Cостав примесей природных вод

Природная вода представляет собой многокомпонентную динамичную систему, в состав которой входят газы, минеральные и органические вещества, находящиеся в ис­тинно растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях, а также микроорганизмы.

Из растворенных газов в природных водоисточниках чаще всего присутствуют кис­лород, азот, углекислый газ, реже - сероводород, метан и др.. Количественное содержа­ние газов в воде во многом зависит от их природы, парциального давления, температу­ры, состава водной среды и других факторов.

Содержащийся в воде растворенный кислород поступает из атмосферного воздуха, а также образуется в результате фотосинтеза водорослями органических веществ (угле­водов) из неорганических (угольной кислоты, воды). Содержание кислорода в воде уменьшается вследствие процессов окисления органических веществ и потребления его живыми организмами при дыхании. Растворимость кислорода в воде обусловлена тем­пературой и давлением. Резкое уменьшение содержания кислорода в воде по сравнению с нормальным свидетельствует о ее загрязнении, а также способствует усилению корро­зии металла котлов, теплообменной аппаратуры, теплосетей и водопроводных труб. При повышенном содержании кислорода в воде, наоборот, вследствие пассивации по­верхности за счет образования оксидных пленок возможно устранение коррозии.

Присутствие в природных водах растворенного углекислого газа, являющегося ан­тидридом очень слабой угольной кислоты, обусловлено биохимическими процессами окисления органических веществ в водоемах, в почве, а также дыханием водных орга­низмов и выделением его при геохимических процессах. В природных водах угольная кислота встречается в форме недиссоциированных молекул Н₂С0₃, растворенного угле­кислого газа С0₂, гидрокарбонатных НС0₃^- и карбонатных С0₃^2- ионов. В поверхност­ных водах содержание свободной угольной кислоты (определяемое в основном раство­римостью углекислого газа из воздуха) незначительно (до 20 мг/л). В подземных водах ее концентрация достигает 120 мг/л и более.

Повышенное содержание свободной угольной кислоты в воде обычно наблюдается после очистки воды коагуляцией, поскольку при реакции гидрокарбонатов с кислотой, образующейся при гидролизе коагулянтов (сульфата алюминия и хлорида железа), вы­деляется около 80 мг углекислого газа на 100 мг коагулянта.

Наличие в воде свободной (агрессивной) угольной кислоты вызывает коррозию же­лезобетонных конструкций, приводит к растворению карбонатной пленки на поверхно­сти труб и оборудования, ухудшает работу очистных сооружений в результате усилен­ного зарастания отстойников сине-зелеными водорослями.

Сероводород 

Сероводород встречается в основном в подземных источниках, образуясь в резуль­тате процессов восстановления и разложения некоторых минеральных солей (гипса, серного колчедана и др.). В поверхностных водах он почти не встречается, так как лег­ко окисляется. Появление его в поверхностных источниках может быть следствием проте­кания гнилостных процессов и сброса неочищенных сточных вод. Наличие в воде серово­дорода (иногда до 20-40 мг/л) придает ей неприятный запах, интенсифицирует процессы коррозии трубопроводов и вызывает их зарастание вследствие развития серобактерий.

Появление азота в природных водах связано с поглощением его из воздуха, восста­новлением соединений азота динитрифицирующими бактериями и разложением орга­нических остатков. Растворимость азота в воде значительно меньше, чем кислорода, од­нако в связи с высоким парциальным давлением азота в воздухе в природных водах его больше, чем кислорода.

Метан

Метан чаще всего встречается в подземных водах. Его появление связано с процес­сом разложения микробами клетчатки растительных остатков. В поверхностные воды метан может попадать в результате сброса неочищенных сточных вод.

Взвешенные вещества

Взвешенные вещества попадают в воду в результате смыва твердых частиц верхне­го покрова земли дождями или талыми водами во время весенних и осенних паводков, а также в результате размыва русел рек. Наименьшая мутность водоемов наблюдается зимой, когда они покрыты льдом, наибольшая - весной в период паводка, а также летом вследствие выпадения дождей, таяния снега в горах и развития мельчайших плавающих живых организмов и водорослей. Повышение мутности может быть вызвано также вы­делением из воды некоторых карбонатов, окислением соединений двухвалентного желе­за кислородом воздуха, сбросом неочищенных производственных сточных вод и т.д.

Наличие в воде взвешенных веществ препятствует использованию ее для хозяйст­венно-питьевых целей, в теплоэнергетике, на заводах по приготовлению пищевых про­дуктов, при производстве бумаги, тканей, кинопленки и пр.

Органические вещества

Самыми значительными поставщиками органических веществ в природную воду являются почвенный и торфяной гумус, продукты жизнедеятельности и разложения растительных и животных организмов, сточные воды бытовых и промышленных пред­приятий. Для технологии очистки воды наибольший интерес представляют гумусовые вещества, разделяемые на гуминовые, ульминовые, креновые, апокреновые (фульвокис- лоты) и другие кислоты, а также их растворимые в воде соли.

Гуминовые и апокреновые кислоты могут находиться в почве в свободном состоя­нии, в виде солей с катионами щелочных и щелочноземельных металлов, комплексных и внутрикомплексных соединений с железом, алюминием, марганцем, медью и, нако­нец, в виде адсорбционных органо-минеральных соединений.

Для водоемов особую опасность представляют сточные воды, в составе которых есть белки, жиры, углеводы, органические кислоты, эфиры, спирты, фенолы, нефть и др.

Степень окраски природных вод, выражаемая в градусах платиново-кобальтовой шкалы, называется цветностью. Наибольшую цветность имеют природные воды рек и озер, расположенных в зонах торфяных болот и заболоченных лесов, наименьшую - в лесостепных и степных зонах.

Зимой количество органических веществ минимальное, однако в период половодья и паводков, а также летом в период массового развития водорослей - «цветения» водо­емов - оно повышается. Наличие в воде органических веществ резко ухудшает органо­лептические показатели воды, повышает цветность, вспениваемость, отрицательно дей­ствует на организм человека и животных.

В большинстве случаев состав природных вод определяется катионами Na⁺, К⁺, Са²⁺ и Mg²⁺и анионами НСО3^-, S0₄^2-, ChКатионы Н⁺, NH₄⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Al⁺ и др. и анионы ОН^-, С0₃²; N0₂^-, N0₃^- ; F^- ; Вr^-, В0₂^- , НР0₄^2- ,HS0₄^-, HSi0₃^-, HS^- и др. в природной воде содержатся в незначительных количествах, однако их влияние на свой­ства и качество воды иногда также очень велико.

По содержанию ионов в воде определяют степень ее минерализации (содержание солей):

М = ∑Кат + ∑Ан,                                                           

где М - общая минерализация воды, мг/л;

∑Кат - сумма катионов, мг/л;

∑Ан - сумма анионов, мг/л.

Степень минерализации подземных вод, разнообразных по химическому составу, зависит от условий залегания водоносного горизонта и колеблется от 100-200 мг/л до нескольких граммов на литр. В пресных артезианских водах преобладают катионы и анионы НС0₃^-. По мере повышения степени минерализации подземных вод возраста­ет относительное содержание ионов Na⁺, S0₄^2-, Cl^-.

Содержание солей в водах океанов и некоторых морей достигает 50 г/л и более (на­пример, содержание солей в воде Красного моря составляет около 42 г/л). Основными химическими примесями морских вод являются ионы Na⁺и С1^_, составляющие в сумме около 30 г/л. Содержание солей в водах внутренних морей значительно меньше. Напри­мер, в воде Каспийского моря содержится около 13 г/л растворенных солей, Черного - около 16 г/л, Балтийского - около 7,5 г/л.

Катионы Na⁺и К⁺ попадают в природные воды в результате растворения коренных пород. Так, большое количество ионов натрия поступает в воду в результате растворе­ния залежей поваренной соли. Преобладание катионов Na⁺над катионами К⁺ в природ­ных водах объясняется большим поглощением калия почвами и извлечением его из во­ды растениями.

Катионы Са²⁺ и Mg²⁺присутствуют во всех минерализованных водах. Их источни­ком являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. В маломинерализо­ванных водах больше всего катионов Са²⁺. С увеличением степени минерализации во­ды содержание ионов кальция быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же катионов магния в минерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах - нескольких десятков граммов на 1 л воды. Катионы Са²⁺ и Mg²⁺обу­словливают жесткость воды. Хотя они и не приносят особого вреда организму, однако наличие их в воде в большом количестве нежелательно, поскольку такая вода непригод­на для хозяйственных нужд. В жесткой воде увеличивается расход мыла при стирке бе­лья, медленно развариваются мясо и овощи. Жесткая вода непригодна и для систем обо­ротного водоснабжения, для питания паровых котлов и использования во многих отрас­лях промышленности.

Катионы Fe²⁺, Fe³⁺, Мn²⁺ в истинно растворенном состоянии находятся в очень не­больших концентрациях. Большая часть железа и марганца в природных водах содер­жится в виде коллоидов и суспензий. В подземных водах соединения железа и марганца преобладают в виде гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов, в поверхностных - в виде органических комплексных соединений (например, гуминовокислых) или в виде тонкодисперсной взвеси.

Соединения азота

Соединения азота встречаются в природной воде в виде катионов аммония, нитритных и нитратных анионов. Появление этих анионов в природных водах связано разложением различных сложных органических веществ животного и растительного происхождения, а также с разложением белковых веществ, попадающих в водоемы бытовыми сточными водами.

Содержание кремния в природных водах в пересчете на Si0₃^2- обычно достигает 0,6-40 мг/л и лишь в отдельных случаях может повышаться до 65 мг/л. Кремниевая кис­лота не вредна для здоровья, однако повышенное содержание ее в воде делает воду не пригодной для питания паровых котлов из-за образования силикатной накипи.

Наличие в воде более 500 мг/л сульфатов или 350 мг/л хлоридов придает ей соло­новатый привкус и приводит к нарушению деятельности желудочно-кишечного тракта у людей. Вода с большим содержанием хлорид- и сульфат-ионов имеет также повышен­ную коррозионную активность, более высокую некарбонатную жесткость, разрушающе действует на железобетонные конструкции.

Соединение фосфора

Соединения фосфора встречаются в природных водах в небольших количествах в виде НР0₄²" иона и органических комплексов ортофосфорной кислоты или в виде взве­шенных частиц органического или минерального происхождения.

В природных водах в очень малых количествах содержатся ионы F^-, Вr, В0₂^- и др. Эти микроэлементы значительно влияют на здоровье человека.

Катионы Pb²⁺, Cu²+, Sr²⁺, Zn²⁺, Se²⁺,As³⁺, As⁵⁺и многие другие, относящиеся к ядо­витым, в природных водах в естественном состоянии встречаются, как правило, в незна­чительных количествах и попадают в них в больших количествах в результате сброса неочищенных бытовых и промышленных сточных вод.

При обнаружении в воде нескольких токсичных веществ (за исключением фтори­дов, нитритов и радиоактивных) сумма их концентраций, выраженная в долях от макси­мально допустимых концентраций каждого вещества в отдельности, не должна превы­шать 1. Расчет ведется по формуле

с₁/C₁+c₂/C₂+...c_n/C_n

где с₁,с₂, с_n - обнаруженные концентрации, мг/л;

С_1, С₂, ..., С_n - максимально допустимые концентрации, мг/л.

Природные воды населяет огромное количество микро- и макроорганизмов живот­ного и растительного происхождения: вирусы, бактерии, простейшие, водоросли, выс­шие растения и животные, которые также существенно влияют на физико-химический состав воды.

Вернуться к списку