Примеси природных вод и показатели качества воды

2.1. Основные положения

Различают воду атмосферную, поверхностную, грунтовую и морскую.

Атмосферная вода содержит, кроме газов (кислорода, азота и углекислоты), поглощаемых ею из воздуха, органические и неорганические вещества, количество и состав которых зависят от характера атмосферы. Общее солесодержание обычно не превышает 50 мг/кг, а содержание в ней накипеобразующих веществ ничтожно. Использование атмосферной воды для технических целей ограничивается трудностью сбора ее в значительных количествах.

Воды поверхностная, грунтовая и морская являются более минерализованными, чем атмосферная вода, и в большинстве случаев не могут непосредственно, без предварительной обработки, применятся для технических целей. Поверхностные воды обогащаются растворенными веществами в результате контакта с различными горными породами. Просачиваясь через верхние слои почвы, представляющие собой мелкозернистые породы, вода освобождается от механических примесей, но одновременно обогащается солями, газами и органическими веществами, представляющие собой продукты разложения растительных и животных организмов.

Поверхностными водами лучше всего растворяются и другие легкорастворимые соли. Обогащение природных вод трудно растворимыми карбонатами кальция CaCO₃, магния MgCO₃ и железа происходит не путем прямого растворения, а благодаря следующим химическим реакциям, которые протекают при наличии в воде свободной углекислоты:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ ® Ca (HCO₃)₂ ® Ca²⁺ + 2 HCO ; (1)

MgCO₃ + H₂O + CO₂ ® Mg (HCO₃)₂ ® Mg²⁺ + 2 HCO ; (2)

FeCO₃ + H₂O + CO₂ ® Fe (HCO₃)₂ ® Fe²⁺ + 2 HCO . (3)

В результате этих реакций образуются легкорастворимые в воде двууглекислые соединения – бикарбонаты кальция, магния, железа, диссоциирующие на катионы и анионы . Так как углекислые соли кальция и магния встречаются весьма часто в виде различных пород, например известняков, меловых отложений и доломитов, то бикарбонаты кальция и магния содержатся почти во всех природных водах в тех или иных количествах.

Коренные горные породы, представляющие собой сложные силикаты и алюмосиликаты (граниты, кварцевые породы и т.п.), почти нерастворимы в воде и лишь при продолжительном воздействии на них воды, содержащей органические кислоты, они, подвергаясь разрушению, образуют растворимые в воде силикаты.

Подземные воды, выходящие на поверхность из артезианских скважин, родников и ключей, называют грунтовыми. Грунтовые воды обычно бывают прозрачными, практически не содержащими механических и коллоидных примесей, от которых они освобождаются в процессе фильтрации через толщу грунта. Но при прохождении через грунт вода насыщается различными растворимыми веществами, вследствие чего солесодержание грунтовых вод, как правило, выше, чем поверхностных. Из природных вод наиболее минерализованными являются воды океанов, открытых морей и соленых озер.

Кроме того, с промышленными сточными водами в источники водоснабжения могут попадать свободные кислоты и щелочи, соединения меди, свинца, цинка, алюминия, а также органические соединения: фенолы, эфирные масла, нефтяные продукты и т.п.

2.2.Примеси, загрязняющие природные воды

Все примеси, загрязняющие природную воду, можно по степени дисперсности разделить на три группы:

1) грубодисперсные с размерами частиц больше 100 нм;

2) коллоиднодисперсные с размерами частиц от 1 до 100 нм;

3) молекулярнодисперсные с размерами частиц менее 1 нм (10^{-9 м).}

Грубодисперсные вещества, обуславливающие мутность природных вод и являющиеся механическими примесями, состоят из песка, глины и других частиц минерального и органического происхождения, которые смываются с верхнего покрова земли дождями или талыми водами, а также попадают в воду в результате размыва русла рек.

Коллоиднодисперсные вещества по размерам частиц занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярнодисперсными. Они свободно проходят через бумажный фильтр, но не проникают через ультрапоры животных и растительных мембран. Коллоидные частицы не осаждаются даже в течение весьма длительного времени. В природных водах в коллоиднодисперсном состоянии находятся соединения кремния, алюминия, железа, а также органические вещества, образующиеся в результате распада животных и растительных организмов.

К молекулярно и ионодисперсным веществам относятся растворенные в воде соли, кислоты, щелочи и газы. В подавляющем большинстве случаев состав природных вод определяется следующими ионами:

.

Остальные ионы:

и др. – обычно содержатся в природных водах в незначительных количествах, хотя иногда существенно влияют на свойства воды.

Реакция раствора выражается показателями или , каждый из которых является отрицательным логарифмом соответствующего иона. В нейтральной среде . Кислая среда характеризуется неравенством , а щелочная .

Наиболее распространенными в природных водах газами являются азот, кислород и углекислый газ, из которых последние два являются коррозионно-агрессивными. Растворимость газов в воде зависит от температуры и парциального давления данного газа над ней.

2.3. Показатели качества воды.

Важнейшими показателями качества воды, определяющими пригодность ее использования на тепловых электростанциях, являются содержание взвешенных веществ, сухой остаток, общая жесткость и ее составляющие, общая щелочность и ее составляющие, окисляемость, концентрация водородных ионов и содержание коррозионно-агрессивных газов и . Для получения более полной качественной характеристики воды дополнительно определяют содержание в ней катионов кальция, натрия и магния, анионов хлора, карбонатных, сульфатных и силикатных, а также соединений железа и алюминия, выраженных в виде суммы их «полуторных» окислов.

Содержание взвешенных веществ выражается в миллиграммах на килограмм (мг/кг).

Сухим остатком воды называется суммарное количество растворенных в ней нелетучих молекулярнодисперсных и коллоидных веществ минерального и органического происхождения, выраженное в мг/кг.

Жесткость воды является одним из наиболее важных показателей качества воды, используемой на тепловых электростанциях. Общая жесткость воды Ж_о равна сумме концентраций в ней катионов кальция (кальциевая жесткость Ж_Са) и магния (магниевая жесткость Ж_Mg) и выражается в миллиграмм-эквивалентах на килограмм (мг-экв/кг) или в грамм-эквивалентах на тонну (г-экв/т) при измерении больших жесткостей и в микрограмм-эквивалентах на килограмм (мкг-экв/кг) при измерении малых жесткостей.

Общая жесткость воды подразделяется на карбонатную и некарбонатную.

Карбонатная жесткость воды Ж_к в основном обуславливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния Са(НСО₃)₂ и Мg(НСО₃)₂, так как карбонаты кальция и магния СаСО₃ и МgСО₃ малорастворимы в воде.

Некарбонатная жесткость воды Ж_нк обуславливается наличием в воде хлоридов, сульфатов и других некарбонатных солей кальция и магния: СаСl₂, MaCl₂, СaSO₄, MgSO₄, CaSiO₃, MgSiO₃ и др.

Таким образом, общая жесткость воды равна сумме кальциевой и магниевой жесткостей, с одной стороны, и сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей с другой.

По величине общей жесткости природных вод установлена следующая классификация: Ж_о < 1,5 мг-экв/кг – жесткость малая; Ж_о = 1,5 ÷ 3,0 мг-экв/кг – средняя; Ж_о = 3,0 ÷ 6,0 мг-экв/кг – повышенная; Ж_о = 6,0 ÷ 12,0 мг-экв/кг – высокая; Ж_о > 12 мг-экв/кг – очень высокая.

Общей щелочностью воды Щ_о называется выраженная в мг-экв/кг суммарная концентрация содержащихся в воде анионов ОН^-, НСО , СО , РО , HSiO , SiO и некоторых солей слабых органических кислот (гуматов).

В природных водах щелочность обуславливается обычно присутствием бикарбонатов, гидратов и гуматов. В зависимости от анионов, обуславливающих щелочность, различают:

а) гидратную щелочность Щ_г, обусловленную концентрацией в воде гидроксильных ионов ОН^-;

б) карбонатную щелочность Щ_к, обусловленную концентрацией в воде карбонатных ионов СО ;

в) бикарбонатную щелочность Щ_б, обусловленную концентрацией бикарбонатных ионов НСО .

В простейшем случае при отсутствии в воде фосфатного и других анионов слабых кислот общая щелочность может состоять только из гидратной щелочности; из суммы гидратной и карбонатной щелочностей; только из карбонатной щелочности; из суммы карбонатной и бикарбонатной щелочностей; только из бикарбонатной щелочности.

Органические вещества. Непосредственное определение концентрации органических веществ в воде практически невозможно, поэтому содержание их принято характеризовать косвенным путем, определяя окисляемость воды с применением в качестве окислителя марганцовокислого калия КМпО₄ (перманганат калия) в кислой среде.

2.4. Биологические показатели качества воды.

В некоторых случаях на ТЭЦ приходится готовить воду питьевого качества. Вода - среда для развития многочисленных форм вирусов, бактерий, простейших и сложных организмов.

Для определения чистоты воды в качестве критерия выбрана кишечная палочка. Она отмирает в воде медленней многих болезнетворных бактерий, поэтому уничтожение кишечных палочек в процессе обеззараживания воды гарантирует в значительной мере отсутствие болезнетворных бактерий.

В поверхностных водоемах находится также большое количество водорослей и микроорганизмов. Питьевая вода не должна содержать живых и мертвых планктонных организмов, продуктов обмена веществ и распада клеток этих организмов. Эта задача осложняется при «цветении воды». Применение воды содержащей планктон, затрудняет нормальное протекание процесса ее обработки для промышленного использования.

2.5. Примеси сточных вод ТЭС.

При эксплуатации ТЭС образуются большие объемы сточных вод, загрязненных различными примесями. Это химические реагенты, нефтепродукты, масла, компоненты золы, шлака и т.п. На АЭС, кроме того, образуются радиоактивные водные отходы.

Удаление из сточных вод ТЭС вредных для здоровья веществ решается с помощью различных методов обработки воды. В основном это различные фильтры. Кроме этого существует биологический способ очистки сточных вод.

Поиск по сайту: