Качество воды

Природная вода представляет собой довольно сложную дисперсную систему, содержащую множество разнообразных органических и минеральных примесей.

 Часть примесных соединений может  быть растворено в воде (на практике вода представляет собой водный раствор различных веществ), определяя ее химический состав, а часть может находиться в нерастворенном виде (частицы более 10-3 мкм) образуя гетерогенную дисперсную систему. Все эти примеси радикальным образом сказываются на свойствах воды (физических и химических) и определяют ее качество. Под качеством здесь следует понимать пригодность воды для применения в различных областях - вода технического назначения, вода, используемая для питья и приготовления пищи, для аналитических или различных технологических операций.

Особо следует отметить, что воды в абсолютном виде получить еще никому не удавалось, поэтому вопрос состоит лишь в том, насколько чистая вода нам необходима для применения ее в тех или иных целях и концентрация каких примесей носит критическое значение.

Для удобства классификации  примесей природной воды разделим их по фазовому признаку:

  • Нерастворенные - частицы размером более 10-3 мкм, называемые иногда, механическими примесями могут быть не всегда заметны невооруженным глазом.
  • Растворенные - вещества не образующие в водном растворе границы раздела фаз. Размер из частиц, как правило, менее 10-3 мкм.

К нерастворенным примесям можно отнести следующие компоненты:

  • Примеси размером более 0,1 мкм - планктон, водоросли, микроорганизмы, твердые включения различной природы, образующие грубодисперсные системы - суспензии (взвеси, эмульсии), определяющии мутность воды.
  • Частицы размером 0,01 - 0,1 мкм - вирусы, коллоидные системы и высокомолекулярные соединения, обуславливающие цветность и окисляемость воды.

К растворенным примесям относятся:

  • Молекулярно-рстворенные вещества размером 0,001-0,01 мкм - растворимые в воде газы и органические вещества придающие воде запах и привкус.
  • Электролиты - вещества диссоциированные на ионы - размером менее 0,001 мкм - соли, кислоты, основания, придающие воде щелочность, кислотность, жесткость, минерализованность и определяющие ее электропроводные свойства.

Для определения качественного состава воды применяют следующие основные параметры:

  • Содержание взвешенных веществ (мутность и прозрачность)
  • Солесодержание (сухой остаток, общая минерализация)
  • Концентрация водородных ионов (рН)
  • Жесткость (общая и ее составляющие)
  • Щелочность (общая и составляющие)
  • Обжелезненность (общее содержание железа и его составляющие)
  • Содержание органических веществ.
  • Содержание коррозионно-активных газов (кислород и углекислый газ)
  • Содержание сероводорода
  • Микробиологические показатели

 

Содержание взвешенных веществ - характеризует загрязненность воды твердыми макро- и микрочастицами. Количество их в литре воды обычно отражают в мг/л.

Для определения содержания в воде взвешенных частиц производят фильтрование 1 л анализируемой воды через плотный бумажный фильтр, который затем высушивается при температуре 105-110оС до постоянного веса.

Косвенным, но более экспрессивным способом, является определение взвешенных частиц оптическими методами - нефелометрическим, по прозрачности, мутности воды по сравнению с эталоном.

Солесодержание - представляет собой сумму концентраций растворенных минеральных солей и органических веществ, выраженное в мг/л.

Сухой остаток - определяют выпариванием 1 л предварительно профильтрованной пробы воды и высушиванием остатка при 105-110оС до постоянного веса. В сухой остаток не входят взвешенные вещества, растворенные в воде газы и летучие вещества. Если сухой остаток прокалить при 800оС, вес его уменьшится и получится прокаленный  остаток. Уменьшение веса получается вследствие сгорания органических веществ и разложения карбонатов.

 

Концентрация водородных ионов (рН) - один из важнейших показателей качества воды для  определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Если рассматривать воду без примесей, то физическая сущность рН может быть описана следующим образом. Вода, хотя и весьма незначительно, - приблизительно одна миллионная часть молекул - диссоциирует (распадается) на ионы водорода H+ и гидроксила ОН- по уравнению:

Н2О= H+ + ОН-

Но такое же количество молекул воды одновременно снова образуется. Следовательно, состав воды при определенной температуре и в отсутствие примесей не изменяется.

КW = [H+] [ОН-] =10-14.

Произведение концентраций этих ионов есть величина постоянная и называется ионным произведением воды - Кw. Так как распадается незначительное количество молекул воды, то концентрация ионов Н+ и ОН- малы, тем более мало их произведение. При температуре 24,8°С Кw = 10-14. Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение гидроксидионов и наоборот. Для нейтральной среды [H+]=[ОН-]= 10-7. Для оценкикислотности и щелочности средыудобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем рН. Он равен десятичному логарифму концентраций водородных ионов, взятому с обратным знаком. pH = -lg[H+]. Если в воде растворено какое-либо вещество,которое само источник ионов H+ и ОН- (примеры:кислоты НСl, H2SO4, HNO3 и др.; щелочи: NaOH,KaOH, Ca(OH)2 и др.), то концентрации ионов H+ и ОН- не будут равны, но их произведение КW будет постоянно.

Жесткость воды - является одним из наиболее важных показателей качества воды.

Общая жесткость воды - Жо равна сумме концентраций в ней катионов кальция и магния и выражается в системе СИ в моль/л, однако общепринятая концентрация в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л).

В общем случае жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов - и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния - общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция (особенно на севере России) и других щелочноземельных металлов. По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом. В России жесткость воды выражают в ммоль/л. В жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, образование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически - до 530. Но, конечно, основные неприятности - от накипеобразования. По значению общей жесткости природные воды делят на группы:

 

Группа воды

Жесткость

ммоль/л

Очень мягкая до 1,5
Мягкая более 1,5 но менее 4,0
Средней жесткости более 4,0 но менее 8,0
Жесткая более 8,0 но менее 12,0
Очень жесткая более 12,0

 

Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная - в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, рН которых обычно < 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды. Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

 

Обжелезненность - содержание в воде железа Fe (общее мг/дм3) и покомпонентно (Fe2+ и Fe3+).

Железо растворено в воде в виде солей двухвалентного и трехвалентного железа.

Железо находится в воде в следующих формах:

  • двухвалентное - растворенное в виде ионов Fe2+;
  • трехвалентное (хотя хлориды и сульфаты Fe3+ хорошо растворимы в воде, ионы Fe3+ полностью гидролизуются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)3, который находится в виде взвеси или осадка);
  • органическое железо (находится в виде различных растворимых комплексов с природными органическими кислотами (гуматов), имея, как правило, коллоидную структуру);
  • бактериальное железо - продукт жизнедеятельности железобакте­рий (железо находится в их оболочке).

В подземных водах присутствует, в основном, растворенное двух­валентное железо в виде ионов Fe2+. Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах водо- распределения при контакте воды с поверхностью труб.

В поверхностных водах железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав органических комплексов и железобактерий.

Органические вещества - Спектр органических примесей очень широк:

группа растворенных примесей: гуминовые кислоты и их соли - гуматы натрия, калия, аммония; некоторые примеси промышленного происхождения; часть аминокислот и белков;

группа нерастворенных примесей: фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли - гуматы кальция, магния, железа; жиры различного происхождения; частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области. Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2-, NO2- , но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше. В подземных водах (артезианских) это соотношение - обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально. Если содержание указанных восстановителей суммарно меньше 0,1 ммоль/л, то ими можно пренебречь, в иных случаях нужно вносить соответствующие поправки. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

Окисляемость перманганатная измеряется мгО2/л, если учитывается масса иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnО4/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики».  Окисляемость бихроматная, мгО/л, называемая также химической потребностью в кислороде (ХПК), - показатель, дающий более правильное представление о содержании в воде органических веществ, так как при определении ХПК окисляется около 90% органических примесей, а при определении перманганатной окисляемости - 30-50%. В англоязычной литературе ХПК обозначают термином COD (Chemical Oxygen Demand), в немецкой литературе - CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf).

При анализе ХПК наиболее надежные результаты получаются при ХПК = 300-600 мгО/л. При этом анализе окисляются ионы Br-, J-, NO2-, некоторые соединения серы и др.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК5, БПКполн), мгО2/л. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) - показатель, определяемый при окислении «органики» природных вод не химическими веществами, а биохимическими воздействиями в аэробных условиях. Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток - БПК5, и, как правило, этот показатель в поверхностных водах находится в пределах 0,5-4,0 мгО2/л.

При определении БПК5 (температура воды 20°С, рН=6-8, обеспечен достаточный доступ кислорода к пробе воды) окисляется примерно 70% легкоокисляющихся органических веществ, за 10-20 сут - соответственно 90 и 99% (как правило, но не всегда). Поэтому, когда определяют БПКполн, имеют в виду, что процесс окисления длится 15-20, в редких случаях - до 35 сут.

 

Общий органический углерод - (ООУ, по зарубежным источникам - ТОС,Total Organic Carbon) - достаточно надежный показатель содержания в воде органических веществ, в среднем численно равный 50% массы органических веществ. В природных поверхностных водах значения органического углерода могут колебаться от 1 до 20 и даже до нескольких сотен мг/л (в болотистых водах).

x Товар добавлен в корзину.
x На складе недостаточно товара.
Яндекс.Метрика