Total dissolved solids

Введение

Измерение в экологической химии Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) - это мера растворенного совокупного содержания всех неорганических и органических веществ, присутствующих в жидкости в молекулярной, ионизированной или микрогранулярной (коллоидной) суспендированной форме. TDS часто измеряют в частях на миллион (ppm). TDS в воде можно измерить с помощью цифрового счетчика. Обычно, оперативное определение заключается в том, что твердые вещества должны быть достаточно маленькими, чтобы пережить фильтрацию через фильтр с 2 микрометровыми (номинальным размером или меньшими) порами. Общие растворенные твердые вещества обычно рассматриваются только для пресноводных систем, поскольку соленость включает в себя некоторые ионы, составляющие определение TDS. Основное применение TDS - это изучение качества воды для ручьев, рек и озер. Хотя TDS обычно не считается первичным загрязнителем (например, не считается, что он связан с последствиями для здоровья), он используется в качестве индикатора эстетических характеристик питьевой воды и как совокупный индикатор наличия широкого спектра химических загрязнителей. Основными источниками ТДС в водозаборных водах являются сельскохозяйственные сточные воды и сточные воды из жилых домов (городских), богатые глиной горные воды, выщелачивание загрязненных почв и сброс загрязненных точечных источников воды из промышленных или очистных сооружений. Наиболее распространенными химическими компонентами являются кальций, фосфаты, нитраты, натрий, калий и хлорид, которые содержатся в стоке питательных веществ, в общем стоке ливневой воды и в стоке из снежных климатов, где применяются соли для обезлеживания дорог. Химические вещества могут быть катионами, анионами, молекулами или агломерациями порядка одной тысячи или меньше молекул, если только образуется растворимая микрогрануля. Более экзотическими и вредными элементами ТДС являются пестициды, образующиеся в результате поверхностного стока. Некоторые полностью растворенные твердые вещества, встречающиеся в природе, возникают в результате выветривания и растворения пород и почв. Соединенные Штаты установили вторичный стандарт качества воды в 500 мг/л для обеспечения вкусовой чистоты питьевой воды. Общие растворенные твердые вещества отличаются от общих суспендированных твердых веществ (TSS), поскольку последние не могут пройти через сито 2 микрометров, но все же находятся в бесконечной суспензии в растворе. Термин "оседающие твердые вещества" относится к материалам любого размера, которые не будут оставаться в подвешенном состоянии или растворенными в резервуаре, не подверженном движению, и исключает как TDS, так и TSS. Устойчивые твердые вещества могут включать в себя более крупные твердые частицы или нерастворимые молекулы. Общее количество растворенных твердых веществ включает как летучие, так и летучие твердые вещества. Летучие твердые вещества - это те, которые могут легко перейти из твердого состояния в газообразное. Для достижения этого изменения состояния неугомонные твердые вещества должны нагреваться до высокой температуры, обычно 550 °C. Примерами нелетучих веществ являются соли и сахара.

Measurement in environmental chemistry

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.

Гидрологическое моделирование

Гидрологические транспортные модели используются для математического анализа движения ТДС в речных системах. Наиболее распространенные модели обращаются к поверхностному стоку, позволяя изменение типа землепользования, топографии, типа почвы, растительного покрова, осадков и практики управления земельными ресурсами (например, скорость применения удобрения). Модели стока развились до хорошей степени точности и позволяют оценивать альтернативные методы управления земельными ресурсами в отношении воздействия на качество сточных вод. Модели бассейна используются для более всесторонней оценки общей массы растворенных твердых веществ в бассейне водосбора и динамически вдоль различных русел. Модель DSSAM была разработана Агентством по охране окружающей среды США (EPA). Эта гидрологическая транспортная модель фактически основана на метрике нагрузки загрязняющих веществ, называемой "общая максимальная суточная нагрузка" (TMDL), которая касается TDS и других специфических химических загрязняющих веществ. Успех этой модели способствовал расширению обязательств Агентства по использованию базового протокола TMDL в своей национальной политике управления многими речными системами в Соединенных Штатах.

Практические последствия

При измерении воды, обработанной с помощью смягчителей воды, высокие уровни общего количества растворенных твердых веществ не коррелируют с твердой водой, поскольку смягчатели воды не снижают TDS; скорее, они заменяют ионы магния и кальция, которые вызывают твердую воду, равным зарядом ионов натрия или калия, например Ca2 + 2 Na +, оставляя общий TDS неизменным или даже увеличенным. Твердая вода может привести к образованию шлифов в трубах, клапанах и фильтрах, снижая производительность и увеличивая затраты на обслуживание системы. Эти эффекты можно наблюдать в аквариумах, спа-салонах, бассейнах и системах обработки воды обратным осмосом. Как правило, при таких применениях часто проверяются общие растворенные твердые вещества, а фильтрующие мембраны проверяются для предотвращения неблагоприятных эффектов. В случае гидропоники и аквакультуры часто контролируется TDS, чтобы создать среду качества воды, благоприятную для производительности организма. Для пресноводных устриц, форели и других высокоценных морепродуктов наибольшая производительность и экономическая отдача достигаются путем имитации уровней TDS и pH в среде обитания каждого вида. Для гидропонических применений общий объем 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, нет общей озабоченности по поводу запаха, вкуса и цвета на уровне, намного ниже, чем требуется для вреда. Было проведено несколько исследований, которые показали, что реакции различных видов варьируются от непереносимости до прямой токсичности из-за повышенного уровня TDS. Числовые результаты следует интерпретировать осторожно, поскольку истинные результаты токсичности будут относиться к конкретным химическим компонентам. Тем не менее, некоторые цифры являются полезным руководством к характеру рисков при воздействии высоких уровней TDS на водные организмы или наземных животных. Большинство водных экосистем, включающих смешанную фауну рыб, могут переносить уровни TDS 1000 мг/л. Например, рыба-опухоль (Pimephales promelas) получает концентрацию 5600 ppm, основанную на 96-часовом воздействии. LD50 - это концентрация, необходимая для получения летального эффекта у 50% подверженного воздействию населения. Daphnia magna, хороший пример основного члена пищевой цепи, представляет собой небольшое планктоническое ракообразное, длиной около 0,5 мм, с LD50 около 10 000 ppm TDS для 96-часового воздействия. Оказалось, что нерестующие рыбы и молодняк более чувствительны к высоким уровням TDS. Например, было установлено, что концентрация 350 мг/л ТДС снижает нерест полосатого барса (Morone saxatilis) в районе дельты залива Сан-Франциско, а концентрация ниже 200 мг/л способствует еще более здоровым условиям нереста. В реке Труки EPA обнаружила, что молодые лахонтанские форели-убийцы подвергались более высокой смертности при воздействии на них теплового загрязнения в сочетании с высокой концентрацией общей концентрации растворенных твердых веществ. В странах с часто небезопасным/нечистым водопроводом технические специалисты часто проверяют TDS питьевой воды, чтобы оценить эффективность работы их устройств фильтрации RO/Water. Хотя показания TDS не дают ответа на вопрос о количестве микроорганизмов, присутствующих в образце воды, они могут получить хорошее представление об эффективности фильтра по количеству TDS.

When measuring water treated with water softeners, high levels of total dissolved solids do not correlate to hard water, as water softeners do not reduce TDS; rather, they replace magnesium and calcium ions, which cause hard water, with an equal charge of sodium or potassium ions, e. g. Ca2+ ⇌ 2 Na+, leaving overall TDS unchanged or even increased. Hard water can cause scale buildup in pipes, valves, and filters, reducing performance and adding to system maintenance costs. These effects can be seen in aquariums, spas, swimming pools, and reverse osmosis water treatment systems. Typically, in these applications, total dissolved solids are tested frequently, and filtration membranes are checked in order to prevent adverse effects. In the case of hydroponics and aquaculture, TDS is often monitored in order to create a water quality environment favorable for organism productivity. For freshwater oysters, trouts, and other high value seafood, highest productivity and economic returns are achieved by mimicking the TDS and pH levels of each species' native environment. For hydroponic uses, total dissolved solids is considered one of the best indices of nutrient availability for the aquatic plants being grown. Because the threshold of acceptable aesthetic criteria for human drinking water is 500 mg/L, there is no general concern for odor, taste, and color at a level much lower than is required for harm. A number of studies have been conducted and indicate various species' reactions range from intolerance to outright toxicity due to elevated TDS. The numerical results must be interpreted cautiously, as true toxicity outcomes will relate to specific chemical constituents. Nevertheless, some numerical information is a useful guide to the nature of risks in exposing aquatic organisms or terrestrial animals to high TDS levels. Most aquatic ecosystems involving mixed fish fauna can tolerate TDS levels of 1000 mg/L. The fathead minnow (Pimephales promelas), for example, realizes an concentration of 5600 ppm based upon a 96 hour exposure. LD50 is the concentration required to produce a lethal effect on 50 percent of the exposed population. Daphnia magna, a good example of a primary member of the food chain, is a small planktonic crustacean, about 0.5 mm in length, having an LD50 of about 10,000 ppm TDS for a 96 hour exposure. Spawning fishes and juveniles appear to be more sensitive to high TDS levels. For example, it was found that concentrations of 350 mg/L TDS reduced spawning of Striped bass (Morone saxatilis) in the San Francisco Bay Delta region, and that concentrations below 200 mg/L promoted even healthier spawning conditions. In the Truckee River, EPA found that juvenile Lahontan cutthroat trout were subject to higher mortality when exposed to thermal pollution stress combined with high total dissolved solids concentrations. In countries with often unsafe/unclean tap water supplies, the TDS of drinking water is often checked by technicians to gauge how effectively their RO/Water Filtration devices are working. While TDS readings will not give an answer as to the amount of microorganisms present in a sample of water, they can get a good idea as to the efficiency of the filter by how much TDS is present.