Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В естественных условиях вода не встречается в химически чистом состоя­нии. В процессе круговорота в природе вода, соприкасаясь с воздухом, воч — вой, осадочными и изверженными породами, насыщается различными приме­сями, растворимыми и нерастворимыми веществами. Одновременно в ней могут появляться растительные и животные организмы, а также продукты их разложения.

Состав и концентрация примесей в воде (поверхностной и подземной) в раз­личных точках земной поверхности разнообразны. Можно считать, что волы> текущие по поверхности, в большинстве мало минерализованы, не содержат взвешенные минеральные и органические примеси.

Поверхностные воды содержат 80 % карбонатов, 13 % сульфатов и 7 % хло­ридов, а морские воды — 89 % хлоридов, 10 % сульфатов и 0,2 % карбонатов.

Подземные воды отличаются от поверхностных более высокой минерализа­цией, отсутствием взвешенных веществ (минеральных и органических), на­личием (во многих случаях) газов, постоянной температурой (в пределах 5- 12 °С).

Основной причиной обогащения речной воды растворенными неорганичес­кими примесями являются грунтовое питание рек подземными источниками. Грунтовое питание носит гораздо более устойчивый характер, чем поверхнос­тный сток.

Вода имеет некоторое качество и обладает определенными свойствами. Под качеством воды понимается совокупность физических, химическим и бакте­риологических показателей, обуславливающих ее свойство и пригодность для использования в промышленном производстве, быту и т. п. Под свойством воды следует понимать отличительную особенность, проявляющуюся при опреде­ленном качестве ее и условиях, например, солевые отложения, вызывать кор­розию металла и т. п.

Плотность чистой воды при 35 °С и атмосферном давлении — 999 кг/м3. С увеличением концентрации примесей плотность воды возрастает. Морская вода с концентрацией солсй 35 кг/мэ имеет среднюю плотность 1028 кг/м3 при 0 °С. Изменение еолесодержания иа 1 кг/м3 изменяет плотность на 0,8 кг/м3.

Вязкость р воды с повышением температуры і уменьшается следующим об­разом:

/,° С…………… 0 5 10 15 20 25 30 35

ц-10“3, Па-с. 1,797 1,523 1,301 1,138 1,007 0,895 0,800 0,723

С увеличением еолесодержания вязкость воды повышается. Поверхностное натяжение Q воды при 18 °С составляет 73, при 100 °С — 52,5 мН/м. Теплоем­кость воды при 0 °С составляет 4180 дж/(кг-°С), а при 35 °С достигает мини­мума. Теплота плавления при переходе льда в жидкое состояние составляет 330 кДж/кг, теплота парообразования равна 2250 кДж/кг при атмосферном давлении и температуре 100 °С.

Вода — слабый проводник электрического тока: удельная электрическая проводимость при 18 °С равна 4,91 ] 01 См/м (4,41 10"8 1/Ом-см); диэлектри­ческая постоянная равна 80.

На рис. 3.1 приведена диаграмма состояний воды.

При наличии лишь одной фазы (лсд вода или пар) S = 2, так что можно произвольно менять как температуру, так и давление. Например, можно иметь пар при любой температуре и под любым давлением, если, только не перейде­на та граница, при которой наступает конденсация. На рис.3.1, область пара соответствует ограниченному участку плоскости, в пределах которого состоя-

Рнс. 3.1. Диаграмма состояний волы

"р№ЗВОЛЬНо1_МИшъ- Такая система с двумя степенями свободы ИВЯРИШШ10И — Ж М0ЖН° повторить относительно ВОДЫ и льда> іу из которых соответствует на диаграмме свой участок плоскости.

СИСТемы До“ло Д° границы раздела между участками, то НЯПІТРИМ і — ? ®~ТОр0Й 4)азЬ1, Например, при охлаждении пара псщ е а1’до начинается его конденсация, а при нагревании ль^ д д влением ат до О С~- плавление. Появление второй фазы уменьшаем число степеней свободы до ед швдда (5= 3 -/= з — 2). Теперь уже давление температура не могут бьто одновременно произвольно выбраны. Если две фаз^ находятся друг е другом в равновесии, то каждой температуре соответствуем свое давление, и наоборот. Состояния существования двух фаз обозначены «а рис.6 сплошными линиями; соответствующие им системы с одной степень^ свободы называются модавариантными. Кривая ОС называется геривой давле. ния насыщенного пара над жидкой водой, ВО ■— кривой плавления и АО кривой возгонки (сублимации) или кривой давления насыщенного пара льдом.

Все три кривые сходятся в точке О, іде три фазы сосуществуют в равное^ сии друг с другом. Появление третьей фазы уменьшает число степеней своб0ч ды до нуля ( у 3 — 3) т. е. трехфазная система может существовать лиіц^

при одной определенной совокупности температуры и давления (для BOflbj. +0,007600 °С и 0,457 мм. рт. ст.). Такая система называется нонвариантаой, ^ точка О—тройной точкой. Правило фаз доказывает, что в однокомпонентно^ системе три кривые сходятся именно в одной точке, но не могут пересекатьс^ так как в точке пересечения существовало бы четыре фазы, что, как уже гов^’ рилось выше невозможно.

Вода может существовать также в перегретом и переохлажденном состояни­ях; в последнем состояния может существовать и пар. Этим термодинамичес­ким неравновесным метастабильным (лабильным) состояниям, нарушаемым случайными внешними причинами, например, размешиванием соответству­ют свои линии раздела фаз (нарис. 3.1. — пунктир). К ним правило фаз непри­менимо, гак как оно относится лишь к равновесию.

Диаграмма состояния воды усложняется при переходе к высоким давлени­ям.

Для практических целей промышленного водоснабжения достаточным яв­ляется лабораторный контроль за физическими, химическими и бактериоло­гическими показателями воды.

Вода содержит целый ряд разнообразных примесей как органического, так и неорганического состава.

Если все примеси, загрязняющие воду, сформировать в іруппьі по их фи­зико-химическому состоянию и размеру (по дисперсности), то можно выде­лить четыре группы (табл.3.1).

В первую подгруппу входят взвеси довольно крупных частиц. В состав круп­ных взвесей входят частицы плохо растворимых глин, песок, планктон, карбо­натные породы, нерастворимые гидроокиси металлов и др. Такие взвеси неус­тойчивы и легко расслаиваются.

В состав второй подгруппы (тонкие взвеси) — суспензии (например, суспен­зии глины в воде), эмульсии (нефть в воде), пены, а также бактерии (в том числе болезнетворные). Эти суспензии более устойчивы и трудноразделимы по сравнению с первой подгруппой.

В состав второй группы входят коллоидные и высокомолекулярные соеди­нения (ВМС). К ним относятся: минеральные частицы гумусовых веществ,

Таблица 3.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИМЕСЕЙ ПРИРОДНЫХ ВОД Фазовая харак­теристика Гетерогенные системы (дисперсные системы) Лимитирующий показатель Группы 11 Пі JV Формы нахож­дения веществ Взвеси Коллоиды (золи), ВМС Молекулярные растворы Ионные рас­творы крупные гонгосе Размеры, мм Более Ю"$ 10 !-10 1 ш’-іо’ 10^-10 10 Менее Ю ’10 Примеси Устойчивость Суспензии, планктон Весьма неустойчивые Суспешии, эмульсии, пены, бактерии Неустойчивые Органо-минерапьные комплексы, гумусо­вые вещества, элек­тролитные растворы: белковые тексьц бактерии, вирусы Довольно устойчивые Газы, лету­чие вещества, органические вещества Устойчивые Соли, основания» кислоты Весьма устойчивые

которые придают воде окраску. К этой же группе могут ЙЫе Микроорганизмы, в том числе вирусы.

быть отнесены разят- газы и органические соеда- „.„.„г, гУМИНОВЫе и вуль

Тркгыо группу входят растворенные в воде газы и органические v~ ‘ ■ >тт’ как биологического происхождения, например, гуминовые и вульво — кивдоты, так и промышленного происхождения (фенолы и др.)- Эти вещества тоте®01- привкус и запахи, иногда окраску. Некоторые из них могут быть

1®’ппа объединяет вещества, диссоциирующие в воде на ионы. К пые Относятся С0ЛИ (Б ТОМ числе сопи жесткости), основания и кислоты, кото­рые присутствуют во всех водах.

ми зта^1ВЛЯеТ ИНТеРес 0РОследаь, какими обрагноосмотичесішми метода — СодєожаттЄЛН Могут ®ьпъ здаммы из водных растворов (рис. 3.2). извещенных жщееп’т! Х жщесш — Мутность. Количественное содержание совым способом КиВкВЗД! Может6ытьопределено или непосредственнове — ноии)воды. " осве1шо путем определения мутности (или прозрач-

ческих примесей, находящтс01^ Наличием в Ней различного рода механи­ки, илистых частиц органиче™пгВЗВЄШЄННОМ соаояНии’ частиц песка, гли — свойственна воде ПОВерхНОСТНыу ™ происх02КДевия и др. Мутность обычно рактера грунта диа и берегов рек ”°ЧНИков и главным образом рек. От ха — вымывания частиц грунта, увлекаеми™**10™ течения В°ДЫ зависит степень

тем больших размеров частицы могут увлекаться водой. При определенной скорости течения воды частицы поддерживаются во взвешенном состоянии и придают воде мутность. Мутность воды определяют специальными прибора­ми — мутномерами. В настоящее время для определения мутности стали при­менять приборы, основанные на действии фотоэлементов — нефелометры.

Прозрачность воды измеряют в стеклянном цилиндре или стеклянной труб­ке е сантиметровой шкалой. При этом определяют толщину слоя воды (в см), через который еще виден нанесенный черной краской на белой пластинке ус­ловный знак в виде двух крестообразно расположенных линий толщиной 1 мм (крест) или специальный стандартный шрифт. Таким образом, прозрачность измеряется в см вод. ст.

Содеркание взвешенных веществ в речной воде (а, следовательно, ее мут­ность и прозрачность) меняется в течение года, возрастая в период дождей и доходя до максимума в период паводков: Наименьшая мутность (наибольшая прозрачность) речной воды наблюдается обычно в зимнее время, когда река покрыта льдом. В озерах и искусственных водохранилищах мутность, как пра­вило, незначительна и обусловливается поступлением мутной воды из рек, питающих данные водоемы, а также поверхностных стоков с их берегов. В больших водоемах замутнение воды происходит в результате взмучивания осад­ков со дна при волнении в ветреную погоду.

В РФ повышенной мутностью отличаются реки южных районов. Реки сред­ней и северной территорий и многие реки Сибири имеют значительно мень­шую мутность. Водам подземных источников, как правило, свойственна боль­шая прозрачность.

Использование мутной вещы (без ее предварительного осветления) для не­которых категорий потребителей нежелательно или даже недопустимо. Так, вода для хозяйственно-питьевых нужд, не должна содержать более 1,5 мг/дм’ взвешенных веществ.

Многие производственные потребители могут использовать воду с содер­жанием взвешенных веществ более высоким по сравнению с допускаемым для питьевой воды. Однако для ряда производственных потребителей использование мутной воды нежелательно. Так, использование воды, содер­жащей механические примеси, для охлазвдения влечет за собой в некоторых случаях быстрое засорение охлаждающей аппаратуры. Допускаемое содержа­ние взвеси в охлавдающей воде зависит от типа этой аппаратуры.

Цветность. Желтоватый, коричневый илн желто-зеленый оттенки воды при­родных источников объясняются главным образом присутствием в воде гу­мусовых и дубильных веществ, органических соединений, соединений желе­за, «цветением» водоемов.

Цветность свойственна воде рек, питающихся частично болотной водой, а иногда и воде водохранилищ. Измеряется цветность в градусах по так пазывае-

Имеющей " адЬТ0ВОЙ шкале путем сравнения исследуемой воды с водой, пР°водом не °НМую Цвс’Шость- Цветность питьевой воды, подаваемой водо — ^от также фокГ^ С1,свышагь 20 град. Для определения цветности исполь — ^лганосд воды° КалС®иметРы и спектрофотометры, измеряющие оптическую

Происходит яеа 64314 °° 3начительной цветностью на тех предприятиях, іде Цессе их изгото°С^ЄДСТВЄННОЄ сс*Ч5икосиовевис воды с фабрикатами в про — УХУДЩСНИ£Н<ИЯ ^НаПРИМеР’ в текстильной промышленности), может

”°сле хлорирования п ^ ОТМирания водорослей. Неприятный запах имеет вода Интенсивность зацахРИ ааличШ( в He® некоторых количеств остаточного хлора. Ры воды. Привкус со 3> КИК rrj3aBlffl0’ Увеличивается с повышением температу — н° миясрализовапичЯОНОБаТЫ^ и даже гоРЬко-ссміоноватьш часто имеют силь-

ИСТОЧНИКОВ.

■човдук, Пятибалльную °^еНКИ запаха и привкуса воды применяют обычно ус — чительной мере субъект КаЛ^’ ^’леА^ет> однако, отметить, что эта оценка в зна­чимости ИсследовагеЛя ИВНа> ТЯК КЗК зависит от индивидуальной воелриим-

“ большинстве с

®ей задах и вкус воды ся* П*,И испаш>30вании воды для производственных це — 1сазыкать на присутс-ши™ П° °Є^Є несУ1цественны. Однако наличие их может

J Т’ьшадъ на прис ” несущественны. Однако наличие их может

ZMnepamypa в0^ т ® в ВОДе нежелательных примесей, течение года в ьесыия е’5а^аводЫп°вфхностных источников колеблется иулю до 25 °С, а итг» И^оких пРеДелах (для территории РФ — от близкой некие, имеют ПОЧТИ Ппгт/,11 ВЬ1Ше-*’ ®0да подземные, в особенности артези — Дая ПИтьевьк температуру в течение года.

с — 6 желательно использование воды температурой

°®Woe3Ha4e№^ ^ ”Ь^’1отТ*®ителсй температура веды источника имеет

" 110 Одлаждение или на тємпеРаїУРа весьма желательна для воды, иду-

Лк*°™тЮ ПЗРа’ Т8К МК 0Ш ПОЗВОПЯЄТ УМЄНЬ’

азот имеют значение для оиентсГ^*130’4’ угла*1сяоты. сероводород, метан и г, 0рсн придают воде пт an ЄЄ качества — Так, углекислота, сероводород, отношению к Металлам и к ^юде11енных Условиях коррозионные свойства И 6етонад-В табл. 3.2. показана растворимость га-

т

зов в воде при парциальном давлении (та часть общего давления в газовой смсси, которая обусловлена данным газом или паром) 0,1016 МПа в зависимо­сти от температуры.

Сероводород в природных водах встречается органического (продукт рас­пада органических соединений) и неорганического (растворение минераль­ных солей — серного колчедана, гипса и др.) происхождения. Присутствие сероводорода в поверхностных водах встречается в придонных слоях в незна­чительных количествах. В подземных водах оно наблюдается до нескольких десятков мг/дм Присутствие сероводорода в воде придает ей неприятный за­пах, способствует коррозии металла и может вызвать зарастание трубопрово­дов в результате интенсивного развитии серобактерий. Сероводород в зависи­мости ог pH воды может присутствовать в виде слабодиссоциированной кис­лоты — H2S, гидросульфидных — HS" или сульфидных ионов. Эти зависимо­сти имеют важное значение при решении задачи удаления сероводорода из воды.

Кислород попадает в воду при се контакте с воздухом. Артезианские воды кислорода не содержат; а в поверхностных его концентрации довольно вели­ки. В поверхностных водах содержание кислорода меньше теоретического за счет различных организмов, брожения, гниения органических остатков и т. п. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.

Растворенный в воде кислород интенсифицирует коррозию металлов, по­этому в питательной воде теплоэнергетических установок содержание кислоро­да ограничено.

Таблица 3.2 РАСТВОРИМОСТЬ ГАЗОВ В ВОДЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Г"из Температура полы, °С 0 10 20 30 40 50 60 80 I 100 Растворимость, % по массе СО; 0,33 0,23 0,17 0,13 0,10 10,08 10,07 — — ш 0,66 0,54 0,44 0,35 0,28 — — — — SO; — 13,3 9,4 7,2 5,5 14,3 13,1 12,1 0 С]2 1,44 0,95 0,71 0,56 0,45 0,38 0,32 0,22 0 ао2 2,70 6,01 8,70 — — — — — НС1 45,7 43,4 41,9 40,2 38,7 37,3 35,9 — — NH3 40,7 40,5 34,5 28.7 23,5 18,6 — — — Растворимость, см /дм, приведенная к ° С О; 48,9 38,0 31,0 26,1 23,1 20,9 119,5 117,6 117,0 Оі 17,4 !4,0 9,2 4,7 2,0 0,5 — — — сн4 55,0 41,8 33,1 27,6 23,7 21,3 19,5 17,7 17,0 23,3 18,3 15,1 12,8 И,0 9,6 8,2 5,1 _ о_

Азот в природные воды проникает из воздуха при разложении органиче­ских остатков, а также при восстановлении соединений азота денитрофици — рующими бактериями. Образующийся в воде в процессе гниения растений аммиак существенно влияет на технологию хлорирования воды.

Метан присутствует в природных ведах, используемых для водоснабжения, как правило, в незначительных количествах. Однако в болотных водах, где протекают процессы разложения клетчатки растительных остатков, а также в подземных водах газонсфтсносных районов содержание метана достигает 30мг/ дм и более.

Гидробиотпы, населяющие природные воды, в процессе жизнедеятельно­сти влияют не только на состав окружающей водной среды, ио и на качество воды. Их подразделяют на:

• планктон — обитатели, пребывающие в толще воды от дна до поверхно­сти; среди них различают плавающие, пассивно парящие и полуподводные (плейтон) организмы; взвешенные в воде остатки их органического и неоргани­ческого происхождения называют детритом;

• бентос — обитатели, находящиеся на дне водоема; среди них встречаются подвижно или неподвижно прикрепленные, свободно лежащие и ползающие по дну организмы, сверлящие дно, закапывающиеся;

• нейстон — организмы, населяющие поверхностную пленку воды и адап­тировавшиеся к жизни в специфических условиях ее поверхностного натяже­ния;

• пагон — организмы (моллюски, ракообразные, коловратки и др.), пребы­вающие зимой в толще льда в состоянии анабиоза, оживающие весной и пребы­вающие среди бентоса или планктона.

На процессы формирования и самоочищения воды гидрофация оказывает значительное влияние, так как многие ее представители (зоопланктон и зообен­тос) используют растворенные органические вещества, некоторые животные- фильтраторы употребляют для питания бактерии, водоросли и т. п.

Гидрофлора водоемов определяется макро — и микрофитами. К первым от­носится высшая водная растительность, а ко вторым — водоросли (фитоплан­ктон и фитобентое). В результате фотосинтеза увеличивается содержание растворенного в воде кислорода и снижается концентрация в ней свободной углекислоты, наблюдается снижение ВПК и содержания аммонийных солеА одновременно наблюдается возрастание нитритов, нитратов и окисляемостА — При отмирании и разложении миіфофитов вода обогащается органическими веществами, появляются пахнущие вещества, ухудшая органолептические показатели качества воды.

Микрофиты, подразделяемые на зеленые, синезеленые, эвгленовые, диато — мовые и др., не только поглощают углекислоту, кислород, а синезеленые азот (включая аммиак), но и продуцируют кислород. Наличие в колониях водорос­лей газовых вакуолей позволяет им находиться в верхних слоях воды. На глу­бине свыше 15 м интенсивного развития микрофитов не наблюдается из-за низкой температуры воды, отсутствия света, увеличения гидростатического давления и захоронения в донных отложениях биогенных элементов. Массо­вое развитие микрофитов в теплое время года, цветение воды, вносит в техно­логию улучшения ее качества, особенно для питьевых целей, значительные трудности, так как возникает необходимость в ее дезодорации и удалении план­ктона.

Бактерии и вирусы из чнела патогенных, т. е. паразитов, живущих па живом субстрате, развивающихся в воде, могут вызвать заболевания брюшным ти­фом, паратифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, ост­рым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом, чуляреми — ей, конъюнктивитом и т. д.

Интересно отметить, что бациллы в неблагоприятных жизненных условиях образуют споры, которые могут сохраняться в жизнеспособном состоянии в течение сотен лет. При попадании в благоприятные условия споры прораста­ют, и бактерии начинают вновь размножаться.

Вирусы—мельчайшие живые существа размером 16-30 мкм, видимые только под электронным микроскопом. В отличие от бактерий они не имеют клетча­той структуры, а состоят из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой оболоч­кой. Они имеют шаро — и кубообразную форму, а также форму прямых и изогну­тых палочек. Вирусы являются внутриклеточными паразитами. Среди них встречаются бактериофаги, паразитирующие в клетках бактерий и вызываю­щие их разрушение и гибель.

Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах. На холоде филирующиеся вирусы сохраняют свою активность на протяжении многих лег. При высушивании они приобретают стойкость к повышенным температу­рам. При температуре 900 °С вирусы пошбают. Некоторые энтеровирусы, в частности вирусы Коксаки, сохраняют инфекционные свойства при 4-6 °С до 11 дней. Энтеровирусы более устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей и хлора, чем кишечная палочка. Следует отмстить, что коагуляция примесей воды снижает содержание вирусов в воде на 40 %, а кишечная палочка при этом удаляется на 85 %.

Между микробами водоемов существуют взаимоотношения симбиотиче­ского, нейтрального и антагонистического характера. Антагонисты бактерии различные грибки, выделяющие антибиотики (пенициллин, стрептомицин и др.) летально действуют на микробы, что способствует самоочищению водо­емов.

Для каждого вида микробов существует оптимальное значение pH среды. Отклонение от этой величины вызывает коагуляцию коллоидов протоплазмы и нарушается каталитическая функция ферментов клетки. Для многих бакте — рий оптимальним, является pH воды 7,0, однако для нитркпіьк бактерий 4,7- 8,8, для нитратных — б,5-9,3, для серобактерии 1,0 4.0, для кишечной па­лочки — 4,4-7,8. Солнечный свет и ультрафиолетовые лучи оказывают ле­тальное действие на микробы.

В связи с тем, что при биологическом анализе воды определение патогенных бактерий затруднено, бактериологические определении сводятся к нахождению общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37 °С’, и кишечной палочки бактерии коли. Наличие последней имеет индикаторные функции, т. е. сви­детельствует о заірязнении воды выделениями людей и животных и т. п. Ми­нимальный объем испытуемой воды (мл), приходящийся на одну кишечную палочку, называгот колититром, а количество кишечных палочек в 1 л воды колииндексом. Допускается колииндекс до 3, колититр не менее 300, а об­щее число бактерий в 1 мл — до 100.

Химические показатели качества йоды характеризуются ионами, составляю­щими основную часть природных вод; катионы — Са"’ Mg’’, К’, Na’ и в неболь­ших количествах могут быть Fe2* и Fe5*, а также Al"; анионы НСО,, СО/, О, S042. Креме того, в природной воде присутствуют в том или ином количе­стве растворенные газы — 02, С02 и иногда SO,. В загрязненных водах помимо перечисленных находятся ионы N02~, NO,, S,. РО/ , а также в тех или иных концентрациях Fe2", Fe34, Al3′, Си2*, Zn2* и др.

Концентрации ионов в воде различных источников не одинаковы. Разнооб­разие химического состава и концентрации ионов в природных водах класси­фицируется у нас в стране по принципу, деления их по преобладающим анио­нам и катионам.

Все природные воды делятся по преобладающему аниону (по эквивалентам) на 3 класса; гидрокарбонатных (и карбонатных) (НСО, + СО,3 ), сульфатных (SOf) и хлоридных, (СГ) вод.

Поверхностные воды большей частью имеют гидрокарбонатно-калышевый состав, т. е. среди анионов в них преобладает анион НСО, , а среди катионов Са2 Появление ионаНС03′ в воде прямо или косвенно связано е деятельнос­тью организмов (растворение С02 атмосферы, дыхание водных организмов, разложение мертвых остатков растений и животных, почвообразование на бе­регах и др.).

Следует иметь в виду, что химические элементы мигрируют в водах в виде ионов, недиссоциированных молекул или коллоидных частиц. По интенсив­ности миграции элементы делятся на очень подвижные {например, анионы серы, хлора и др.), подвижные и слабоподвижные катионы (Са2* Na2′ Mg2, К+, Р+ и др.).

Ниже приведены показатели качества воды.

Активист реакция (pH) или степень кислотности или щелочности хапакте — ризуемая количественно концентрацией водородных ионов Н’ ’

Большинство природных вод имеет величину pH в пределах 6,5-8,5. Вели­чина pH поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них СО, обыч­но больше, чем величине pH подземных вод.

Кроме С02 на величину pH природных вод может влиять наличие органи­ческих гуминов и таниновых кислот (в болотных водах), а также кислые сточ­ные воды.

Общая щелочность Що характеризуется наличием главным образом бикар — бонатных ионов (НС03~) и карбонатных ионов (СО~2). В сточных водах она может зависеть, кроме того, от присутствия гидроксильных ионов ОН’. Об­щая щелочность воды обуславливается широким диапазоном составляющих:

+

^,=[С0Г|’4[НС0^]+1[Н8!03]+4[Н2С03

2 2 2 (3.1)

+ |[HPOi’]+l[H2PO;]+|[HS-]+^[DH-]+^[NHj]

Суммарная концентрация кальция и магния определяет общую жесткость воды

Са2- Mg2+ з

Ш6МГ’ЭКВ/ЛМ-

Карбонарная жесткость воды Ж. зависит от совместного присутствия в воде кальция Са2 магния Mg2" и бикарбонатного иона НС03, т. е. бикарбона­тов кальция —Са (НС03)2 и бикарбонатов магния — — Mg (НСОД.

При (Ca2*+Mg2+) мг-экв/дм3 > (НСО3-) мг-экв/дм3

НС03 /3 п

Ж г-мг-экв/дм, (3.2)

к 61,02

где НСО/ — содержание бикарбонатного иона в воде, мг/дм ; 61,02 эквива­лентный вес бикарбонатного иона;

Некарбонатная жесткость воды Жак представляет собой разность между общей и карбонатной жесткостью:

ж =Ж — Ж мг/дм3. (3.3)

11К о к

Хлоридный ион (анион) СГ содержится почти во всех водах., отчасти это объяс­няется хорошей растворимостью хлористых солей. Содержание его изменяет­ся в самых широких пределах.

Сульфатный ион S042~ распространен, как и ион СГ, хотя бы в малых количе­ствах повсеместно; в сильно минерализованных водах его меньше, чем СГ, в слабоминерализованных — обычно больше.

Железо FeoSni в природных и оборотных водах, может быть в растворенном или нерастворенном состоянии

‘ + Fecn« +Fe (3.4)

взвешенное

нерастпорегіное

Общее солесодержание представляет собой сумму всех растворенных в воде веществ, которые определяют выпариванием профи дьтроваи н ой пробы, вы­сушиванием при 105 °С полученного остатка (сухой остаток) до постоянного веса и его взвешиванием. Сухой остаток характеризует содержание минераль­ных и частично органических примесей (солей), температура кипения кото­рых заметно превышает 105 °С, нелетучих е водяным паром и не разлагаю­щихся при указанной температуре.

В воде источника, используемого для хозяйственно-питьевых целей, сухой остаток не должен превышать 1000 мг/дм3 и в особых случаях 1500 мг/дм.

Величина сухого остатка лимитируется также в воде, поступающей для пи­тания паровых котлов и используемой в ряде производств (синтетического кау­чука, искусственного волокна, кинопленки и др.).

Свойства воды характеризуются в значительной мере углекислотным рав­новесием. От наличия в воде углекислоты и концентрации ее форм зависит стабильность воды, т. е. склонность к образованию карбонатных отложений или коррозии металла в системах водоснабжения, особенно при использова­нии воды в обороте в качестве теплоносителя (охладителя).

В природных водах углекислота может быть в трех видах: в виду «свобод­ной» двуокиси углерода С02, находящейся в виде растворенного в воде газа и недиссоциированных молекул HjC03; в виде полусвязанной углекислоты (би — карбонатные ионы НCOf); в виде связанной углекислоты (карбонатные ионы С03г”). Часто углекислые соли составляют более половины общего количества солей, растворенных в природных водах. Обогащение этих вод углекислотой происходит вследствие химических и биохимических процессов, протекаю­щих в грунтах и в воде при соприкосновении.

Бикарбоннтные и карбонатные ионы образуются при разложении двухоснов­ной угопьиой кислоты, имеющей две ступени диссоциации:

Н2С03->Н++НС0;, (3-5)

hcoj~>h++hco| (3-6)

Этими уравнениями определяются количественные соотношения между раз­личными формами углекислых соединений, присутствующих в воде.

Количественные соотношения между различными формами углекислоты оп­ределяется уравнениями диссоциации первой и второй степени. Константы диссоциации первой и второй степени if, и iCj зависят от концентрации водо­родных ионов, поэтому существование различных форм углекислоты опреде­ляется величиной pH.

Из рис. 3.3 следует, что при pH 3,4-И-,0 вся находящаяся в воде углекислота представлена только углекислым газом С02. По мере повышения значения pH доля СО, уменьшается, а следовательно возрастает доля гидрокарбонатов. При pH = 8,3-5-8,4 практически вся углекислота находится в виде гидрокарбонатов (98 %), а на долю С02 и СО,’2 приходится менее 2 %.

При дальнейшем повышении значения pH (более 8,3-8,4) свободного угле­кислого газ в воде нет, а в растворе находятся только карбонаты. Эксперимен­тально щелочность определяют титрованием соляной или серной кислотой последовательно с индикаторами фенолфталеином и метилоранжем.

Окисляемость воды — количество кислорода в мг/дм3, эквивалентное расхо­ду окислителя, необходимого для окисления примесей в данном объеме обус­лавливается присутствием органических и некоторых легкоокисляющихся не­органических примесей, таких, как железо (II), сульфиты, сероводород и др. В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бих — роматнуго окисляемость. При этом окисляемость в 1 мгОУдм^ соответствует окисляемосги 0,253 мг/дм3 КМп04.

Резкое повышение окисляемосги воды свидетельствует о ее загрязнении сточ­ными водами, поэтому по величине окисляемости природной воды можно су­дить о ее гигиенической характеристике. Для питьевой воды окисляемость не лимитируется, но она ограничивается для питательной воды котлов, так как вызывает ее вспенивание, ограничивается для охлаждающей воды из-за

рис. 3.3, Соотношение форм угольной кислоты в зависимости от pH раствора.

возможного биообрастания труб и аппаратуры, лимитируется для воды, ис­пользуемой при изготовлении синтетических волокон и пластмасс, и т. п.

Повышенное значение отношения цветности к окисляемосги указывает на преобладание в воде устойчивых гумусовых веществ болотного происхожде­ния, а пониженное — о преобладании гумусовых веществ планктонного происхождения. Промежуточные значения этого отношения указывают на пре­обладание почвенного гумуса, Окисляемость воды после коагулирования, от­стаивания и фильтрования снижается меньше, чем цветность.

Самоочищение водоемов сопровождается процессом потребления раство­ренного в воде кислорода. Различают химическую потребность в кислороде (ХЛК) и биологическую потребность в кислороде (БПК).

Содержание азотистых соединений. Наличие азотсодержащих соединений — нитратов (М03“), нитритов (NO2′) И аммонийных солей (NH4‘) —■ в воде поверхностных источников или в подземных водах может быть следствием загрязнения этих вод сточными водами. При этом наличие аммонийных соединений указывает на свежее загрязнение, а наличие нитритов — на отно­сительно недавнее загрязнение. Содержание в воде нитратов может указывав) на давнее (уже ликвидированное) загрязнение источника сточными водами.

Однако нитраты, обнаруженные в водах источника, могут быть и неорга­нического происхождения и не свидетельствовать о загрязнении источника-^

Б питьевой воде допускается содержание нитратов (по N) не более 10 мг/дм —

Комментарии запрещены.