Все примеси, загрязняющие природную воду в результате ее кругооборота, различаются по своей природе (неорганические, органические, биологические) и размерам (по степени дисперсности). На рисунке показан весь спектр размеров частиц, которые могут присутствовать в воде, а также методы удаления этих примесей.

Условно эти примеси можно разделить на несколько групп:

1. Крупные частицы - макрочастицы, которые видны невооруженным глазом в виде мутности и имеют размер от нескольких микрометров (мкм) до 1 мм. Эти неорганические частицы гетерогенны. Они имеют четкую границу раздела с водой и могут самопроизвольно осаждаться.

2. Микрочастицы, которые видны в оптический микроскоп, а невооруженным глазом могут быть определены как опалесценсия. Их размер составляет от долей до нескольких микрометров. Они имеют неорганическую или биологическую природу. Из-за броуновского движения такие частицы самопроизвольно не осаждаются.

3. Частицы, имеющие размер от сотых долей до нескольких мкм, представляют собой в основном крупные макромолекулы растворимых органических веществ с молекулярной массой до 500000 дальтон, а также вирусы и бактерии.

4. Еще меньшими размерами - в сотые и тысячные доли мкм - обладают молекулы органических и неорганических веществ с молекулярной массой до 1000-50000 дальтон, а также некоторые вирусы.

5. Истинные растворы содержат ионы растворенных неорганических веществ, которые обладают наименьшими размерами, составляющими несколько ангстрем (1 А =10 мкм).

Для удаления каждого из указанных видов примесей может быть использовано несколько методов. Они основываются на физических, химических, физико-химических процессах. Реально любой из способов очистки сочетает в себе несколько процессов и представляет собой комплекс воздействий на среду на макро- и микроуровнях.

Как указывалось выше, макрочастицы могут самопроизвольно осаждаться. Поэтому как один из вариантов их удаления может использоваться метод осаждения. Однако он малопроизводителен и практически не применяется. Ускорение процесса осаждения достигается путем

агрегатирования частиц при добавлении в воду специальных реагентов, т. е. методами флокуляции или коагуляции. Достаточно легко такие частицы отфильтровываются на сетках, гранулированных загрузках, различных пористых перегородках.

Микрочастицы самопроизвольно не осаждаются. Для осаждения их необходимо укрупнить, что выполняется методами флокуляции или коагуляции. Они также могут извлекаться из раствора микрофильтрацией на различных пористых материалах. При порах меньших, чем размер бактерий, последние удаляются и раствор стерилизуется.

Крупные макромолекулы также могут быть удалены методами флокуляции или коагуляции. Они извлекаются из раствора методами микро- и ультрафильтрации на специальных мембранах с размером пор меньшим, чем у извлекаемых частиц.

Микрочастицы с молекулярной массой до 1000-50000 дальтон. а также бактерии эффективно извлекаются из раствора ультрафильтрацией.

Молекулы органических соединений с различной молекулярной массой могут удаляться сорбцией на высокопористых сорбентах или специальных анионитах-органопоглотителях.

Ионы растворенных неорганических веществ могут извлекаться комплексно или селективно реагентным методом, фильтрацией - нанофильтрацией и обратным осмосом - или ионным обменом.

Органические и биологические загрязнения могут быть разрушены или уничтожены сильными окислителями.

Биологические загрязнения инактивируются физическими воздействиями, такими как ультразвук, электрические разряды, ультрафиолетовое облучение.

Рассмотрим основные методы удаления примесей из раствора.

Основные характеристики природной воды

1.1. Поступление примесей в воду

Природная вода, разделяемая условно на атмосферную (дождь, туман, снег), поверхностную (реки, озера, пруды, болота), подземную (артезианские скважины, шахтные колодцы) и морскую (моря, океаны), всегда содержит различные примеси. Характер и количество имеющихся в воде примесей определяет качество воды т.е. характеризует возможность использования ее для различных целей в промышленности и в быту.

Примеси поступают в воду, находящуюся в природном круговороте, из окружающей ее среды. Вода, занимающая около 70 % поверхности Земли, испаряясь, поступает в атмосферу, а после конденсации водяных паров в верхних слоях атмосферы возвращается на поверхность Земли в виде осадков, образуя поверхностные и подземные стоки и водоемы. Подземные стоки создаются при просачивании атмосферной воды в более или менее глубокие слои почвы, где вода собирается над водонепроницаемыми пластами, стекает по ним и выходит вновь на поверхность земли в местах выхода этих пластов, сливаясь с поверхностными стоками. Далее вода в руслах рек и ручьев перемещается к озерам, морям, водохранилищам, завершая этим свой природный круговорот.

Наряду с природным существует производственно-бытовой круговорот воды, создаваемый в результате потребления ее для различных целей (охлаждение, коммунальное водоснабжение и т.п.).

Примеси поступают в воду на всех этапах отмеченных круговоротов. При конденсации влаги в атмосфере в конденсате растворяется кислород, азот, углекислый газ в соответствии с их парциальными давлениями, а в промышленных районах – также значительное число оксидов серы и других продуктов, содержащихся в дымовых газах. Суммарное солесодержание атмосферных осадков составляет в среднем 10 мг/дм 3 . Просачиваясь через грунт, вода встречается с различными минеральными солями (NaCl, Na 2 SO 4 , MgSO 4 , CaCO 3 , силикатами и др.) и органическими веществами, растворяет или механически захватывает их. При одновременном присутствии в воде кислорода, органических веществ и микроорганизмов (бактерий), постоянно находящихся в поверхностных слоях почвы, создаются условия для перевода основных составляющих ряда органических веществ в минеральные кислоты (углерода в угольную, азота в азотную, серы в серную, фосфора в фосфорную и т.п.). Образующиеся в подпочвенных водах кислоты взаимодействуют с широко распространенными в природе известняками – карбонатами кальция, железа, доломитами CaMg(CO 3) 2 и другими породами, что приводит к поступлению в воду хорошо растворимых бикарбонатов Ca, Mg, Fe, например:

;	(1.1)
;	(1.2)
→ .	(1.3)

Коренные горные породы – сложные силикаты (граниты, кварцевые породы), они весьма слабо растворимы в воде и лишь при длительном контакте обогащают воду растворимыми силикатами в небольшой концентрации (5–15 мг/дм 3).

При прохождении воды через толщу почвы, захваченные ею механические грубодисперсные примеси отфильтровываются, в связи с чем грунтовые (лежащие вблизи поверхности земли) и артезианские (лежащие более глубоко между двумя водонепроницаемыми пластами) воды характеризуются невысокой концентрацией взвешенных и органических примесей. В то же время десорбция углекислоты из таких вод затруднена в связи со слабым газообменом их с атмосферой, что приводит к интенсивному растворению карбонатных пород (см. уравнения реакций (1.1) – (1.3)) и большому насыщению подземных вод бикарбонатами.

Фильтрация воды через почву частично сопровождается ионообменной адсорбцией ионогенных примесей; так, почвенные комплексы хорошо задерживают фосфаты, происходит обмен адсорбированного почвой Na + на К + и т.п. Поэтому, несмотря на примерно одинаковую распространенность натрия и калия в природе, в поверхностной воде среднее соотношение концентраций :[К + ] составляет большей частью 10:1.

Существенно большим разнообразием примесей по сравнению с природными водами характеризуются производственно-бытовые стоки. По характеру загрязнений эти стоки подразделяют на три группы: бытовые сточные воды; производственные сточные воды; стоки, образующиеся при лесозащитных и растениеводческих работах.

Бытовые сточные воды и стоки лесозащитных и растениеводческих работ с применением реагентов имеют более или менее однообразный состав: белковые вещества и продукты их распада, жиры, мочевину, мыло, синтетические моющие средства, удобрения и т.п.

Эти примеси в основном относятся к классу органических веществ и в водной среде окисляются под действием кислорода и микроорганизмов.

Загрязнения производственных стоков определяются главным образом типом предприятия, на котором они образуются. Концентрация примесей (кислот, щелочей, нейтральных солей, нефтепродуктов, органических соединений) в сточных водах, подлежащих переработке и повторному использованию, может достигать несколько граммов на один кубичесий дециметр воды и оказывать резко отрицательное влияние на водно-химический и биохимический режимы водостока при аварийных сбросах: снижение концентрации кислорода, изменения рН, отравляющее действие, заиливание и т.п., поэтому бесконтрольный сброс сточных вод в природные водотоки запрещен в законодательном порядке.

1.2. Классификация, характеристика вод и их примесей

Природные воды классифицируют по ряду признаков, простейшим из них является солесодержание воды. В соответствии с солесодержанием различают

· пресную воду – солесодержание 1 г/дм 3 ;

· солоноватую – солесодержание 1–10 г/дм 3 ;

· соленую – солесодержание более 10 г/дм 3 ;

Большое распространение получила предложенная О.А. Алехиным система, по которой воды различаются по преобладающему в них аниону: гидрокарбонатный класс вод с преобладающим анионом или суммой анионов (С), сульфатные воды (S), хлоридные воды (Cl). По преобладающему катиону классы вод делятся на три группы: кальциевую (Са), магниевую (Mg) и натриевую (Na). Реки средней полосы европейской части России в основном относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы (С Са).

Примеси природных вод по степени дисперсности (крупности) подразделяют: на истинно-растворимые (ионно- или молекулярно-дисперсные), распространенные в воде в виде отдельных ионов, молекул; коллоидно-дисперсные с размером частиц от 1 до 100 нм; грубодисперсные с размером частиц более 100 нм (0,1 мкм).

Коллоидные примеси представляют собой агломераты из большого числа молекул с наличием поверхности раздела между твердой фазой и водой. Из-за малых размеров коллоидные частицы не теряют способности к диффузии и имеют значительную удельную поверхность.

Например, если кубик вещества объемом 1 см 3 раздробить на более мелкие кубики с длиной ребра 10 нм, то количество таких кубиков составит 10 18 единиц с общей площадью поверхности 600 м 2 .

Коллоидные частицы не выделяются из воды под действием силы тяжести, не задерживаются обычными фильтрующими материалами (песком, фильтрующей бумагой) и различимы в рассеянном свете (конус Тиндаля). В природных водах в коллоидно-дисперсном состоянии находятся различные производные кремниевой кислоты и железа, органические вещества – продукты распада растительных и животных организмов.

Грубодисперсные примеси (так называемые взвешенные вещества) имеют столь большую массу, что практически не способны к диффузии. С течением времени устанавливается определенное седиментационное равновесие, примеси либо выпадают в осадок, либо всплывают на поверхность (при плотности частиц меньше плотности воды).

Длительно оставаясь во взвешенном состоянии, грубодисперсные примеси обусловливают мутность воды. Чем больше размер частиц грубодисперсных примесей, тем быстрее устанавливается седиментационное равновесие, и тем легче выделяются они из воды при отстаивании или фильтрации. Так, скорость отстаивания частиц песка и ила размером 100 и 20 мкм составляет в неподвижной воде при 10 °С соответственно около 7 и 0,4 мм/с.

По химическому составу примеси природных вод можно разделить на два типа: минеральные и органические.

К минеральным примесям воды относятся растворенные в ней содержащиеся в атмосфере газы N 2 , O 2 , СО 2 , а также газы, вносимые сточными водами, различные соли, кислоты, основания, в значительной степени находящиеся в диссоцинированной форме, т.е. в виде образующих их катионов и анионов.

К органическим примесям природных вод относят гумусовые вещества, вымываемые из почв и торфяников, а также органические вещества различных типов, поступающие в воду совместно с сельскохозяйственными стоками и другими типами недостаточно очищаемых стоков.

1.3. Характеристика ионизированных примесей

Механизм поступления примесей в природную воду формирует определенное постоянство типа важнейших ионов, содержащихся в различных водотоках и водоемах. Сведения о наиболее распространенных в природных водах ионах и их концентрациях приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Важнейшие ионы природных вод

Характеризуя ионированные примеси, можно отметить следующее.

Ионы натрия и калия с анионами природных вод не образуют труднорастворимых простых солей, поэтому их относят к группе устойчивых примесей. Концентрация Na + , K + изменяется только в результате испарения или разбавления природной воды, при анализе воды ее часто выражают суммарно.

Ионы кальция и магния относят к числу важнейших примесей воды, они во многом определяют возможность ее использования для различных народнохозяйственных целей, так как образуют труднорастворимые соединения с некоторыми находящимися в воде анионами. При использовании природной воды и связанным с ним изменением исходных концентраций катионов и анионов, например при упаривании или снижении растворимости с ростом температуры, происходит выделение труднорастворимых солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях в виде твердой фазы.

В технологических процессах подготовки воды для снижения концентрации кальция и магния часто используется образование их труднорастворимых соединений, выводимых из воды до поступления ее в водопаровой тракт.

Ионы железа характеризуются поливалентностью и могут находиться в различных формах: Fe 2+ и Fe 3+ . Необходимо отметить, что обратный логарифм произведения растворимости при 25 °С равен 14,75, а составляет 37,2 единицы. Исходя из этих значений и ионного произведения воды, можно вычислить, что для поддержания равновесного насыщения воды ионами железа на уровне 0,1 мг/дм 3 для закисного железа рН воды следует довести до 9,2, а для оксидного – до 3,5; при увеличении концентрации Fe 3+ в ионной форме рН раствора будет понижаться. Во всех природных водах с высоким рН ионы Fe 3+ практически не могут содержаться и все соединения Fe 3+ находятся в коллоидной или грубодисперсной форме.

В подземных водах железо обычно находится в ионной форме в виде двухвалентного железа, стехиометрически отвечающего формуле соединения Fe(HCO 3) 2 , которое при условиях удаления растворенной углекислоты (выдерживание в открытых сосуде) легко гидролизуется, а при наличии в воде растворенного кислорода окисляется с образованием красно-коричневой твердой фазы гидроксида железа Fe(OН) 3:

→4Fe(OH) 3(T) + 8CO 2 .

(1.4)

В водах поверхностных источников железо может входить также в состав органических соединений, присутствие в воде соединений железа в повышенных концентрациях создает условия для развития железобактерий, образующих бугристые колонии на стенках трубопроводов.

Концентрация железа в исходной воде может увеличиваться в процессе транспортирования ее по стальным и чугунным трубам вследствие загрязнения продуктами коррозии.

Гидрокарбонат-ионы – важнейшая составная часть солевых компонентов воды. В природных водах кроме “полусвязанной” углекислоты (ионы – называемые также бикарбонатами), а в некоторых случаях и “связанной” углекислоты (ионы ) содержится также так называемая “свободная” углекислота, находящаяся в виде растворенного газа СО 2 и его гидрата – молекул Н 2 СО 3 . Между различными формами угольной кислоты существует кинетическое равновесие, связанное с величиной рН и содержанием ионов кальция в растворе.

Хлорид-ионы (Cl -) с катионами не образуют труднорастворимых солей и при температуре около 25 °С не подвергаются гидролизу или окислению.

Сульфат-ионы в поверхностных водах, не загрязненных органическими веществами, достаточно устойчивы; как ионы сильной кислоты, они не подвергаются гидролизу и образуют относительно труднорастворимую соль только с одним из катионов природных вод – Са 2+ . Однако растворимость сульфата кальция при обычной температуре достаточно высока (около 1 г/дм 3), и в природных водах, как правило, не происходит выделения твердой фазы СаSO 4 .

1.4. Кремнесодержащие соединения и органические примеси

Кремниевая кислота. Различные соединения кремниевой кислоты весьма распространены в природных водах; в подземных водах силикатов содержится больше, чем в поверхностных. Ангидрид кремниевой кислоты (SiO 2) c водой может образовывать кислоты типа метакремниевой H 2 SiO 3 (SiO 2 ·H 2 O), ортокремниевой H 4 SiO 4 (SiO 2 ·2H 2 O) и различных поликремниевых, например двуметакремниевой H 2 SiO 5 (2SiO 2 ·H 2 O) и т.д. Все эти кислоты при обычных для природных вод значениях рН малорастворимы и способны образовать в воде коллоидные растворы.

Многообразие форм кремниевых кислот и сравнительно малая их растворимость в воде (например, кремнесодержание в воде при t = 20 °С достигает 150 мг/дм 3 , t = 100 °С достигает 500 мг/дм 3) сильно затрудняют их дифференциацию при анализе воды, поэтому в результате анализа обычно получают только суммарную концентрацию кремнесодержащих соединений, условно выраженную в виде , так называемое кремнесодержание воды.

Кальциевые и магниевые соли кремниевых кислот различных типов, а также ферро- и алюмосиликаты значительно труднее растворяются в воде.

В поверхностных и артезианских водах общее кремнесодержание в пересчете на обычно составляет от 1 до 30 мг/дм 3 , при этом от 5 до 20 % представлено коллоидной формой. При значениях рН > 8 кремниевая кислота может находиться в воде в виде лишь в отсутствие ионов Са 2+ и Mg 2+ .

Органические примеси. Органические вещества, попадающие в открытые водоемы в результате вымывания их из почв и торфяников, объединяют обычно под общим названием гумусовых. Особенно загрязнены гумусовыми веществами, имеющими характерную желтую или коричневую окраску, водотоки болотного происхождения. Кроме того, поверхностные воды обогащаются органическими веществами в результате отмирания водной флоры и фауны с последующими процессами их химического и биохимического распада.

Гумусовые вещества природных вод разделяют условно на три группы, объединяющие органические примеси по более или менее близким физическим и химическим свойствам: 1) гуминовые кислоты (формула С 60 Н 52 О 24 (СООН) 4) обычно находятся в водоемах в виде коллоидов, переходя в истинно растворенное состояние лишь при высоких значениях рН; 2) коллоидные соединения фульвокислот; 3) истинно растворенные соединения фульвокислот.

Водород карбоксильных групп СООН гуминовых кислот может замещаться катионами с образованием солей, называемых гуматами. Гуматы щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде, в то время как гуматы кальция, магния и железа труднорастворимы. Гуминовые кислоты могут также образовывать с гидроксидами железа и алюминия комплексные соединения, частично представленные и коллоидной формой.

Большое значение в увеличении количественного и качественного содержания органических веществ в поверхностных водоемах и водотоках играют недостаточно очищенные бытовые, производственные, а также сельскохозяйственные стоки. Известно, что органические вещества являются главной причиной ухудшения органолептических свойств воды, т. е. появления запахов и привкусов.

Из-за сложности индивидуальной классификации органических примесей каждого типа в практике анализа используют общую способность органических примесей окисляться под действием специфических окислителей. Этот критерий не дает точного представления о реальной концентрации органических веществ в воде, однако позволяет приближенно характеризовать и сравнивать воды различного типа.

1.5. Закономерности изменения количественного состава примесей по районам и сезонам для поверхностных и подземных вод

Подземные водотоки, выходя на поверхность земли, играют значительную роль в питании рек, поэтому солевой состав рек зависит от характера почв и грунтов, с которых они собираются. Вследствие этого воды некоторых северных рек (Печора, Вятка, Нева), стекающих в районах сильновымытых или скальных грунтов, характеризуются малой минерализованностью (около 150 мг/дм 3). Воды рек южных районов (Эмба, Миус, Амударья), протекающих по сильно засоленным почвам, содержат до 1000 мг/дм 3 растворенных примесей. Если река протекает через районы с различными географическими условиями и геологическим строением (например, Волга), минерализованность ее воды может меняться на протяжении от истока до устья в 2–3 раза. Изменением характеристик грунтов и почв в направлении с севера на юг европейской части определяется эмпирическое правило повышения солесодержания рек в указанном направлении.

Количественный и качественный состав примесей рек и водоемов зависит от метеорологических условий и подвержен сезонным колебаниям. Так, в весенний паводковый период, после вскрытия льда, воды содержат минимальное количество растворенных солей, однако характеризуются максимальным количеством взвешенных веществ, увлекаемых с поверхности почвы быстрыми потоками талых вод. В зимний период в результате питания поверхностного водотока подземными водами его солесодержание достигает максимума (рис. 1.1). В летнее время состав речной воды определяется соотношением в питании долей поверхностного и подземного стоков.

Отмеченные географические и сезонные изменения состава природных вод необходимо учитывать при использовании показателей качества природной воды, с тем чтобы не определять пригодность водотока по результатам единичного наблюдения, выполненного на значительном расстоянии от планируемого места водозабора.

1.6. Технологические, качественные показатели воды

В зависимости от характера использования воды различными потребителями определяются и показатели, необходимые для качественной и количественной характеристики воды.

Важнейшими показателями качества воды для использования ее в теплоэнергетике являются

– концентрация грубодисперсных веществ (ГДП);

– концентрация истинно-растворимых примесей (ионный состав);

– концентрация коррозионно-активных газов;

– концентрация ионов водорода;

– технологические показатели, в которые входят сухой и прокаленный остаток, окисляемость, жесткость, щелочность, кремнесодержание, удельная электропроводность и т.д.

Концентрация грубодисперсных веществ в воде может быть достаточно точно определена фильтрованием воды через бумажный фильтр с последующим его высушиванием при температуре 378–383 К до постоянной массы. Однако на практике предпочитают использовать методы определения грубодисперсных веществ по прозрачности и мутности воды.

Прозрачность воды определяют при повышенных концентрациях ГДП в воде при помощи стеклянной трубки, залитой водой, на дне которой расположен шрифт или крест с шириной линии 1 мм. Высота столба воды, при которой определяется хорошая видимость шрифта или креста, является количественной оценкой прозрачности воды. При малых концентрациях ГДП (< 3мг/дм 3) используется нефелометрический метод, основанный на сравнении мутности анализируемой воды с соответствующим эталоном. Концентрация ГДП может быть также определена по разности значений плотного и сухого остатков, полученных при упаривании одного кубического дециметра соответственно нефильтрованной и фильтрованной воды.

Сухой остаток позволяет косвенно судить о солесодержании воды, т.е. о сумме всех анионов и катионов в воде, за исключением ионов Н + и ОН - . Однако при образовании сухого остатка несколько изменяется ионный состав примесей за счет разложения бикарбонатов. В сухой остаток входит также часть органических и коллоидных примесей. Прокаливание сухого остатка при температуре 1073 К приводит к сгоранию органических примесей и распаду карбонатов. Поэтому разность значений плотного и сухого остатков позволяет лишь ориентировочно оценить концентрацию органических примесей в воде.

Концентрации отдельных ионов в воде , (мг/дм 3 или кмоль/дм 3), определяемых методами химического анализа. Правильность проведения анализа должна подтверждаться выполнением закона электронейтральности: ммоль/дм 3 . Возможная ошибка при этом не должна превышать 1 %.

(1.5)

Если ошибка превышает 1 %, то следует проверить качество анализа отдельных ионов или повторить весь анализ.

Суммарная концентрация всех катионов и анионов в воде составляет содержание воды, при этом не учитываются анионы кремниевой кислоты из-за неопределенности сведений об их концентрации в ионной форме, полуторные оксиды и ионы Н + и ОН - . В случае крепких растворов ионы Н + и ОН - следует учитывать при подсчете солесодержания.

Жесткость воды является одним из важнейших показателей, определяющих пути использования воды в теплоэнергетике. Общей жесткостью воды Ж О называется суммарная концентрация ионов кальция и магния выражаемая в ммоль/дм 3 , а при малых значениях – в мкмоль/дм 3 . По определяющему катиону общая жесткость воды подразделяется на кальциевую Ж Са и магниевую Ж Mg . Часть общей жесткости, эквивалентная концентрации бикарбонат-ионов и карбонат-ионов в воде, называется карбонатной жесткостью Ж К, а остальная часть, эквивалентная содержащимся в воде другим анионам и др), – некарбонатной жесткостью Ж НК. и карбонатную

Щ О = Щ К + Щ НК = 3 + 0 =3 ммоль/дм 3 ;

Ж К = Щ К = 3; Ж НК = Ж О - Ж К = 4 – 3 = 1 ммоль/дм 3 .

Удельная электропроводность воды (См/см) характеризуется электрической проводимостью слоя воды, находящегося между двумя противоположными гранями куба с ребром, равным 10 -2 м. Она косвенно связана с суммарной концентрацией примеси в истинно-растворенном состоянии (солесодержанием). В чистой воде, не содержащей примесей, перенос зарядов осуществляется лишь ионами Н + и ОН - . Удельная проводимость такой воды при температуре 293 К составляет 0,04 мкСм/cм. В растворах связь между электропроводимостью и концентрацией ионных примесей зависит от множества факторов, в том числе от температуры, вида ионов, степени диссоциации, что существенно затрудняет измерение. Более определенная связь существует в растворах при постоянных температуре и степени диссоциации.

Концентрация растворенных газов в воде зависит от множества факторов: природы газа, температуры воды, степени минерализации воды, парциального давления газа над водой, рН воды и т.п. Это во многих случаях существенно затрудняет их аналитическое определение в технологических процессах и требует специальных методов анализа. Концентрация СО 2 в природной воде существенно зависит от степени углекислотного равновесия и составляет примерно 0,5 мг/дм 3 (10 -5 моль/дм 3) при температуре 293 К.

Концентрация О 2 в значительной степени зависит от содержания в воде органических веществ и температуры. При увеличении температуры от 273 до 308 К концентрация кислорода в чистой воде уменьшается от 14,6 до 6,5 мг/дм 3 .

Показатель концентрации водородных ионов (рН) воды характеризует реакцию воды (кислая, щелочная, нейтральная) и учитывается при всех видах обработки воды.

В соответствии с законом действующих масс вода частично диссоциирует на ионы Н + и ОН - , согласно уравнению

.

(1.7)

Значение рН водных растворов определяет интенсивность диссоциаций содержащихся в них слабых кислот или оснований. С понижением рН, т.е. с повышением активности (или концентрации) ионов Н + , процентное содержание недиссоциированных молекул слабых кислот повышается, а содержание их анионов понижается (табл. 1.2), для катионов слабых оснований наблюдается обратное соотношение, рН природной воды обычно колеблется в пределах 6–8 и зависит в основном от соотношения в воде концентраций и Н 2 СО 3 . Измерение рН основано на определении разности электрических потенциалов (потенциометрический метод) двух помещенных в анализируемый раствор электродов – индикаторного и электрода сравнения. 1,3

0,3 1,0 3,1 - - 100,0 - 99,9 - 99,6 - 96,1 - 71,5 - 20,0 4,0 - - - - 0,1 - 0,4 - 3,9 - 28,5 - 79,9 95,4 - - - - - - - - - - - - 0,1 0,6

Окисляемость воды – это показатель, имеющий условное значение и представляющий собой расход какого-либо сильного окислителя, необходимого для окисления в определенных условиях органических примесей, которые содержатся в 1 л воды. Обычно для этих целей применяется перманганат калия (КMnO 4) или бихромат калия (K 2 Cr 2 O 7), различая соответственно перманганатную и бихроматную окисляемость. Результаты определения перманганатной окисляемости воды выражаются в кислородных или перманганатных единицах (О 2 , КMnO 4), т.е миллиграмм на кубический дециметр (мг/дм 3), различающихся в 3,95 раза. Бихроматная окисляемость обычно превышает перманганатную в 2–2,5 раза, а разность между ними позволяет судить об устойчивости органических примесей к действию окислителей. При определении окисляемости обоих видов происходит окисление не только содержащихся в воде органических веществ, но и некоторых неорганических, например закисного железа, сероводорода, нитритов. Поэтому следует еще раз подчеркнуть, что окисляемость характеризует содержание в воде органических веществ приближенно и условно.

Окисляемость чистых грунтовых вод составляет обычно 1–3 мг О 2 /дм 3 , в то время как в водах поверхностных источников окисляемость повышается до
10–12 мг О 2 /дм 3 . Реки болотного происхождения и поверхностные источники в

период паводка отличаются очень высокой окисляемостью, превышающей, например, 30 мг О 2 /дм 3 . Сточные воды, содержащие органические вещества и сбрасываемые в водоемы, могут повышать окисляемость воды различных источников.

Для суммарной оценки органических загрязнителей применяют метод сорбции из воды органических веществ активированным углем с последующим его высушиванием и экстракцией из него этих веществ хлороформом (метод угольно- хлороформного экстракта). В массовых единицах (мг/дм 3) оценивают в ряде случаев содержание общего органического углерода в воде.

Для сопоставления показателей качества воды в табл. 1.3 дан ориентировочный химический состав вод некоторых источников водоснабжения.

1.7. Биологические показатели качества воды

В некоторых случаях химикам-теплоэнергетикам приходится готовить воду так называемого питьевого качества для систем открытого горячего водоснабжения либо использовать для водоснабжения и сброса стоков котельных, ТЭС в открытые водоемы, служащие также и для питьевого водоснабжения, в связи с чем необходимо иметь представления о некоторых биологических качествах воды.

Вода – среда для развития многочисленных форм вирусов, бактерий, простейших и сложных организмов. К числу бактериальных вирусных водных инфекций относятся дизентерия, брюшной тиф, холера, полиомиелит, бруцеллез и др.

Для определения чистоты воды в качестве критерия выбрана кишечная палочка. Кишечная палочка отмирает в воде медленнее многих болезнетворных бактерий, поэтому уничтожение кишечных палочек в процессе обеззараживания воды гарантирует в значительной мере отсутствие болезнетворных бактерий. Количество кишечных палочек в воде выражается коли-титром (к-т), т.е. тем объемом воды в 1 см 3 , в котором содержится одна кишечная палочка, или коли-индексом (к-и) – количеством кишечных палочек в 1 дм 3 воды. Согласно ГОСТ для питьевой воды, коли-титр должен быть не менее 300 (или коли-индекс не более 3). Запах и вкус оцениваются количественно по пятибалльной системе.

Контрольные вопросы

1. Из каких этапов состоят круговороты природных и производственно-бытовых вод?

2. Какие основные катионы и анионы поступают в природные воды и за счет чего?

3. В чем качественное отличие поверхностных и подземных вод?

4. Какие признаки лежат в основе различных классификаций природных вод?

5. Каковы причины строгого нормирования содержания ионов Са 2+ и Mg 2+ в водах теплоэнергетических установок?

6. Какие показатели воды относятся к качественным и технологическим?

7. Какие виды жесткости и щелочности воды вам известны?

8. Почему окисляемость является условным показателем?

9. Поясните понятие коли-индекса?

Глава вторая

В природной воде всегда содержатся вещества органического и минерального происхождения как в растворенном, так и во взвешенном состоянии. Попадают эти вещества в воду при выпадении атмосферных осадков, из почв и грунтов с которыми соприкасается при движении вода, а также за счет жизнедеятельности и отмирания населяющих воду растительных и животных организмов.

Вещества в растворенном состоянии преимущественно содержатся в подземных, грунтовых водах, а поверхностные воды чаще обогащены взвешенными веществами. Количество взвеси может достигать 5000 мг/л., и более. Больше всего взвешенных веществ в воде открытых водоемов наблюдается во время осенних и весенних паводков.

Природные воды принято разделять на группы:

I. по происхождению – атмосферные воды (осадочные); подземные (ключевые и колодезные), поверхностные (речные, озерные, морские, болотные).

II. по количеству и характеру примесей – на пресные, соленые, мягкие, жесткие, прозрачные, мутные, окрашенные, пахнущие.

III. по принципу использования – на питьевые, хозяйственные, технические, охлаждающие, лечебные.

Состав природных вод меняется во времени. Минеральные и органические вещества, находящиеся во взвешенном состоянии, под действием сил тяжести постепенно осаждаются. Часть органических веществ используется живыми организмами, населяющими водоемы, в качестве питательного материала. Протекающие в природных водах химические и биологические процессы приводят к разрушению легко окисляющихся органических примесей.

Состав воды также меняет образование гидроокисей металлов (железа, марганца, алюминия) и связывание ими коллоидных примесей.

Основную часть органических примесей в природных водах составляют гуминовые вещества. Наряду с ними встречаются белковые, жировые, углеводородные вещества, органические кислоты и витамины. Однако эти вещества составляют чаще всего незначительную долю от общего количества органических соединений.

Минеральный состав природных вод чрезвычайно разнообразен. Так вода океанов и морей содержит много растворенных веществ, но больше всего поваренной соли NaCl до 84 %, что делает ее непригодной для питья, хозяйственных и технических целей.

Своеобразен состав растворенных веществ в так называемых минеральных водах, которые применяются только в лечебных целях. Минеральные воды по составу разделяются на соленые, щелочные, горькие, железистые, газовые, серные. Содержание растворенных веществ колеблется в таких водах от 2 до 20 г/дм 3 .

Речные, озерные, артезианские, ключевые, подземные воды содержат сравнительно мало растворенных веществ. Их иначе называют пресными и они пригодны для питья.

Загрязнения природных вод по их физико-химическим свойствам можно разделить на три группы.

К первой группе относятся примеси, образующие с водой взвеси. К ним относятся частицы песка, глины, органической материи, которые смываются с поверхности почвы дождем, при таянии снега и льда и поступают со сточными водами. Отличительной чертой таких примесей является их способность осаждаться при продолжительном отстаивании, и они задерживаются фильтрами.

Ко второй группе относятся примеси, образующие с водой коллоидные системы. Частички этих примесей состоят из целого ряда слипшихся молекул. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых в данной жидкости веществ. Коллоидные частицы не осаждаются под действием сил тяжести, не задерживаются на песчаных фильтрах, но задерживаются мембранными фильтрами.

К третьей группе примесей относятся вещества, полностью растворяющиеся в воде. Эти вещества находятся в воде в виде отдельных ионов или молекул. Присутствие таких примесей можно установить только с помощью химического анализа или органолептически (на вкус). Этими веществами могут быть растворенные соли, натрия, калия, кальция, магния, меди, алюминия, свинца, железа, марганца, в растворенном виде многие газы (О 2 , СО 2 , N 2 , Н 2 S), различные органические вещества, например фенолы, формальдегид и др. Эти примеси не задерживаются ни песчаными, ни другими обычными видами фильтров.

Следует также отметить, что природные воды обильно заселены бактериями, водорослями, простейшими, червями и другими организмами. Биологические загрязнители развиваются тем интенсивнее, чем больше в воде питательных веществ. Самыми распространенными из микроорганизмов являются бактерии. Они принимают активное участие в образовании всех водных сообществ. Клетки бактерий на 85 % состоят из воды, и они по плотности близки к плотности воды. Поэтому бактерии в водоемах могут образовывать устойчивые взвеси.

Водоросли также относятся к основным обитателям водоемов. Приспосабливаясь к окружающим условиям среды, они участвуют во всех водных сообществах. Среди них есть бентические организмы, которые заселяют донный ил; планктонные, обитающие в толще воды. Планктонные водоросли иногда развиваются в таком большом количестве, что окрашивают воду, обуславливая так называемое «цветение» водоема.

Водоемы населены множеством различных животных, относящихся к большой разнородной группе червей. Представители этой группы обитают в зарослях прибрежных водных растений, в донном иле, в свободно плавающих планктонических образованиях.

Для оценки качества природных воды образцы ее подвергают физико-химическому анализу, который разделяется на физические и химические определения.

Определение запаха воды.

Характер и интенсивность запаха определяют органолептически. Характер запаха определяют по ощущению воспринимаемого запаха.
Различают две группы запахов: запахи естественного и искусственного происхождения. Запахи естественного происхождения обусловлены живущими и отмирающими в воде организмами, влиянием берегов, дна, почв, грунтов.
Так, присутствие в воде растительных остатков придает ей землистый, илистый, или болотный запах. Если вода цветет и в ней содержатся продукты жизнедеятельности актиномицетов, то она имеет ароматический запах. Наличие сероводорода придает воде запах тухлых яиц.
При гниении органических веществ в воде или загрязнении ее нечистотами возникает гнилостный, сероводородный или фекальный запах.
Обычно характер запаха воды описывается следующими терминами: ароматический (огуречный, цветочный); болотный (кислый, тинистый); гнилостный (фекальный, сточный); древесный, землистый, плесневелый, рыбный, сероводородный, травянистый, неопределенный.
Запахи искусственного происхождения возникают при загрязнении воды промышленными и сельскохозяйственными сточными водами. Их характер определяют по названию тех веществ, запах которых они представляют: фенольный, камфорный, аптечный, хлорный, металлический.
Ход определения при температуре 20 °С
В колбу с притертой пробкой вместимостью 250 - 350 см 3 отмеривают 100 см 3 испытуемой воды температуры 20 °С, закрывают пробкой, перемешивают, затем колбу 9ткрывают и определяют характер и интенсивность запаха.
Ход определения при температуре 60 °С
В колбу отмеривают 100 см 3 исследуемой воды, накрывают колбу часовым стеклом и подогревают на водяной бане до температуры 50 - 60 °С. Содержимое колбы несколько раз перемешивают, затем сдвигают стекло в сторону и определяют характер и интенсивность запаха.

22. Определение вкуса (привкуса) воды.

Органолептическим методом определяют характер и интенсивность вкуса и привкуса.
Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький.
Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.
Проведение испытания

Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т.д.).
Испытуемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживают 3-5 с.
Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20 °С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям табл.2.

Интенсивность вкуса и привкуса	Характер проявления вкуса и привкуса	Оценка интенсивности вкуса и привкуса, балл
Нет	Вкус и привкус не ощущаются
Очень слабая	Вкус и привкус не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании
Слабая	Вкус и привкус замечаются потребителем, если обратить на это его внимание
Заметная	Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воде
Отчетливая	Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья
Очень сильная	Вкус и привкус настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению

Определение цветности воды.

Цветность воды определяют фотометрически - путем сравнения проб испытуемой жидкости с растворами, имитирующими цвет природной воды.

Аппаратура, материалы, реактивы
Для проведения испытаний применяют следующие аппаратуру, материалы, реактивы: фотоэлектроколориметр (ФЭК) с синим светофильтром (=413 нм);кюветы толщиной поглощающего свет слоя 5-10 см;колбы мерные вместимостью 1000 см;пипетки мерные вместимостью 1, 5, 10 см с делениями на 0,1 см;цилиндры Несслера на 100 см;калий двухромовокислый по ГОСТ 4220;кобальт сернокислый по ГОСТ 4462;кислоту серную по ГОСТ 4204, плотностью 1,84 г/см;воду дистиллированную по ГОСТ 6709;фильтры мембранные N 4.

Подготовка к испытанию

Приготовление основного стандартного раствора (раствор N 1)
0,0875 г двухромовокислого калия (К Сr О), 2,0 г сернокислого кобальта (CoSO ·7H O) и 1 см серной кислоты (плотностью 1,84 г/см) растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора до 1 дм. Раствор соответствует цветности 500°.

Приготовление разбавленного раствора серной кислоты (раствор N 2)

1 см концентрированной серной кислоты плотностью 1,84 г/см доводят дистиллированной водой до 1 дм.

Приготовление шкалы цветности
Для приготовления шкалы цветности используют набор цилиндров Несслера вместимостью 100 см
Раствор в каждом цилиндре соответствует определенному градусу цветности. Шкалу цветности хранят в темном месте. Через каждые 2-3 месяца ее заменяют.

Построение градуировочного графика
Градуировочный график строят по шкале цветности. Полученные значения оптических плотностей и соответствующие им градусы цветности наносят на график.
Проведение испытаний
В цилиндр Несслера отмеривают 100 см профильтрованной через мембранный фильтр исследуемой воды и сравнивают со шкалой цветности, производя просмотр сверху на белом фоне. Если исследуемая проба воды имеет цветность выше 70°, пробу следует разбавить дистиллированной водой в определенном соотношении до получения окраски исследуемой воды, сравнимой с окраской шкалы цветности.
Полученный результат умножают на число, соответствующее разбавлению.
При определении цветности с помощью электрофотоколориметра используют кюветы толщиной поглощающего свет слоя 5-10 см. Контрольной жидкостью служит дистиллированная вода, из которой удалены взвешенные вещества путем фильтрации через мембранные фильтры N 4.
Оптическая плотность фильтрата исследуемой пробы воды измеряют в синей части спектра со светофильтром при =413 нм.
Цветность определяют по градуировочному графику и выражают в градусах цветности.

Определение мутности воды.

Определение мутности проводят не позднее чем через 24 ч после отбора пробы.
Проба может быть законсервирована добавлением 2-4 см хлороформа на 1 дм воды
Мутность воды определяют фотометрически - путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями.
Результаты измерений выражают в мг/дм (при использовании основной стандартной суспензии каолина) или в ЕМ/дм (единицы мутности на дм) (при использовании основной стандартной суспензии формазина). Переход от мг/дм к ЕМ/дм осуществляют, исходя из соотношения: 1,5 мг/дм каолина соответствуют 2,6 ЕМ/дм формазина или 1 ЕМ/дм соответствует 0,58 мг/дм.

5.2. Для проведения испытаний применяют следующие аппаратуру, материалы, реактивы:
фотоэлектроколориметр любой марки с зеленым светофильтром =530 нм;
кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 и 100 мм;
весы лабораторные по ГОСТ 24104*, класс точности 1, 2;
шкаф сушильный;центрифуга;тигли фарфоровые по ГОСТ 9147;
прибор для фильтрования через мембранные фильтры с водоструйным насосом;пипетки мерные по ГОСТ 29227, вместимостью 25, 100 см;
Подготовка к испытанию
Стандартные суспензии могут быть изготовлены из каолина или формазина.

Приготовление основной стандартной суспензии из каолина

25-30 г каолина хорошо взбалтывают с 3-4 дм дистиллированной воды и оставляют стоять 24 ч. Через 24 ч сифоном отбирают неосветлившуюся часть жидкости. К оставшейся части вновь приливают воду, сильно взбалтывают, снова оставляют в покое на 24 ч и вновь отбирают среднюю неосветлившуюся часть. Эту операцию повторяют трижды, каждый раз присоединяя неосветлившуюся в течение суток суспензию к ранее собранной. Накопленную суспензию хорошо взбалтывают и через трое суток сливают жидкость над осадком, как содержащую слишком мелкие частицы.
К полученному осадку добавляют 100 см дистиллированной воды, взбалтывают и получают основную стандартную суспензию.
Концентрацию основной суспензии определяют весовым методом (не менее чем из двух параллельных проб): 5 см суспензии помещают в тигель, доведенный до постоянной массы, высушивают при температуре 105 °С до постоянной массы, взвешивают и рассчитывают содержание каолина на 1 дм суспензии.
Затем основную стандартную суспензию стабилизируют пирофосфатом калия или натрия (200 мг на 1 дм) и консервируют насыщенным раствором хлорной ртути (1 см на 1 дм), формалином (10 см на 1 дм) или хлороформом (1 см на 1 дм).
Основная стандартная суспензия хранится в течение 6 мес. Эта основная стандартная суспензия должна содержать около 4 г/дм каолина.

Проведение испытания
Перед проведением испытания во избежание ошибок производят калибровку фотоколориметров по жидким стандартным суспензиям мутности или по набору твердых стандартных суспензий мутности с известной оптической плотностью.
В кювету с толщиной поглощающего свет слоя 100 мм вносят хорошо взболтанную испытуемую пробу и измеряют оптическую плотность в зеленой части спектра (=530 нм). Если цветность измеряемой воды ниже 10° по Сr-Со шкале, то контрольной жидкостью служит бидистиллированная вода. Если цветность измеряемой пробы выше 10° Сr-Со шкалы, то контрольной жидкостью служит испытуемая вода, из которой удалены взвешенные вещества центрифугированием (центрифугируют 5 мин при 3000 мин) или фильтрованием через мембранный фильтр с диаметром пор 0,5-0,8 мкм.
Содержание мутности в мг/дм или ЕМ/дм определяют по соответствующему градуировочному графику.
Окончательный результат определения выражают в мг/дм по каолину.

04.09.2014 03:40

Основные проблемы воды.

Повышенная мутность.
Повышенная мутность характерна как для артезианской, колодезной, так и для водопроводной воды. Мутность воды вызывают взвешенные и коллоидные частицы, рассеивающие свет. Это могут быть как органические, так и неорганические вещества или те и другие одновременно. Сами по себе взвешенные частицы в большинстве случаев не представляет серьезной угрозы для здоровья, но для современного оборудования, они могут стать причиной преждевременного выхода из строя. Повышенная мутность водопроводной воды часто связана с механическим отрывом продуктов коррозии трубопроводов и биоплёнок, развивающихся в системе центрального водоснабжения. Причиной повышенной мутности артезианских вод обычно являются глинистые или известковые взвеси, а так же образующиеся при контакте с воздухом нерастворимые окислы железа и других металлов.

Качество воды из колодцев наименее стабильно, поскольку грунтовые воды подвержены влиянию внешних факторов. Высокая мутность воды из колодцев может быть связана с поступлением в грунтовые воды труднорастворимых природных органических веществ из грунтов с техногенным загрязнением. Высокая мутность негативно влияет на эффективность дезинфекции воды, в результате чего прикрепленные к поверхности частиц микроорганизмы выживают и продолжают развиваться на пути к потребителю. Поэтому снижение мутности часто позволяет улучшить микробиологическое качество воды.

Железо в воде.
Высокое содержание железа в водопроводной воде связано с различными причинами. В водопроводную воду эти примеси попадают в результате коррозии трубопроводов или использования на станциях водоподготовки железосодержащих коагулянтов, а в артезианские воды - в следствие контакта железосодержащих минералами. Содержание железа в артезианских водах в среднем превышают нормативное значение в 2-10 раз. В некоторых случаях превышение может быть до 30-40 раз. Обычно непосредственно после получения артезианская вода не несёт видимых признаков наличия соединений железа, однако при контакте с кислородом воздуха через 2-3 часа возможно появления желтой окраски, а при более продолжительном отстаивании может наблюдаться образование светло-коричневого осадка. Все это является результатом протекания окислительного процесса, в ходе которого выделяется тепло. Стимулирующих развитие в артезианской воде железистых бактерий.

Марганец в воде.
Примеси марганца в воде из артезианских скважин обнаруживается одновременно с примесями железа. Источник их поступления один и тот же - растворение марганцесодержащих минералов. Превышение содержания марганца в питьевой воде ухудшает её вкус, а при использовании такой воды для хозяйственно-бытовых нужд наблюдается образование тёмных отложений в трубопроводах и на поверхностях нагревательных элементов. Мытье рук водой с высоким содержанием марганца приводит к неожиданному эффекту - кожа сначала сереет, а потом и вовсе чернеет. При продолжительном уподоблении воды с высоким содержанием марганца повышается риск развития заболеваний нервной системы.

Окисляемость и цветность.
Повышенная окисляемость и цветность поверхностных и артезианских источников водоснабжения свидетельствует о наличии в воде примесей природных органических веществ - гуминновых и фульвокислот, являющихся продуктами разложения объектов живой и неживой природы. Высокое содержание органических веществ в поверхностных водах фиксируются в период гниения водорослей (июль - август). Одной из характеристик концентрации органических загрязнений является перманганатная окисляемость. В области залегания торфа, особенно в районах крайнего севера и восточной Сибири, этот параметр может в десятки раз превышать допустимые значение. Сами по себе природные органические вещества не представляют угрозы для здоровья. Однако при одновременном присутствии в воде железа и марганца образуются их органические комплексы, затрудняющие их фильтрацию методом аэрации, то есть окисление кислородом воздуха. Наличие в воде органических веществ природного происхождения затрудняет дезинфекцию воды окислительными методами, так как образуются побочные продукты дезинфекции. К их числу тригалометанны, галогенуксусная кислота, галокетоны и галоацетонитрил. Большинство исследований показывают, что вещества данной группы обладают концерагенным эффектом, а так же оказывают негативное влияние на органы пищеварительной и эндокринной систем. Основным способом предотвращения образования побочных продуктов дезинфекции воды является ее глубокая очистка от природных органических вещевств перед стадией хлорирования, однако традиционные методы центролизованной водоподготовки этого не обеспечивают.

Запах воды.
Запах водопроводной, артезианской и колодезной воды делают её непригодной для употребления. При оценке качества воды потребители ориентируются на индивидуальные ощущения запаха, цвета и вкуса.
Питьевая вода не должна каким-либо запахом, заметным для потребителя.
Причиной запаха водопроводной воды чаще всего является растворенный хлор, поступающий в воду на стадии дезинфекции при централизованной водоподготовке.
Запах артезианской воды может быть связан с наличием растворенных газов - сероводорода, оксида серы, метана, аммиака и другими.
Некоторые газы могут быть продуктами жизнедеятельности микроорганизмов или результатом техногенного загрязнения источников водоснабжения.
Колодезная вода наиболее подвержена посторонним загрязнениям, поэтому часто неприятный запах может быть связан с присутствием в воде нефтепродуктов и следов бытовой химии.

Нитраты
Нитраты в колодезной и артезианской воде могут представлять серьезную угрозу для здоровья потребителей, поскольку их содержание может в несколько раз превышать действующий норматив на питьевую воду.
Основной причиной поступления нитратов в поверхностные и подземные воды является миграции компонентов удобрений в почвах.
Употребление воды с высоким содержанием нитратов приводит к развитию метгемоглобинемии - состояния, характеризующегося появления в крови повышенного значения метгемоглобина (>1%), нарушающего перенос кислорода от легких к тканям. В результате отравления нитратами дыхательная функция крови резко нарушается и может начаться развитие цианоза - синюшней окраски кожи и слизистых оболочек.
Кроме того, рядом исследований показано негативное влияние нитратов на усвоение йода в организме и концерогенный эффект продуктов их взаимодействия с различными веществами человеческого организма.

Жесткость воды.
Жесткость воды в основном определяется концентрацией в ней ионов кальция и магния.
Существует мнение, что жесткая вода не несет опасности для здоровья потребителей, но это противоречит выводам многолетних исследований одного из крупнейших специалистов по проблемам питания американскому исследователю Полю Брегу. Он считает, что ему удалось установить причину раннего старения человеческого организма. Причиной этого является жесткая вода. По мнению Поля Брега, соли жесткости «зашлаковывают» кровеносные сосуды так же, как и трубы, по которым протекает вода с высоким содержанием солей жесткости. Это приводит к снижению эластичности сосудов, делая их хрупкими. Особенно это проявляется в тонких кровеносных сосудах коры головного мозга, что по мнению Брега, приводит к старческому маразматизму пожилых людей.
Жесткая вода создает целый ряд бытовых проблем, вызывая образование осадков и налетов на поверхности трубопроводов и рабочих элементах бытовой техники. Эта проблема особенно актуальна для приборов с нагревательными элементами - водогрейных котлов (бойлеров), стиральных и посудомоечных машин.
При использовании жесткой воды в быту слой отложений солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях постоянно растет, в результате чего снижается эффективность теплопередачи и увеличивается расход тепловой энергии на нагрев. В отдельных случаях возможен перегрев рабочих элементов и их разрушение.

Природные воды классифицируют по ряду признаков, простейший из них - солесодержание воды: пресная вода - солесодержание до 1 г/дм 3 ; солоноватая - 1- 10 г/дм 3 ; соленая - более 10 г/дм 3 . У речных и подземных вод солесодержание изменяется от 50 - 200 до 1500 - 2000 мг/дм 3 . Наибольшее количество растворенных примесей содержат воды океанов и морей, г/дм 3: Балтийского моря - 11, Каспийского - 13, Черного - 19, Атлантического океана - 36.
Воды классифицируют также по преобладающему аниону на гидрокарбонатные, хлоридные и сульфатные. Пресные воды относятся обычно к гидрокарбонатному классу, так как содержание гидрокарбонатов кальция и магния в них достигает 60 - 70%.
Примеси природных вод по степени дисперсности (крупности) подразделяют на истинно-растворенные (ионно-или молекулярно-дисперсные), распределенные в воде в виде отдельных ионов, молекул; коллоидно-дисперсные с размером частиц от 1 до 100 нм; грубо-дисперсные с размером частиц более 100 нм (0,1 мкм). Данная классификация носит условный характер. Грубодисперсные примеси воды, называемые также суспензиями или взвешенными веществами с частицами размером порядка нескольких микрометров, проявляют свойства, аналогичные коллоидным системам, и их часто объединяют под общим название микрогетерогенных систем.
Коллоидные примеси представляют собой агломераты из большого числа молекул с наличием поверхности раздела между твердой фазой и водой. Из-за малых размеров коллоидные частицы не теряют способности к диффузии и обладают значительной удельной поверхностью. Например, если кубик вещества объемом 1 см 3 раздробить на более мелкие кубики с длиной ребра 10 нм, то число таких кубиков составит 1018 шт. с общей площадью поверхности 600 м 2 . Коллоидные частицы не выделяются из воды под действием силы тяжести, не задерживаются обычными фильтрующими материалами (песком, фильтровальной бумагой) и различимы в рассеянном свете (конус Тиндаля). В природных водах в коллоидно-дисперсном состоянии находятся различные производные кремниевой кислоты и железа, органические вещества- продукты распада растительных и животных организмов.
Грубодисперсные примеси (так называемые взвешенные вещества) имеют столь большую массу, что практически не способны к диффузии. С течением времени устанавливается определенное диментационное равновесие, и примеси либо выпадают в осадок, либо всплывают на поверхность (при плотности частиц меньше плотности воды).
Длительно оставаясь во взвешенном состоянии, грубодисперсные примеси обусловливают мутность воды. Чем больше размер частиц грубодисперсных примесей, тем быстрее устанавливается седиментационное равновесие и тем легче выделяются они из воды при отстаивании или фильтровании. Так скорость отстаивания частиц песка и ила размерами 100 и 20 мкм составляет в неподвижной воде при 10 o С соответственно около 7 и 0,4 мм/с.
По химическому составу примеси природных вод можно разделить на два типа: минеральные и органические.
К минеральным примесям воды относятся растворенные в ней содержащиеся в атмосфере газы N 2 , O 2 , CO 2 , образующиеся в результате окислительных и биохимических процессов NH 3 , CH 4 , H 2 S, а также газы, вносимые сточными водами; различные соли, кислоты, основания, в значительной степени находящиеся в диссоциированной форме, т.е. в виде образующих их катионов и анионов.
К органическим примесям природных вод относят гумусовые вещества, вымываемые из почв и торфяников, а также органические вещества различных типов, поступающие в воду совместно с сельскохозяйственными стоками и другими типами недостаточно очищенных стоков.
______________
* Текст приводится по изданию:
А.С.Копылов, В.М.Лавыгин, В.Ф.Очков, "Водоподготовка в энергетике"
(М., Издательство МЭИ, 2003 г.)