Кіріспе
Қоршаған орта химиясындағы өлшеу Жалпы еріген қатты заттар (TDS) - сұйықтағы молекулалық, иондалған немесе микро түйіршікті (коллоидты) суспензия түрінде бар барлық органикалық және органикалық емес заттардың еріген құрамының өлшемі. ТДС көбінесе миллионға бөлшекпен (ppm) өлшенеді. Судағы ТДС-ны цифрлық өлшегішпен өлшеуге болады. Жалпы, операциялық анықтама бойынша қатты заттар 2 микрометрлік (номиналды өлшемі немесе одан кіші) поры бар сүзгі арқылы сүзгіден аман қалу үшін жеткілікті кіші болуы керек. Жалпы еріген қатты заттар әдетте тек тұщы су жүйелері үшін қарастырылады, өйткені тұздылық ТДС анықтамасын құрайтын иондардың кейбіреулерін қамтиды. ТДС-ны негізінен судың сапасын зерттеуде қолданады. ТДС жалпы алғанда негізгі ластаушы деп саналмаса да (мысалы, ол денсаулыққа әсер етпейді), ол ауыз судың эстетикалық сипаттамаларын көрсету үшін және көптеген химиялық ластаушылардың бар екендігін көрсету үшін жиынтық индикатор ретінде қолданылады. Қабылдау суларында ТДС-ның негізгі көздері - ауыл шаруашылығының және тұрғын (қалалық) ағынды сулары, балшыққа бай тау сулары, топырақ ластануының сұйылуы және өнеркәсіптік немесе ағынды суларды тазарту қондырғыларынан шығарылатын тораптық судың ластануы. Ең көп таралған химиялық құрамдас бөліктер кальций, фосфаттар, нитраттар, натрий, калий және хлоридтер болып табылады, олар қоректік ағындыларда, жалпы жауын-шашын суларының ағындыларында және жолдарды мұздату тұздары қолданылатын қарлы климаттан ағындыларда кездеседі. Химиялық заттар катион, анион, молекула немесе мың немесе одан аз молекулалар құрайтын агломерация болуы мүмкін, егер ерігіш микрогранулалар қалыптаса. ТДС-ның экзотикалық және зиянды элементтері - жер бетінен ағып шығатын пестицидтер. Табиғи түрде кездесетін кейбір тұтас еріген қатты заттар тау жыныстары мен топырақтың ауа райы мен еріуі нәтижесінде пайда болады. Құрама Штаттар ауыз судың дәмділігін қамтамасыз ету үшін 500 мг/л судың сапасының екінші деңгейлі стандартын бекітті. Жалпы еріген қатты заттар жалпы суспензиядағы қатты заттардан (ТСС) ерекшеленеді, өйткені соңғылары 2 микрометрлік сілемнен өте алмайды, бірақ ерітіндіде шексіз уақытқа дейін суспензияда болады. "Төзелуші қатты заттар" термині қозғалыссыз ұстайтын резервуарда аспалы немесе ерімейтін кез келген өлшемдегі материалды білдіреді және TDS және TSS екеуін де қоспағанда. Отырғызуға болатын қатты заттарға ірі бөлшектер немесе ерімейтін молекулалар кіруі мүмкін. Жалпы еріген қатты заттарға ұшқыш және ұшқыш емес қатты заттар да жатады. Ұшқыш қатты заттар - қатты күйден газ тәрізді күйге оңай ауыса алатын заттар. Осы күйдің өзгеруіне жету үшін ұшпайтын қатты заттарды жоғары температураға, әдетте 550 °C-ға дейін қыздыру керек. Ұшпайтын заттардың мысалдары ретінде тұздар мен қанттар жатады.
Total dissolved solids (TDS) is a measure of the dissolved combined content of all inorganic and organic substances present in a liquid in molecular, ionized, or micro granular (colloidal sol) suspended form. TDS are often measured in parts per million (ppm). TDS in water can be measured using a digital meter. Generally, the operational definition is that the solids must be small enough to survive filtration through a filter with 2 micrometer (nominal size, or smaller) pores. Total dissolved solids are normally discussed only for freshwater systems, as salinity includes some of the ions constituting the definition of TDS. The principal application of TDS is in the study of water quality for streams, rivers, and lakes. Although TDS is not generally considered a primary pollutant (e. g. it is not deemed to be associated with health effects), it is used as an indication of aesthetic characteristics of drinking water and as an aggregate indicator of the presence of a broad array of chemical contaminants. Primary sources for TDS in receiving waters are agricultural runoff and residential (urban) runoff, clay rich mountain waters, leaching of soil contamination, and point source water pollution discharge from industrial or sewage treatment plants. The most common chemical constituents are calcium, phosphates, nitrates, sodium, potassium, and chloride, which are found in nutrient runoff, general stormwater runoff and runoff from snowy climates where road de icing salts are applied. The chemicals may be cations, anions, molecules or agglomerations on the order of one thousand or fewer molecules, so long as a soluble micro granule is formed. More exotic and harmful elements of TDS are pesticides arising from surface runoff. Certain naturally occurring total dissolved solids arise from the weathering and dissolution of rocks and soils. The United States has established a secondary water quality standard of 500 mg/L to provide for palatability of drinking water. Total dissolved solids are differentiated from total suspended solids (TSS), in that the latter cannot pass through a sieve of 2 micrometers and yet are indefinitely suspended in solution. The term settleable solids refers to material of any size that will not remain suspended or dissolved in a holding tank not subject to motion, and excludes both TDS and TSS. Settleable solids may include larger particulate matter or insoluble molecules. Total dissolved solids include both volatile and non volatile solids. Volatile solids are ones that can easily go from a solid to a gaseous state. Non volatile solids must be heated to a high temperature, typically 550 °C, in order to achieve this state change. Examples of non volatile substances include salts and sugars.
Гидрологиялық модельдеу
Гидрологиялық көлік модельдері өзен жүйелеріндегі ТДС қозғалысын математикалық талдау үшін қолданылады. Ең көп таралған модельдер жер бетіндегі ағынды суды қамтиды, жерді пайдалану түрін, топографияны, топырақ түрін, өсімдік жамылғысын, жауын-шашынды және жерді басқару практикасын (мысалы, тыңайтқышты қолдану жылдамдығын) өзгертуге мүмкіндік береді. Ағынды судың сапасына әсер ету бойынша жерді басқарудың баламалы әдістерін бағалауға мүмкіндік беретін ағынды судың үлгілері жақсы дәрежеде дәлдігіне дейін дамыды. Бассейндік модельдер бассейндегі және әр түрлі ағыстардағы динамикалық түрде еріген қатты заттардың жалпы санын барынша толық бағалау үшін қолданылады. DSSAM моделін АҚШ-тың Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) әзірледі. Бұл гидрологиялық көлік моделі шынымен "Жалпы ең жоғары тәуліктік жүктеме" (TMDL) деп аталатын ластаушы заттарды жүктеу метрикасына негізделген, ол TDS және басқа да химиялық ластаушы заттарды қамтиды. Бұл модельдің табысты болуы Агенттіктің АҚШ-тағы көптеген өзен жүйелерін басқару бойынша ұлттық саясатында TMDL протоколын пайдалану туралы кеңінен міндеттемесіне ықпал етті.
Практикалық әсері
Су жұмсартқыштарымен өңделген суды өлшеу кезінде еріген қатты заттардың жоғары деңгейі қатты сумен байланысты емес, өйткені су жұмсартқыштары TDS-ті азайта алмайды; керісінше, олар қатты суды тудыратын магний және кальций иондарын натрий немесе калий иондарының тең зарядымен, мысалы Ca2+ 2 Na+, жалпы TDS-ті өзгертпейді немесе тіпті арттырады. Қатты су құбырлар, клапандар мен сүзгілерде шайырдың пайда болуына әкелуі мүмкін, бұл өнімділікті төмендетеді және жүйені күтіп ұстау шығындарын арттырады. Бұл әсерлерді аквариумдарда, шипажайларда, бассейндерде және кері осмосты суды тазарту жүйелерінде көруге болады. Әдетте, осы қолданбаларда толық еріген қатты заттар жиі тексеріледі және зиянды әсерлердің алдын алу үшін сүзгі мембраналары тексеріледі. Гидропоника мен аквакультура жағдайында TDS көбінесе организмнің өнімділігіне қолайлы су сапасы ортасын құру үшін бақыланады. Тұщы судағы балықтардың, форельдердің және басқа да құнды теңіз өнімдерінің ең жоғары өнімділігі мен экономикалық табысы әр түрдің жергілікті ортасының ТДС және рН деңгейін еліктеу арқылы қол жеткізіледі. Гидропоникада пайдалану үшін, еріген тұтас заттардың жалпы мөлшері өсірілетін су өсімдіктері үшін қоректік заттардың ең жақсы көрсеткіштерінің бірі болып саналады. Адамдар ішетін судың эстетикалық критерийлері 500 мг/л болғандықтан, зиянды деңгейден әлдеқайда төмен деңгейдегі иіс, дәм және түс үшін жалпы алаңдаушылық жоқ. Бірнеше зерттеулер жүргізілді және әртүрлі түрлердің реакциялары толеранттылықтан бастап жоғары ТДС-ға байланысты толық токсикалық әсерге дейін жетеді. Сандық нәтижелерді сақтықпен түсіндіру керек, өйткені шынайы уыттылық нәтижелері нақты химиялық құрамдас бөліктерге қатысты болады. Дегенмен, кейбір сандық ақпарат су организмдері мен құрлық жануарларын жоғары ТДС деңгейіне ұшыратуда болатын қауіптердің сипаты туралы пайдалы нұсқаулық болып табылады. Аралас балық фаунасы бар сулы экожүйелердің көпшілігі 1000 мг/л ТДС деңгейіне төзімді. Мысалы, майлы балық (Pimephales promelas) 96 сағат бойы әсер еткеннен кейін 5600 ppm концентрациясын түсінеді. LD50 - бұл әсер еткен халықтың 50% - ына өлімге әкелетін әсер ету үшін қажетті концентрация. Daphnia magna - азық-түлік тізбегінің негізгі мүшесінің жақсы мысалы, ұзындығы шамамен 0,5 мм, 96 сағаттық әсер кезінде LD50 шамамен 10000 ppm TDS. Ұрықталатын балықтар мен жас балықтар жоғары ТДС деңгейіне аса сезімтал болып көрінеді. Мысалы, 350 мг/л ТДС концентрациясы Сан-Франциско шығанағының дельта аймағында жолақ баусының (Morone saxatilis) ұрықталуын азайтады, ал 200 мг/л төмен концентрация ұрықтанудың одан да сау жағдайын қамтамасыз етеді. Truckee өзенінде EPA жас лахтондық қылқалам көбелектер ыстық ластанудың әсерінен жоғары концентрациядағы тұтас еріген қатты заттармен бірге өлімге ұшырайтынын анықтады. Қауіпсіз/таза емес кене суын беретін елдерде техника қызметкерлері ауыз судың TDS-ін тексеріп, олардың RO/Су сүзгі құрылғыларының қаншалықты тиімді жұмыс істеп тұрғанын өлшеуге тырысады. TDS-ті есептеу судың үлгісінде микроорганизмдердің мөлшерін анықтамайды, бірақ олар сүзгілердің тиімділігін TDS-тің мөлшеріне қарай анықтайды.