Рассмотрим химические показатели качества воды
Содержание растворённых солей
В природной воде встречаются наиболее чаще всего следующие соли:
а) сульфаты СаSO4, MgSO4;
б) хлориды NaCl, CaCl2, MgCl2;
в) силикаты СаSiO3, Na2SiO3;
г) гидрокарбонаты Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)2, NaHCO3;
д) нитраты Са(NO3)2, NaNO3 и др.
Считается, что вода является хорошего качества, если она содержит примерно 150 мг/л растворённых минеральных солей;
неудовлетворительного качества, если в ней находится более 1000 мг/л солей.
При определении содержания растворённых солей пользуются такими понятиями, как сухой и прокалённый остаток.
Жёсткость воды – обусловлена наличием в воде катионов солей щелочноземельных металлов Са2+, Mg2+ (реже Sr2+).
Различают жёсткость:
карбонатную - обусловлена солями Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2
некарбонатную – обусловлена наличием в воде солей типа: СаSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, Са(NO3)2 и др.
Карбонатную жёсткость называют так же временной жёсткостью, так как при кипячении в условиях атмосферного давления гидрокарбонаты превращаются в карбонаты с выделением углекислоты:
Са(НСО3)2 = СаСО 3 + Н2О + СО2
↓
Mg(HCO3)2→← MgСО3 + Н2О + СО2
MgCO3 +2HOH→← Mg(OH)2 + Н2CО3
В отличие от СаСО 3, MgСО3 растворим и почти не осаждается.
↓
Сумма карбонатной и не карбонатной жёсткости определяет общую жёсткость.
Жобщ = [Ca2+] + [Mg2+] [мг-экв/л]
20,04 12,16
20,04 и 12,16 – эквивалентная масса соответственно Са2+ и Mg2+ [мг/мг-экв]
Можно отметить, что жёсткость природных вод не является вредной для здоровья человека, а скорее наоборот, т.к. ионы Са2+ способствуют выводу из организма Сd2+- очень вредного и токсичного элемента, влияющего на сердечно-сосудистую систему.
Однако следует отметить, что повышенная жёсткость делает воду непригодной для хозяйственно-питьевых целей: > 7 мг-экв/л, в отдельных случаях до 10 мг-экв/л.
Почему необходимо удалять катионы жёсткости, например, в воде, которая используется для питания паровых котлов: т.к соли Са2+ и Mg2+ образуют накипь (состав: СаSO4, CaCO3, MgCO3, Mg(OH)2) на стенках котлов, что приводит к снижению теплопередающей способности металлической стенки и в конечном итоге ведёт к неэкономичной работе парового котла; кроме того в результате перегревов могут быть аварии.
Окисляемость воды – это количество кислорода, выраженное в мг/л, эквивалентное расходу окислителя (это может быть KMnO4 или K2Cr2O7), необходимого для окисления примесей воды в данном объёме.
Окисляемость обусловлена присутствием в воде природных органических веществ типа гуминовых и фульвокислот и некоторых легко окисляющихся неорганических примесей, таких как Fe (II), сульфиты Н2S, и др.
В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную (окислитель KМnO4) и бихроматную (окислитель K2Cr2O7) окисляемость.
Артезианские воды отличаются наименьшей окисляемостью ≈ 2 мг/л О2.
Окисляемость грунтовых вод зависит от глубины их залегания и находится в пределах ≈ 4 мг/л О2.
Воды озёр в среднем имеют окисляемость ≈ 5-8 мг/л О2.
Речные воды – до 60 мг/л О2
Окисляемость болотных вод может достигать до 400 мг/л О2
Сточные воды – сотни и тысячи мг/л О2
Для природных вод, используемых для хозяйственно-питьевых целей окисляемость лимитируется 5 мг/л О2
Внезапное повышение окисляемости воды, как правило, является следствием загрязнения её бытовыми или промышленными стоками.
Характерно, что окисляемость воды после её коагулирования, отстаивания и фильтрования снижается меньше, чем цветность воды.
Это может быть связано с наличием бесцветных органических веществ (искусственного происхождения).
Щёлочность воды (в мг-экв/л) определяется суммой содержащихся в воде веществ, способных взаимодействовать с сильными кислотами и определяется суммой анионов слабых кислот и гидроксильных ионов: угольной, кремниевой, а в водах с высокой цветностью щёлочность также зависит от содержания в воде гуматов.
Гуматы – это соли сложных органических кислот, гуминовых и фульвокислот, переходящих в воду из почв и ила.
Различают щёлочность бикарбонатную, карбонатную и гидратную.
Сумма вышеперечисленных видов щёлочности обусловливает общую щёлочность.
И так, щёлочность воды обусловлена наличием в воде:
бикарбонатов (или гидрокарбонатов):
Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2, NaHCO3
карбонатов:
СаСО3, MgСО3, Na2СО3
гидратов:
NaOH, Ca(OH)2
гуматов – солей гуминовых и фульвокислот. Это сложные органические кислоты, переходящие в воду из почв и ила.
В практике водоснабжения определение отдельных видов щёлочности производят с помощью специальных номограмм. При этом используется величина общей щёлочности и рН исследуемой воды.
Щёлочность является важным показателем качества воды, который учитывается при коагулировании воды.
Растворённые в воде газы – это О2, СО2, Н2S и N2 (азот): оказывают значительное влияние на свойства природной воды.
Так, О2, СО2, Н2S придают воде при определённых условиях коррозионные свойства по отношению к металлическим и бетонным трубопроводам.
Такие газы, как Н2S, СН4(болотный газ) влияют на органические свойства воды: придают воде неприятные привкусы и запахи.
СО2 – оказывает существенное влияние на процессы водообработки.
Углекислота (или растворённый СО2) встречаются во всех природных водах. Обычно в поверхностных водах.
содержание СО2 ~ до нескольких мг/л
содержание СО2 в подземных водах до сотен мг/л
Углекислота в водах может присутствовать в различных формах, каких именно:
· в виде свободной углекислоты, представляющий собой растворённый в воде СО2;
· в виде полусвязанной углекислоты, т.е в виде НСО3- (бикарбонат ионов);
· в виде связанной углекислоты, т.е в виде СО32- (карбонат ионов)
Присутствие той или иной формы углекислоты в сильной степени зависит от рН раствора (или природной воды).
Диаграмма форм углекислоты в зависимости от рН
Видно, что:
1. при рН меньше 4,5 НСО3- нет и вся углекислота находится в виде (СО2)своб.;
2. при рН = 8,4 – только в виде НСО3-;
3. при рН больше 10,5-11 в воде присутствуют в основном СО32-;
В водных растворах углекислых соединений наблюдается динамическое равновесие, которое называют основным углекислотным равновесием, которое характеризуется равновесными концентрациями:
2НСО3- →← СО32- + СО2 + Н2О (1)
Однако, есть много причин, в результате действия которых (1) может нарушаться.
Например:
а) при осуществлении процесса коагуляции примесей воды может происходить значительное нарушение (1) т.к. при введении 1 мг/л б/в коагулянта дополнительно образуется 0,8 мг свободной СО2. и наоборот.
б) при нагревании воды и при продувании через воду воздуха, происходит нарушение (1), т.к. СО2 удаляется из воды.
Сейчас нас интересует случай, когда ССО2общ > ССО2равн. То количество СО2, которое соответствует разнице между общей свободной и равновесной кислотой называют агрессивной углекислотой (А. СО2).
А СО2
1) растворяет защитную карбонатную плёнку на стенках трубопроводов;
2) разрушает бетон;
3) катализирует ход элементов химической коррозии Ме.
Как правило, в поверхностных водах присутствие А СО2 практически исключено. И, напротив, в подземных водах оно бывает значительным.
Таким образом, в зависимости от (1) природная вода может быть:
1. стабильной – в равновесии
2. агрессивной раств. СО32-
3. не стабильной – выд. СО32-
Сероводород – в природных водах встречается
1. в связи с распадом органических соединений – при этом выделяется Н2S;
2. в связи с растворёнием в воде неорганических солей – серного колчедана, чипса и др.
Также в поверхностных водах Н2S очень мало, в основном в природных солях воды.
В подземных водах Н2S может встречаться до нескольких десятков мг/л.