Indicatori de calitate a apei și tratarea apelor industriale

Cuprins

1. Impurități în apă
2. Indicatori de calitate a apei
   • cerințe de bază
   • duritatea apei
   • aciditatea apei
   • pH-ul apei
3. Tratarea apei industriale

Partea 1. Indicatori de calitate a apei

Paradox: apa acoperă 72% din suprafața Pământului, iar volumul oceanelor lumii este greu de imaginat – mai mult de un miliard de kilometri cubi! În același timp, omenirea este din ce în ce mai lipsită de apă. Adevărul este că apa dulce este necesară pentru băut și pentru numeroase nevoi casnice și economice, iar pe planetă nu există prea multă. Aproape toată apa de pe Pământ (97,2 %) este sărată și se găsește în mări și oceane. Alte 2,1 % sunt concentrate în gheața polară și în ghețari. Deși această apă este dulce, ea este practic imposibil de utilizat. Apa dulce subterană (care reprezintă 0,6 % din totalul apei) este, de asemenea, greu accesibilă. Lacurile conțin doar 0,015 % din apă, iar râurile chiar mai puțin: 0,0001 %. Chiar și aerul conține de lO ori mai multă apă sub formă de vapori decât toate râurile la un loc!

Apa este un bun solvent pentru multe substanțe solide, lichide și gazoase, astfel încât apa naturală conține de obicei impurități anorganice și organice, precum și microorganisme.

Apele naturale sunt un sistem dinamic complex care conține gaze, substanțe minerale și organice în stare dizolvată, coloidală sau în suspensie.

În stare dizolvată există în principal săruri minerale care îmbogățesc apa cu cationi Ca2+, Mg2+, Na+, K+ și anioni SO42-, CO32-, HCO3-, Cl- . Acești ioni pătrund în apă din sol și roci. Unii compuși organici, precum și gaze dizolvate pot fi prezente sub formă de molecule nedisociate.
(CO2, O2, H2S etc.). Solubilitatea gazelor în apă depinde de temperatură, presiune și compoziția ionică a altor substanțe dizolvate în aceasta.

Compoziția apelor naturale este în continuă schimbare, ceea ce este facilitat de procesele de oxidare și reducere, amestecarea apelor din surse diferite, precipitarea sărurilor conținute în acestea ca urmare a schimbărilor de temperatură și presiune, precipitarea și agitarea particulelor grosiere, schimbul de ioni între sol și apă, îmbogățirea apelor subterane cu microelemente datorită proceselor microbiologice.

În funcție de scopul consumului de apă, aceasta este subdivizată condiționat în apă industrială și apă potabilă.

Cerințele privind calitatea apei pentru procesele tehnologice sunt extrem de diverse, sunt determinate de specificul producției și, într-o serie de cazuri, sunt mult mai ridicate decât cerințele pentru apa potabilă. Duritatea apei este limitată atunci când este utilizată la întreprinderile din industria hârtiei și textilă, producția de fibre artificiale. Conținutul de fier și mangan este strict limitat în apa utilizată în producția de materiale plastice, filme și hârtie fotografică, în industria alimentară și textilă, aciditatea apei și conținutul de cloruri sunt limitate. În apa utilizată pentru prepararea soluțiilor de acizi, alcali, coloranți și săpunuri, duritatea apei nu trebuie să depășească zecimi de mmol/l. În industria radio-electronică, în producția de plăci cu circuite imprimate, conținutul de solide în suspensie și de săruri dizolvate este strict reglementat, a căror prezență duce la o creștere semnificativă a defectelor de producție.

Ea nu trebuie:

Calitatea apei este determinată prin analize fizice, chimice și bacteriologice. Cei mai importanți indicatori ai calității apei sunt caracteristicile sale fizice și chimice, cum ar fi mirosul, gustul, transparența, culoarea, temperatura, conținutul de solide în suspensie, reziduul uscat, alcalinitatea totală și constituenții săi, aciditatea și reacția apei (pH).

Unul dintre cei mai importanți indicatori ai calității apei este duritatea acesteia.

Duritatea apei este cauzată de prezența în apă a ionilor de calciu (Ca2+), magneziu (Mg2+), stronțiu (Sr2+), bariu (Ba2+), fier (Fe3+), mangan (Mn2+). Dar conținutul total de ioni de calciu și magneziu în apele naturale este incomparabil mai mare decât conținutul tuturor celorlalți ioni enumerați. Prin urmare, prin duritate se înțelege de obicei cantitatea totală de ioni de calciu și magneziu din apă. Cu toate acestea, dacă valoarea durității apei este mai mare de 9 mmol/l, trebuie luat în considerare conținutul de stronțiu și de alți cationi de metale alcalino-pământoase din apă.

În conformitate cu standardul ISO, duritatea este definită ca fiind capacitatea apei de a face spumă cu săpun. În apa dură, săpunul obișnuit de sodiu se transformă (în prezența ionilor de calciu) în „săpun de calciu” insolubil, care formează fulgi inutili. Și, până când toată duritatea calciului din apă nu este eliminată în acest fel, formarea spumei nu va începe. Pentru 1 mmol/l de duritate a apei pentru o astfel de dedurizare a apei teoretic se utilizează 305 mg de săpun, practic – până la 530 mg.
Se face o distincție între duritatea temporară (duritatea carbonată) formată de hidrocarbonați și duritatea permanentă (duritatea necarbonată) cauzată de prezența altor săruri solubile în apă. La fierbere, hidrocarbonatele de calciu și magneziu se transformă în săruri medii sau baze insolubile:

Са(НСО3)2 → СаСО3↓ + H2O + CO2

2Мg(НСО3)2 → МgСО3↓ + Mg(OH)2↓ + 3CO2 + H2O.

Duritatea permanentă a apei este cauzată de prezența în apă în principal a sulfaților și a clorurilor de Ca și Mg și, într-o mai mică măsură, a silicaților, nitraților și fosfaților acestora.

Apele naturale sunt împărțite în grupe în funcție de valoarea durității totale

Oxidabilitatea apei – concentrația de oxigen (mg/l) necesară pentru oxidarea substanțelor prezente în aceasta – este determinată în principal de prezența substanțelor organice și doar într-o mică măsură de compușii de oxidare rapidă ai fierului, hidrogenului sulfurat, nitriților. Valoarea sa este utilizată pentru caracterizarea cantitativă indirectă a concentrației de poluare organică. Oxidabilitatea apelor arteziene este de obicei de 1-3 mg/l O2, a apelor lacustre pure – 5-8, a apelor fluviale – 5-60, a apelor de mlaștină – până la 400 mg/l O2.

Reacția activă a apei, adică gradul său de aciditate sau alcalinitate, este caracterizată cantitativ prin concentrația de ioni de hidrogen sau valoarea pH-ului.

Valoarea pH-ului este unul dintre cei mai importanți indicatori ai calității apei pentru determinarea stabilității acesteia, a proprietăților de calcinare și coroziune, prezicând procesele chimice și biologice care au loc în apele naturale. În funcție de pH, apa poate fi împărțită rațional în șapte grupe.

La pH = 7 apa este considerată neutră, la pH < 7 – acidă, la pH > 7 – alcalină. Valoarea pH-ului apelor naturale variază foarte mult: de la 10 pentru apele alcaline ale solului la 1 pentru apele izvoarelor termale acide. În mod obișnuit, pentru majoritatea apelor naturale, pH-ul variază de la 6,5 la 8,5. pH-ul apei este afectat de o concentrație crescută de acizi humici sau de poluarea corpului de apă cu efluenți industriali.

Uzinele chimice utilizează diferite tipuri de apă: apă de râu, apă arteziană, apă filtrată, apă coagulată, apă răcită, apă parțial sau complet desalinizată, apă potabilă etc. Apa naturală proaspătă este utilizată fără tratare suplimentară. Apa naturală proaspătă este utilizată fără tratare suplimentară în industria chimică în procesele de prelucrare primară a materiilor prime, pentru răcirea produselor, a aparatelor și a diferitelor operațiuni auxiliare. În majoritatea cazurilor, apa naturală este tratată (demineralizată) prin diferite metode, în funcție de natura impurităților și de cerințele procesului de producție.

Partea 2 – Tratarea apei industriale – articolul următor.