0,16 4,05±0,18 15,4±0,13 Торговый пер., 26«а» 21.12.15 16,06 20 0,20 6,00 11,6 3,5 15,10 25.12.15 16,10 20 0,23 5,90 11,5 3,6 15,10 27.01.16 16,08 20 0,30 5,80 11,6 3,5 15,10 01.02.16 15,98 20 0,35 5,90 11,7 3,6 15,30 16,06±0,06 20±0 0,27±0,07 5,9±0,09 11,6±0,09 3,55±0,06 15,15±0,1 Ул. Новомолодежная, 37 21.12.15 45,35 20 0,30 6,00 11,7 3,7 15,40 25.12.15 45,36 20 0,37 6,00 10,8 4,0 14,80 27.01.16 45,16 20 0,38 6,10 10,7 4,0 14,70 01.02.16 45,33 20 0,38 6,20 10,9 3,7 14,60 45,3±0,1 20±0 0,36±0,04 6,08±0,1 11,03±0,5 3,85±0,18 14,88±0,4 Ул. Белорусская, 96 21.12.15 44,56 20 0,40 6,00 11,3 4,1 15,40 25.12.15 49,70 20 0,40 5,90 11,2 4,2 15,40 27.01.16 35,22 20 0,43 5,80 11,5 3,8 15,30 01.02.16 48,64 24 0,48 6,20 11,5 4,1 15,36 44,53±6,99 21±2,12 0,43±0,04 5,98±0,18 11,38±0,2 4,05±0,18 15,37±0,1 Ул. Белорусская, 92 21.12.15 44,56 20 0,20 6,00 11,6 3,5 15,10 25.12.15 49,70 20 0,23 5,90 11,5 3,6 15,10 27.01.16 35,22 20 0,30 5,80 11,6 3,5 15,10 01.02.16 48,64 20 0,35 5,91 11,7 3,5 15,30 44,53±6,99 20±0 0,27±0,07 5,9±0,09 11,6±0,09 3,53±0,05 15,15±0,1 Дата отбора проб ζ - потенциал, мВ t,С М, мг/дм3 Щ, ммоль/дм3 Жесткость, мг-экв/дм3, по Ca2+ Mg2+ общая Зимний период Ул. Молодогвардейская, 207 21.12.15 148,37 20 0,38 3,1 3,6 0,9 4,5 25.12.15 154,45 20 0,68 2,2 4,0 1,0 5,0 27.01.16 115,21 20 0,78 2,2 4,0 1,1 5,1 01.02.16 134,69 24 0,78 2,2 4,3 0,9 5,2 138,18±18,4 21±2,12 0,66±0,2 2,43±0,48 3,97±0,3 0,98±0,1 4,95±0,33 Ул. Полевая, д. 15 21.12.15 116,74 20 0,83 3,3 3,5 1,0 4,5 25.12.15 132,53 20 0,73 4,3 3,6 0,9 4,5 27.01.16 129,01 20 0,74 4,3 3,8 0,8 4,6 01.02.16 132,95 20 0,74 4,3 3,8 0,8 4,6 127,81±8,04 20±0 0,76±0,05 4,05±0,53 3,68±0,16 0,88±0,1 4,55±0,06 Ул. Ново-Садовая, 25 (Октябрьский район) 21.12.15 176,09 20 0,53 2,4 3,4 0,9 4,3 25.12.15 149,81 20 0,83 3,2 3,5 2,3 5,8 27.01.16 166,11 20 0,56 3,2 3,4 2,4 5,8 01.02.16 122,99 20 0,55 3,3 3,5 2,3 5,8 153,75±24,6 20±0 0,62±0,15 3,03±0,44 3,45±0,06 1,98±0,76 5,43±0,8 Окончание табл. 1 41 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 В.И. Кичигин, В.В. Зиновьева, В.О. Золотенков, Л.А. Зоткина Анализ данных, приведенных в табл. 2, позволил установить, что значения показателей качества питьевой воды из подземных водозаборов отличались большей стабильностью, чем из поверхностного источника. В артезианской воде значения ζ-потенциала были в 3-7 раз ниже, чем в волжской, и изменялись от 42,2±30,9 мВ в летний период до 16,1 ÷ 49,7 - зимой. Щелочность летней воды была несколько выше зимней. Вода соответствовала нормам по всем исследуемым показателям, кроме жесткости. Общая жесткость этой воды на 63,9÷69,6 % была представлена солями Ca2+ и находилась в пределах от 14,6 до 15,6 мг-экв/дм3. На рис. 1-4 показаны зависимости изменения величины ζ-потенциала от жесткости воды и ее щелочности, которые в большинстве случаев показали высокую степень аппроксимации (значение R2  к 1,0). Рис. 1. Зависимость значений ζ-потенциала (ДП) от общей жесткости в пробах воды, отобранных по адресам (Ленинский район, летний период): а - ул. Молодогвардейская, 207; б - ул. Молодогвардейская, 194 a б Рис. 2. Зависимость значений ζ-потенциала (ДП) от содержания ионов Ca2+ в пробах воды, отобранных по адресам (Ленинский район, летний период): а - ул. Молодогвардейская, 207; б - ул. Молодогвардейская, 194 a б Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 42 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Рис. 3. Зависимость значений ζ-потенциала (ДП) от содержания ионов Mg2+ в пробах воды, отобранных по адресам (Ленинский район, зимний период): а - ул. Молодогвардейская, 207; б - ул. Полевая, 15 a б Рис. 4. Зависимость значений ζ-потенциала (ДП) от щелочности в пробах воды, отобранных по адресам (Куйбышевский район, зимний период): а - Пугачевский тракт, 5; б - ул. Белорусская, 96; в - ул. Белорусская, 92 в a б 43 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 4 В.И. Кичигин, В.В. Зиновьева, В.О. Золотенков, Л.А. Зоткина Установлено, что в исследованном случае величина ζ-потенциала росла до достижения общей жесткости воды в 3,0 - 3,5 мг-экв/дм3, после чего наблюдалось некоторое его снижение (рис.1). Примерно такая же зависимость видна и на рис. 2 (ζ-потенциал = f(Са2+)). В то же время при увеличении концентрации солей Mg2+ более 0,85÷0,98 мг-экв/дм3 величина ζ-потенциала уменьшалась (рис. 3). Зависимость величины ζ-потенциала от щелочности подземной воды можно считать прямо пропорциональной (рис. 4). Выводы. 1. Установлено, что все показатели качества питьевой воды в Ленинском и Октябрьском районах Самары отличались стабильностью и соответствовали действующим нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения». В Куйбышевском районе вода соответствовала нормам по всем исследуемым показателям, кроме жесткости. 2. Показано, что в летний период значения дзета-потенциала в отобранных пробах менялись от 114,9 до 170,0 мВ, а в зимний - от 115,2 до 176,1 мВ. Величина щелочности была в пределах 2,0÷4,0 ммоль/дм3 летом и 2,2÷4,3 - зимой. Общая жесткость воды изменялась от 2,0 до 4,0 мг-экв/дм3 в летний период и от 4,3 до 5,8 - в зимний, т.е. зимние значения в 1,6 раза превышали летние. Жесткость воды по Ca2+ была примерно в 2,8 раза больше, чем по Mg2+, летом и в 1,6 раза - зимой. Щёлочность водопроводной воды в зимний период была в 1,13 раза больше, чем летом, а показатель мутности - в 1,36 раза. 3. Значения показателей качества питьевой воды из подземных водозаборов отличались большей стабильностью, чем из поверхностного источника. В артезианской воде значения ζ-потенциала были в 3÷7 раз ниже, чем в волжской, и изменялись от 42,2±30,9 мВ в летний период до 16,1 ÷ 49,7 мВ зимой. Щелочность летней воды была несколько выше зимней. 4. Определены эмпирические зависимости между величиной ζ-потенциала исследованной воды, ее жесткостью и щелочностью.

About the authors

Viktor I. KICHIGIN

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Valeria V. ZINOVIEVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Victor O. ZOLOTENKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Lesya A. ZOTKINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files