Химические свойства воды

Глава 3. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИРОДНЫХ ВОД И

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

13. Химические свойства воды

1. Активная реакция воды (pH), или водородный показатель - есть степень кислотности или щелочности воды и количественно характеризуется концентрацией водородных ионов (табл. 7).

Таблица 7

Зависимость реакции воды от концентраций водородных ионов

Согласно ГОСТу pH питьевой воды должна быть в пределах 6,5-8,5.

2. Щелочность природных вод, как правило, обусловливается присутствием в ней бикарбонатов и гуматов, т.е. солей слабых органических кислот. Щелочность выражается в моль/л.

3. Жесткостью называют суммарную концентрацию в ней ионов кальция и магния (в моль/л или в градусах). 1° жесткости соответствует 0,357·10 моль/л, а 1·10 моль/л соответствует 2,8° жесткости.

Различают жесткость общую, карбонатную, некарбонатную. Карбонатной жесткостью называется часть общей жесткости, обусловленная содержанием в воде бикарбонатов и карбонатов кальция и магния.

Некарбонатная жесткость обусловливается содержанием в воде главным образом сульфатов и хлоридов кальция и магния и в меньшей мере - нитратов и силикатов кальция и магния (гипс, хлористый магний).

Пользование водой повышенной жесткости вызывает перерасход мыла, усиленный износ белья при стирке, затрудняет варку овощей, мяса и др.

Согласно ГОСТу величина общей жесткости воды питьевого качества установлена не выше 7·10 моль/л, а в особых случаях по согласованию с СЭС - не выше 10·10 моль/л.

4. Сухой остаток. Общим (плотным) остатком называется показатель, характеризующий концентрацию в воде примесей (кроме газов) в основном неорганического и частично органического происхождения. Он определяется как остаток от упаривания известного объема нефильтрованной пробы, высушенной при 110°С до постоянной массы.

Растворенный (сухой) остаток отличается от общего (плотного) только тем, что пробу воды перед выпариванием фильтруют.

Прокаленным остатком называют показатель, характеризующий содержание в воде неорганических примесей (кроме газов) и определяемый взвешиванием остатка после упаривания известного объема воды и прокаливания при 800°С. В зависимости от того, фильтруют или не фильтруют воду перед ее упариванием и прокаливанием, различают прокаленный растворенный остаток и прокаленный общий остаток. Прокаленный растворенный остаток, по существу, характеризует солесодержание воды.

Согласно ГОСТ 17.1.3 03-77 для питьевого водоснабжения может быть выбран источник, растворенный остаток в воде которого не превосходит 1000 мг/л. В противном случае необходимо принимать меры по снижению растворенного остатка до указанной нормы.

По содержанию растворенных веществ воды можно подразделять на: а) пресные, с содержанием растворенных веществ до 0,1%; б) соленые, с содержанием растворенных веществ от 0,1 до 5%.

Согласно ГОСТу сухой остаток в питьевой воде должен быть не более 1000 мг/л.

По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы содержание сухого остатка допускается до 1500 мг/л.

5. Железо в природных водах может содержаться в ионной форме (двух- и трехвалентное железо в виде неорганических и органических коллоидов), в виде комплексных соединений или тонкодисперсной взвеси.

В подземных водах чаще всего встречается растворенное двухвалентное железо. В подземных водах содержание железа может колебаться от тысячных долей до десятков миллиграммов в 1 л. Согласно ГОСТу содержание железа в воде не должно превышать 0,3 мг/л.

При использовании подземных вод без установок по обезжелезиванию воды по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы содержание железа в воде, поступающей в водопроводную сеть, допускается до 1,0 мг/л.

6. Сульфаты и хлориды встречаются во всех природных водах и чаще всего в виде кальциевых, магниевых и натриевых солей. Естественное содержание сульфатов в артезианских и грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биологическими процессами в водоносных слоях.

Содержание сульфатов в подземных водах может быть обусловлено перетоком в намечаемый к использованию водоносный горизонт вод из других водоносных горизонтов. Повышенное содержание сульфатов и хлоридов обусловливает повышенный растворенный остаток воды. При некоторых сочетаниях содержания сульфатов и хлоридов при концентрации SO больше 250 мг/л и при концентрации Cl от 0 до 3000 мг/л вода приобретает коррозийные свойства по отношению к бетонам, затворенным на портландцементе.

Большое количество хлоридов в воде может быть вызвано вымыванием поваренной соли или других хлористых соединений из соприкасающихся с водой пластов. В последнем случае в воде наблюдается присутствие аммиака, нитритов, повышенная окисляемость и плохие бактериологические показатели.

Воды, содержащие более 500 мг/л сульфатов и более 350 мг/л хлоридов, отрицательно влияют на желудочно-кишечный тракт человека. Согласно ГОСТу содержание хлоридов в питьевой воде должно быть не более 350 мг/л, а сульфатов не более 500 мг/л.

7. Азотсодержащие вещества. Аммиак образуются в результате разложения белковых соединений, попадающих почти всегда со сточными бытовыми водами. Наличие в воде аммиака и отсутствие нитритов указывает на свежее загрязнение воды, а совместное их присутствие свидетельствует о том, что с момента первичного загрязнения прошел некоторый период времени. Отсутствие аммиака при наличии нитритов и особенно нитратов указывает на то, что загрязнение произошло давно и вода самоочищается.

Допустимой для питьевых целей считается вода, содержащая лишь следы аммиака и азотистой кислоты (нитритов) и не более 10 мг/л азотной кислоты (нитратов).

Повышенное содержание нитратов (более 50 мг/л) в воде, постоянно используемой для питьевых нужд, приводит к нарушению окислительной функции крови [23].

8. Окисляемость воды. В природных водах содержатся в тех или иных количествах органические вещества в коллоидном или истинно-растворенном состоянии. Вещества появляются в воде вследствие распада растительных и животных организмов или в результате сброса промышленных либо бытовых сточных вод.

Окисляемость воды обусловливается содержанием в ней органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей (сероводород, закисное железо и др.). Количество кислорода, эквивалентное расходу окислителя, называется окисляемостью. Окисляемость природных вод колеблется от 1 до 60 мг/л кислорода, а в болотных водах может достигать сотен мг/л кислорода.

Наименьшая величина окисляемости у артезианских вод 1-3 мг/л О. Окисляемость в пределах 20-60 мг/л характерна для вод, расположенных в болотистых местностях, и служит указанием на загрязнение воды. По окисляемости можно приблизительно установить содержание органических веществ в воде. Резкое увеличение окисляемости воды источника свидетельствует о его загрязнении сточными водами.

Предварительная обработка воды на водоочистных сооружениях только частично устраняет указанные загрязнения.

Всякая вода содержит легко- и трудноокисляющиеся органические вещества, и в зависимости от степени загрязнения они могут быть окислены сильными окислителями - перманганатом, бихроматом и др.

9. Сероводород помимо неприятного запаха и коррозионных свойств, которые он придает воде, способен вызывать зарастание труб вследствие развития серобактерий.

Содержание в воде сероводорода (HS) в зависимости от активной реакции (pH) при температуре 25 °С в процентах от общего количества следующее:

10. Растворенный кислород. Вода, соприкасающаяся с воздухом, содержит кислород в равновесной концентрации, зависящей от атмосферного давления, температуры и содержания растворенных в воде солей.

Равновесная концентрация кислорода в дистиллированной воде, которая при нормальном давлении соприкасается с воздухом, не содержащим углекислый газ, и насыщена водяным паром, составляет 20,9 мг/л; при 0 °С равновесная концентрация кислорода в природной воде равна 14,65 мг/л.

Отклонение действительной концентрации кислорода от равновесной вызывается:

а) физическими явлениями, например резким изменением барометрического давления, изменением температуры воды;

б) физико-химическими и химическими влияниями, например поглощением кислорода при электрокоррозии металла и потреблением его на химическое окисление веществ, содержащихся в воде или соприкасающихся с ней;

в) биохимическими влияниями, которые преобладают в естественных условиях, например потреблением кислорода при аэробном микробиальном разложении органических веществ или, наоборот, выделением кислорода при поглощении углекислого газа организмами.

Растворимость кислорода в воде зависит от ее температуры:

Растворенного кислорода в воде должно быть не менее 4 мг/л в любой период года.

11. Мышьяк обычно находится в воде в виде арсенатов. В подземных водах арсенаты присутствуют редко.

Мышьяк входит в состав некоторых минеральных, а также шахтных вод. В подземные воды мышьяк попадает из сточных вод обогатительных фабрик, из отходов производства красителей, кожевенных, химических и металлургических заводов.

Мышьяк может содержаться в смывах с площадей земли, где применяли инсектициды, содержащие мышьяк.

Содержание мышьяка в питьевой воде должно быть не более 0,05 мг/л.

12. Фтор. Содержание в питьевой воде фтора согласно ГОСТу допускается не более 1,5 мг/л для I и II климатических районов и 1,2 мг/л для III климатического района.

13. Медь, цинк, марганец. Согласно ГОСТу содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1 мг/л, цинка 5 мг/л, марганца 0,1 мг/л.

14. Кремниевая кислота. Наличие кремниевой кислоты в воде препятствует использованию ее в котлах высокого давления.

В некоторых подземных водах SiO содержится до десятков мг/л.