Totalt upplösta fasta ämnen
Totalt lösta fasta ämnen ( TDS ) är ett mått på det lösta kombinerade innehållet av alla oorganiska och organiska ämnen som finns i en vätska i molekylär , joniserad eller mikrogranulär ( kolloidal sol ) suspenderad form. TDS-koncentrationer rapporteras ofta i delar per miljon (ppm). Vatten-TDS-koncentrationer kan bestämmas med hjälp av en digital mätare.
I allmänhet är den operativa definitionen att de fasta ämnena måste vara tillräckligt små för att överleva filtrering genom ett filter med 2 mikrometer (nominell storlek eller mindre) porer. Totalt lösta fasta ämnen diskuteras normalt endast för sötvattensystem , eftersom salthalten inkluderar några av de joner som utgör definitionen av TDS. Den huvudsakliga tillämpningen av TDS är i studien av vattenkvalitet för bäckar , floder och sjöar . Även om TDS i allmänhet inte anses vara en primär förorening (t.ex. anses det inte vara förknippat med hälsoeffekter), används det som en indikation på estetiska egenskaper hos dricksvatten och som en samlad indikator på förekomsten av ett brett spektrum av kemiska föroreningar .
Primära källor för TDS i mottagande vatten är avrinning från jordbruket och avrinning från bostäder (urban), lerrika bergsvatten, urlakning av jordföroreningar och utsläpp från punktkällor från industri- eller avloppsreningsverk . De vanligaste kemiska beståndsdelarna är kalcium , fosfater , nitrater , natrium , kalium och klorid , som finns i näringsavrinning , allmän dagvattenavrinning och avrinning från snöiga klimat där vägavisningssalter appliceras . Kemikalierna kan vara katjoner , anjoner , molekyler eller agglomerationer i storleksordningen tusen eller färre molekyler, så länge som en löslig mikrogranul bildas . Mer exotiska och skadliga delar av TDS är bekämpningsmedel som härrör från ytavrinning . Vissa naturligt förekommande totala lösta fasta ämnen uppstår från vittring och upplösning av stenar och jordar. USA har etablerat en sekundär vattenkvalitetsstandard på 500 mg/L för att ge dricksvattnets smaklighet.
Totalt lösta fasta ämnen skiljer sig från totalt suspenderade fasta ämnen (TSS), genom att de senare inte kan passera genom en sikt på 2 mikrometer och ändå suspenderas i lösning på obestämd tid. Termen sedimenterande fasta ämnen hänvisar till material av vilken storlek som helst som inte kommer att förbli suspenderat eller löst i en uppsamlingstank som inte är föremål för rörelse, och utesluter både TDS och TSS. Sedimenterande fasta ämnen kan innefatta större partikelformigt material eller olösliga molekyler.
Totalt lösta fasta ämnen inkluderar både flyktiga och icke-flyktiga fasta ämnen. Flyktiga fasta ämnen är sådana som lätt kan gå från fast till flytande tillstånd. Icke-flyktiga fasta ämnen måste värmas till en hög temperatur, vanligtvis 550 °C, för att uppnå denna tillståndsförändring. Exempel på icke-flyktiga ämnen är salter och sockerarter.
Mått
De två huvudsakliga metoderna för att mäta totala lösta fasta ämnen är gravimetrisk analys och konduktivitet . Gravimetriska metoder är de mest exakta och involverar avdunstning av det flytande lösningsmedlet och mätning av mängden rester kvar. Denna metod är generellt sett den bästa, även om den är tidskrävande. Om oorganiska salter utgör den stora majoriteten av TDS, är konduktivitetsbaserade metoder lämpliga.
Elektrisk, eller specifik, ledningsförmåga hos vatten är direkt relaterad till koncentrationen av lösta joniserade fasta ämnen i vattnet. Joner från de lösta fasta ämnena i vatten skapar förmågan för det vattnet att leda en elektrisk ström , som kan mätas med en konventionell konduktivitetsmätare eller TDS-mätare . När den är korrelerad med laboratoriemätningar av TDS, konduktiviteten ett ungefärligt värde för TDS- koncentrationen , vanligtvis med en noggrannhet inom tio procent.
Förhållandet mellan TDS och specifik konduktans för grundvatten kan approximeras med följande ekvation:
- TDS = k e EC
där TDS uttrycks i mg/L och EC är den elektriska ledningsförmågan i mikrosiemens per centimeter vid 25 °C. Omvandlingsfaktorn k e varierar mellan 0,55 och 0,8.
Vissa TDS-mätare kommer att använda denna elektriska konduktivitetsmätning för att sedan sluta sig till antalet delar per miljon (ppm) med ovanstående formel; 1 ppm anger 1 mg löst fast material per kg vatten.
Hydrologisk simulering
Hydrologiska transportmodeller används för att matematiskt analysera rörelsen av TDS inom flodsystem. De vanligaste modellerna adresserar ytavrinning och tillåter variation i markanvändningstyp , topografi , jordtyp , vegetativ täckning, nederbörd och markförvaltningspraktik (t.ex. appliceringshastigheten av ett gödningsmedel ). Avrinningsmodeller har utvecklats till en god grad av noggrannhet och gör det möjligt att utvärdera alternativa markförvaltningsmetoder på effekter på vattenkvaliteten.
Bassängmodeller används för att mer heltäckande utvärdera totala lösta fasta ämnen i en avrinningsbassäng och dynamiskt längs olika vattendrag. DSSAM - modellen har utvecklats av US Environmental Protection Agency (EPA). Denna hydrologitransportmodell är faktiskt baserad på belastningsmåttet för föroreningar som kallas " Total Maximum Daily Load " (TMDL), som adresserar TDS och andra specifika kemiska föroreningar. Framgången med denna modell bidrog till byråns bredda engagemang för användningen av det underliggande TMDL-protokollet i dess nationella policy för förvaltning av många flodsystem i USA.
Praktiska konsekvenser
Vid mätning av vatten som behandlats med vattenavhärdare , korrelerar höga halter av totalt lösta fasta ämnen inte till hårt vatten, eftersom vattenavhärdare inte minskar TDS; snarare ersätter de magnesium- och kalciumjoner, som orsakar hårt vatten, med en lika stor laddning av natrium- eller kaliumjoner, t.ex. Ca 2+ ⇌ 2 Na + , vilket lämnar den totala TDS oförändrad eller till och med ökad. Hårt vatten kan orsaka avlagringar i rör, ventiler och filter , vilket minskar prestandan och ökar systemets underhållskostnader. Dessa effekter kan ses i akvarier , spa , simbassänger och vattenbehandlingssystem för omvänd osmos . I dessa applikationer testas vanligtvis totalt upplösta fasta ämnen ofta, och filtreringsmembran kontrolleras för att förhindra negativa effekter.
När det gäller hydrokultur och vattenbruk övervakas TDS ofta för att skapa en vattenkvalitetsmiljö som är gynnsam för organismers produktivitet. För sötvattensostron , öringar och andra högvärdiga skaldjur , uppnås högsta produktivitet och ekonomisk avkastning genom att efterlikna TDS- och pH -nivåerna i varje arts ursprungsmiljö. För hydroponiska användningar anses totalt lösta fasta ämnen vara ett av de bästa indexen för näringstillgänglighet för de vattenväxter som odlas.
Eftersom tröskeln för acceptabla estetiska kriterier för mänskligt dricksvatten är 500 mg/L, finns det ingen allmän oro för lukt , smak och färg på en nivå som är mycket lägre än vad som krävs för skada. Ett antal studier har genomförts och indikerar att olika arters reaktioner sträcker sig från intolerans till direkt toxicitet på grund av förhöjd TDS. De numeriska resultaten måste tolkas med försiktighet, eftersom verkliga toxicitetsresultat kommer att relatera till specifika kemiska beståndsdelar. Icke desto mindre är viss numerisk information en användbar vägledning för arten av risker med att exponera vattenlevande organismer eller landlevande djur för höga TDS-nivåer. De flesta akvatiska ekosystem som involverar blandad fiskfauna kan tolerera TDS-nivåer på 1000 mg/L.
Den tjockhuvudfisk ( Pimephales promelas ), till exempel, realiserar en LD50- koncentration på 5600 ppm baserat på en 96-timmars exponering. LD50 är den koncentration som krävs för att ge en dödlig effekt på 50 procent av den exponerade befolkningen . Daphnia magna , ett bra exempel på en primär medlem av näringskedjan, är ett litet planktoniskt kräftdjur , cirka 0,5 mm i längd, med en LD50 på cirka 10 000 ppm TDS för en 96-timmars exponering.
Lekande fiskar och ungfisk verkar vara mer känsliga för höga TDS-nivåer. Till exempel fann man att koncentrationer av 350 mg/L TDS minskade leken av randig bas ( Morone saxatilis ) i San Francisco Bay -Delta-regionen, och att koncentrationer under 200 mg/L främjade ännu hälsosammare lekförhållanden. I Truckee River fann EPA att unga Lahontan-öringar var föremål för högre dödlighet när de exponerades för termisk föroreningsstress i kombination med höga totala koncentrationer av lösta fasta ämnen.
För landlevande djur har fjäderfä vanligtvis en säker övre gräns för TDS-exponering på cirka 2900 mg/L, medan mjölkboskap mäts ha en säker övre gräns på cirka 7100 mg/L. Forskning har visat att exponering för TDS förvärras i toxicitet när andra stressfaktorer är närvarande, såsom onormalt pH, hög grumlighet eller minskat löst syre, varvid den senare stressfaktorn endast verkar i fallet med Animalia.
I länder med ofta osäkra/orena kranvattenförsörjningar kontrolleras TDS för dricksvatten ofta av tekniker för att mäta hur effektivt deras RO/vattenfiltreringsenheter fungerar. Även om TDS-avläsningar inte ger något svar på mängden mikroorganismer som finns i ett vattenprov, kan de få en god uppfattning om hur mycket TDS som finns i filtret.
Vattenklassificering
Vatten kan klassificeras efter nivån av totalt upplösta fasta ämnen (TDS) i vattnet:
- Färskvatten : TDS är mindre än 1 000 ppm
- Bräckt vatten : TDS = 1 000 till 10 000 ppm
- Saltvatten : TDS = 10 000 till 35 000 ppm
- Hypersalin : TDS större än 35 000 ppm
Dricksvatten har i allmänhet en TDS under 500 ppm. Färskvatten med högre TDS är drickbart men smaken kan vara stötande.
Se även
- Surt regn
- Ytavrinning
- Angående mätare:
externa länkar
-
Media relaterade till Total dissolved solids på Wikimedia Commons
