Показатели качества воды и промышленная водоподготовка
Содержание
- Примеси в воде
- Показатели качества воды
- Промышленная водоподготовка
Часть 1. Показатели качества воды
Парадокс: вода покрывает 72 % земной поверхности, объем мирового океана трудно поддается воображению — более миллиарда кубических километров! И в то же время человечеству все в большей степени воды не хватает. Дело в том, что и для питья, и для многочисленных бытовых и хозяйственных нужд требуется пресная вода, а ее на планете не так уж много. Почти вся вода на Земле (97,2 %) — соленая и находится в морях и океанах. Еще 2 ,1 % воды сосредоточено в полярных льдах и ледниках. И хотя эта вода пресная, она практически недоступна для использования. Подземные пресные воды (они составляют 0,6% всей воды) также труднодоступны. В озерах сосредоточено всего 0,015 % воды, в реках — и того меньше: 0,0001 %. Даже в воздухе содержится в виде паров в lO раз больше воды, чем во всех реках вместе взятых!
Вода является хорошим растворителем многих твердых, жидких и газообразных веществ, поэтому природная вода обычно содержит неорганические и органические примеси, а также микроорганизмы.
Примеси, содержащиеся в природных водах
Природные воды представляют собой сложную динамическую систему, содержащую газы, минеральные и органические вещества, находящиеся в истинно растворенном, коллоидном или взвешенном состоянии.
В растворенном состоянии находятся в основном минеральные соли, обогащающие воду катионами Са2+, Mg2+, Na+, К+ и анионами SO42–, СO32–, НСO3–, Сl– . Эти ионы попадают в воду из почвы и пород. В виде недиссоциированных молекул могут содержаться некоторые органические соединения, а также растворенные газы
(СO2, O2, H2S и др.). Растворимость газов в воде зависит от температуры, давления и ионного состава других растворенных в ней веществ.
Состав природных вод непрерывно изменяется, чему способствуют процессы окисления и восстановления, смешения вод различных источников, выпадения содержащихся в них солей в результате изменения температуры и давления, осаждения и взмучивания грубодисперсных частиц, обмена ионами между почвенными грунтами и водой, обогащения подземных вод микроэлементами вследствие микробиологических процессов.
В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на промышленную и питьевую.
Характеристика вод по общей минерализации
| Наименование воды | Общая минерализация, г/л |
|---|---|
| Ультрапресная | < 0,1 |
| Пресная | 0,1 – 1,0 |
| Слабопресная | 1,0 – 3,0 |
| Соленая | 3,0 – 10,0 |
| Сильносоленая | 10,0 – 50,0 |
| Рассол | 50,0 – 300,0 |
| Ультрарассол | > 300,0 |
Показатели качества воды
Требования к качеству воды для технологических процессов чрезвычайно разнообразны, обусловлены спецификой производства и в целом ряде случаев значительно более высокие, чем требования, предъявляемые к питьевой воде. Лимитируется жесткость воды при ее использовании на предприятиях бумажной и текстильной промышленности, производстве искусственных волокон. Содержание железа и марганца строго ограничено в воде, используемой при производстве пластмасс, кинопленки и фотобумаги, в пищевой и текстильной промышленности ограничена окисляемость воды и содержание хлоридов. В воде, используемой для приготовления растворов кислот, щелочей, красителей и мыла, жесткость воды не должна превышать десятых долей ммоль/л. В радиоэлектронной промышленности при производстве печатных плат жестко нормируется содержание взвешенных веществ и растворенных солей, присутствие которых приводит к значительному увеличению производственного брака.
Основные требования к воде, используемой для производственных целей.
Она не должна:
Качество воды определяется физическим, химическим и бактериологическим анализами. Важнейшими показателями качества воды являются такие ее физические и химические характеристики, как запах, вкус, прозрачность, цвет, температура, содержание взвешенных частиц, сухой остаток, общая щелочность и ее составляющие, окисляемость и реакция воды (pH).
Один из важнейших показателей качества воды – ее жесткость.
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. Поэтому под жесткостью обычно понимают суммарное количество ионов кальция и магния в воде. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде катионов стронция и других щелочноземельных металлов.
По стандарту ISO жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом. 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 мг.
Различают временную жесткость (карбонатную), образованную гидрокарбонатами и постоянную жесткость (некарбонатную), вызванную присутствием других растворимых в воде солей. Гидрокарбонаты кальция и магния при кипячении переходят в нерастворимые средние соли или основания:
Са(НСО3)2 → СаСО3↓ + H2O + CO2
2Мg(НСО3)2 → МgСО3↓ + Mg(OH)2↓ + 3CO2 + H2O.
Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в воде в основном сульфатов и хлоридов Са и Мg и в меньшей степени их силикатов, нитратов и фосфатов.
По значению общей жесткости природные воды делят на группы
Классификация воды по жесткости
| Группа воды | Общая жесткость, ммоль/л |
|---|---|
| Очень мягкая | < 1,5 |
| Мягкая | 1,5 – 4,0 |
| Средней жесткости | 4–8 |
| Жесткая | 8 – 12 |
| Очень жесткая | <> 12/td> |
Окисляемость воды – концентрация кислорода (мг/л), необходимая для окисления веществ, присутствующих в ней, – обусловливается, в основном, наличием органических веществ и лишь в незначительной степени – быстроокисляющихся соединений железа, сероводорода, нитритов. Ее значение используется для косвенной количественной характеристики концентрации органических загрязнений. Окисляемость артезианских вод составляет обычно 1–3 мг/л O2, чистых озерных вод – 5–8, речных вод – 5–60, болотных вод – до 400 мг/л O2.
Активная реакция воды, т. е. степень ее кислотности или щелочности, количественно характеризуется концентрацией водородных ионов или значением рН.
Величина pH – один из важнейших показателей качества воды для определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Воду в зависимости от рН рационально делить на семь групп.
Классификация вод по величинам рН
| Группа воды | Значение pH |
|---|---|
| Сильнокислая | < 3,0 |
| Кислая | 3,0 – 5,0 |
| Слабокислая | 5,0 – 6,5 |
| Нейтральная | 6,5 – 7,5 |
| Слабощелочная | 7,5 – 8,5 |
| Щелочная | 8,5 – 9,5 |
| Сильнощелочная | > 9,5 |
При рН = 7 вода считается нейтральной, при рН < 7 – кислой, при рН > 7 – щелочной. Величина рН природных вод колеблется в широких пределах: от 10 для почвенных щелочных вод до 1 для вод кислых термальных источников. Обычно для большинства природных вод рН изменяется от 6,5 до 8,5. На рН воды влияет повышенная концентрация гуминовых кислот или загрязнение водоема стоками промышленных предприятий.
На химических предприятиях используют различную воду: речную, артезианскую, фильтрованную, коагулированную, охлажденную, частично или полностью обессоленную, питьевую и др. Пресная природная вода применяется без дополнительной очистки в химической промышленности в процессах первичной обработки сырья, для охлаждения продуктов, аппаратов и при различных вспомогательных операциях. В большинстве случаев природная вода подвергается очистке (деминерализации) различными методами в зависимости от характера примесей и требований, предъявляемых к воде данным производством.
Часть 2 — Промышленная водоподготовка — в следующем выпуске