Классификация природных вод и их примесей.

Природные воды классифицируют по ряду признаков, простейший из них − солесодержание воды: пресная вода − солесодержание до 1 г/кг;

солоноватая − солесодержание 1-10 г/кг; соленая − солесодержание более 10 г/кг

Воды различают по преобладающему в них аниону:

− гидрокарбонатный класс вод с преобладающим анионом и суммой анионов и (С);− сульфатные воды (S);− хлоридные воды (Cl).

По преобладающему катиону классы делятся на три группы: кальциевую (Са), магниевую (Mg) и натриевую (Na). Реки средней полосы европейской части России в основном относятся к гидрокарбонатному классу, кальциевой группе (С^Са).

Примеси природных вод по степени дисперсности (крупности) подразделяют на истинно-растворенные (ионно- или молекулярно-дисперсные), распределенные в воде в виде отдельных ионов, молекул; коллоидно-дисперсные с размером частиц от 1 до 100 нм; грубодисперсные с размером частиц более 100 нм (0,1 мкм). Данная классификация носит условный характер. Грубодисперсные взвеси называются также взвешенными веществами.

Коллоидные примеси представляют собой агломераты из большого числа молекул с наличием поверхности раздела между твердой фазой и водой. Из-за малых размеров коллоидные частицы не теряют способности к диффузии и обладают значительной удельной поверхностью. Они не выделяются из воды под действием силы тяжести, не задерживаются обычными фильтрующими материалами (песком, фильтровальной бумагой). В природных водах в коллоидно-дисперсном состоянии находятся различные производные кремниевой кислоты (H₂SiO₃) и железа (Fe), органические вещества − продукты распада растительных и животных организмов.

Грубодисперсные примеси (так называемые взвешенные вещества) имеют столь большую массу, что практически не способны к диффузии. С течением времени устанавливается определенное седиментационное равновесие, и примеси либо выпадают в осадок, либо всплывают на поверхность (при плотности частиц большей плотности воды).

Длительно оставаясь во взвешенном состоянии, грубодисперсные примеси обуславливают мутность воды. Чем больше размер частиц грубодисперсных примесей, тем быстрее устанавливается седиментационное равновесие и тем легче выделяются они из воды при отстаивании или фильтровании.

По химическому составу примеси природных вод можно разделить на 2 типа: минеральные и органические. К минеральным примесям относятся растворенные в воде газы N₂ , O₂ , CO₂ ; образующиеся в результате окислительных и биохимических процессов NH₃ , CH₄ , H₂S, а также газы, вносимые сточными водами, различные соли, кислоты, основания, находящиеся в диссоциированной форме, то есть в виде образующих их катионов и анионов.

К органическим примесям относят гумусовые вещества, вымываемые из почв и торфяников, а также а также органические вещества различных типов, поступающие в воду с сельскохозяйственными стоками и другими неочищенными стоками.

Характеристика ионизированных примесей.

Механизм поступления примесей в природную воду формирует определенное постоянство типа важнейших ионов.

Важнейшие ионы природных вод

Группа	Катион	Анион	Концентрация, мг/кг
І	Na+, K+, Ca2+, Mg2+	, Cl-,	от нескольких единиц до десятков тысяч
ІІ	, Fe2+, Mn2+	, F-, ,	от десятых долей до единиц
ІІІ	Cu2+, Zn2+, Ni2+, Al3+	HS-, Y-, ,	больше десятых долей

Ионы натрия и калия с анионами вод не образуют труднорастворимых простых солей, практически не подвергаются гидролизу, поэтому их относят к группе устойчивых примесей. Концентрацию Na⁺ и К⁺ при анализе воды выражают суммарно.

Ионы Са и Mg относят к числу важнейших примесей воды и во многом определяют возможность ее использования для различных непроизводственных целей, так как эти ионы образуют труднорастворимые соединения с некоторыми находящимися в воде анионами. При использовании воды с такими соединениями при упаривании или с ростом температуры происходит выделение труднорастворимых солей Са и Mg на теплопередающих поверхностях в виде твердой фазы.

В технологических процессах подготовки воды для снижения концентрации Са и Mg часто используется образование их труднорастворимых соединений, выводимых из воды до поступления ее в водопаровой тракт.

Ионы железа характеризуются подвалентностью и могут находиться в различных формах: Fe²⁺ и Fe³⁺. В подземных водах железо обычно находится в ионной форме в виде Fe²⁺, отвечающего соединению Fe(HCO₃)₂ , которое при условии удаления растворенной углекислоты (выдерживании в открытом сосуде), легко гидролизуется, а при наличии в воде растворенного О₂ окисляется с образованием краснокоричневой твердой фазы гидроксида железа Fe(OH)₃ :

В водах поверхностных источников железо может входить также в состав органических соединении; присутствие в воде соединений железа в повышенных концентрациях создает условия для развития железобактерий, образующих бугристые колонии на стенках трубопроводов. Концентрация железа в исходной воде может увеличиваться в процессе транспонирования ее по стальным и чугунным трубам вследствие наличия продуктов коррозии.

Гидрокарбонат-ионы ( ) − важнейшая составная часть солевых компонентов воды. В природных водах кроме «полусвязанной» углекислоты (бикарбонатов), а в некоторых случаях и «связанной» углекислоты (ионы ), содержится так называемая «свободная» углекислота, находящаяся в виде растворенного в воде газа СО₂ и его гидрата-молекул Н₂СО₃.

Хлорид-ионы (Cl^-) с катионами обычно находящимися в воде не образуют труднорастворимых солей и при темпе6ратуре примерно 28⁰С не подвергаются гидролизу или окислению.

Сульфат-ионы ( ) в поверхностных водах, не загрязненных органическими веществами, достаточно устойчивы, как ионы сильной кислоты они не подвергаются гидролизу и образуют труднорастворимую соль только с одним катионом воды − Са²⁺. Однако растворимость сульфата Са при обычной температуре достаточно высока и в воде, как правило, не происходит выделения твердой фазы CaSO₄ .

В воде имеются различные соединения кремниевой кислоты (силикаты). Ангидрид кремниевой кислоты (SiO₂) с водой может образовывать кислоты типа метакремниевой (H₂SiO₃ (SiO₂ ∙ H₂O), ортокремниевой H₂SiO₄ (SiO₂ ∙ 2H₂O) и различных поликремниевых. Все эти кислоты малорастворимы и способны образовывать в воде коллоидные растворы.

В воде содержатся органические вещества, которые попадают в открытые водоемы в результате вымывания из почв и торфяников. Их объединяют обычно под общим названием гумусовых. Особенно загрязнены гумусовыми веществами водотоки болотного происхождения. Кроме того, поверхностные воды обогащаются органическими веществами в результате отмирания водной флоры и фауны с последующими процессами их химического и биохимического распада.

Гумусовые вещества вод разделяют условно на 3 группы:

1. гумусовые кислоты [примерная формула С₆₀Н₅₂О₂₄(СООН)₄] обычно находятся в водоемах в виде коллоидов;

2. коллоидные соединения фульвокислот;

3. истинно растворенные соединения фульвокислот.

Соли гумусовых кислот называются гуматами. Гуматы щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде, а гуматы кальция и железа труднорастворимы. Известно, что органические вещества являются главной причиной появления запахов и привкусов.