3. Химические показатели качества воды.

Сухой остаток – содержание минеральных солей и нелетучих органических соединений при температуре 105 ^ОС.

Прокаленный остаток – содержание неорганических соединений.

В питьевой воде согласно ГОСТ 2874 – 82 остаток не должен превышать 1 г/л. При употреблении человеком воды с повышенным содержанием солей наблюдается гиперминерализация организма. Это вызывает различные функциональные заболевания.

Общая минерализация -это количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Его еще называют содержанием твердых веществ или общим солесодержанием, так как вещества  растворенные в воде находятся в виде солей.  Наиболее распространенные неорганические соли (бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и маленькое количество органических веществ, растворимых в воде.            Общую минерализацию путают с сухим остатком.  На самом деле, эти параметры очень близки, но методы их определения разные. При определении сухого остатка, не учитываются более летучие органические соединения, растворенные в воде. В результате общая минерализация и сухой остаток могут отличаться на величину этих летучих соединений (как, правило, не более 10%). 

По степени минерализации воды подразделяют (по В. И. Вернадскому) на:

1. пресные (до 1 г/л) ;

2. солоноватые (от 1 до 10 г/л);

3. солёные (от 10 до 50 г/л);

4. рассолы (св. 50 г/л).

В современных условиях могут пользоваться другой классификацией:

1. Ультрапресные менее 0,2 г/л;

2. Пресные 0,2-0,5 г/л;

3. Воды с относительно повышенной минерализацией 0,5-1,0 г/л;

4. Солоноватые 1,0-3,0 г/л;

5. Соленые 3-10 г/л;

6. Воды повышенной солености 10-35 г/л;

7. Рассолы > 35 г/л.

В зависимости от общей минерализации подземные воды делятся на следующие виды:

• слабоминерализованные (1-2 г/л);

• малой минерализации (2-5 г/л);

• средней минерализации (5-15 г/л);

• высокой минерализации (15-30 г/л);

• рассольные минеральные воды (35-150 г/л);

• крепкорассольные воды (150 г/л и выше).

Cl^- и SO₄ ^2- - присутствует во всех природных водах, обычно в виде солей Na, Ca, Mg.

Если их количество значительно, то вода считается агрессивной по отношению к бетону.

Воды, содержащие SO₄^2- свыше 250 мл/л оказывают разрушающее действие на бетон вследствие образования гипса, что вызывает увеличение объёма и образования трещин в цементе. ПДК_SO4 ^2-=500 мг/л

Воды, содержащие большие количества Cl ^- приводят к выщелачиванию и разрушению бетона из-за образования растворимых солей MgCl₂ и CaCl₂. ПДК_Cl ^- =350 мг/л

Значительное количество Na₂SO₄ нарушает деятельность желудочно-кишечного тракта.

Щёлочность воды (мг-экв/л) – суммарное содержание в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот – CO₃^2-, органических. Различают щёлочность гидратную, бикарбонатную, карбонатную. Щелочные металлы – преобладают в первую очередь Na+ и K+

Жёсткость – обусловлена наличием катионов Ca²⁺ Mg²⁺. Жёсткость выражается в мг-экв/л. 1 мл-экв/л жёсткости соответствует 20,04 мг/л Ca²⁺ или 12,16 мг/л Mg²⁺

Карбонатная жёсткость – содержание в воде CO₃^2- и HCO₃ ^- , Ca²⁺ и Mg²⁺ Она легко устраняется при кипячении, т. к.Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂ легко распадаются с образованием H₂CO₃, CaCO₃ Mg(OH)₂

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+ H₂O +CO₂↑

Mg(HCO₃)₂ →Mg(OH)₂↓+ CO₂↑+H₂O

Некарбонатная жёсткость – соли Ca²⁺ и Mg²⁺ и кислоты H₂SO₄, HCl, HNO₃, H₂SiO₃.

Общая жёсткость – это карбонатная жёсткость + некарбонатная жёсткость.

Классификация вод по степени жёсткости по Алексину О.А, в мг-экв/л:

- Очень мягкие – до 1,5

- Мягкие – 1,5 – 3,0

- Умеренной жесткости – 3,0 – 6,0

- Жёсткие – 6,0 – 9,0

- Очень жёсткие – более 9,0

Таблица 2.1. Сравнение различных классификаций жесткости.

Жесткость воды в мг-экв./л	Справочник гидрохимии	При водоподготовке	Германия DIN 19643	USEPA
0 – 1,5	Мягкая	Мягкая	Мягкая	Мягкая
1,5 – 1,6				Умеренно жесткая
1,6 – 2,4		Мягкая	Средней жесткости
2,4 – 3,0			Достаточно жесткая
3,0 – 3,6		Умеренно жесткая		Жесткая
3,6 – 4,0			Жесткая
4,0 – 6,0	Средней жесткости
6,0 – 8,0		Жесткая	Очень жесткая	Очень жесткая
8,0 – 9,0	Жесткая
9,0 – 12,0		Очень жесткая
Свыше 12,0	Очень жесткая

Жёсткость не является вредной для здоровья, а наоборот, кальций способствует выводу из организма кадмия, отрицательно действующего на ЦНС. Но повышенная жёсткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, поэтому по ГОСТ 2874 – 82 – 7-10 мг-экв/л.

Жёсткость лимитируется в воде для котлов, т. к. соли Ca и Mg образуют накипь на стенках, что снижает их производительность и приводит к авариям. Жёсткость лимитируется в воде для предприятий бумажной и текстильной промышленности, производства искусственного волокна, в оборотных системах водоснабжения.

Fe и Mn – в подземных водах встречаются в различных формах в зависимости от рН и содержания О₂ в воде.

В подземных водах, в основном, в виде солей 2+, т.к. отсутствует О₂ (Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, органические и неорганические коллоиды, комплексные соединения, тонкодисперсная взвесь, FeS, Fe(OH)₂)

В поверхностных водах – в виде органических комплексных соединений, коллоидов, тонкодисперсных взвесей.

Длительное употребление воды с повышенным содержанием Fe (выше 0,3мг/л) может привести к заболеванию печени (гемосидерит).

• Mn - не выше 0,1 мг/л.

Присутствие соединений Fe и Mn приводит к развитию в трубах железистых и марганцевых бактерий.

Окисляемость – в мг О₂ /л , это количество кислорода, эквивалентное количеству окислителя, необходимого для окисления восстановителей, находящихся в данном объёме воды. Fe и Mn

В зависимости от применяемого окислителя – окисляемость может быть бихроматной и перманганатной. Окисляемость 1 мг О₂/л соответствует окисляемости 0,253 мг/л KMnO₄. Для питьевой воды не лимитируется, но ограничивается для котлов – из-за вспенивания, для охлаждения – из-за биообрастаний.

Уровень рН определяют по формуле:

pH = - lg [H+]

Классификация вод от уровня рН:

1-3 – кислые

4-6 – слабокислые

7 – нейтральные

8-10 – слабощелочные

11-14 – щелочные

Для природных водоёмов pH 5,5 – 8,5.

Ионы NH₄⁺, NO₃^-, NO₂ ^- - образуются в воде в результате восстановления NO₂^- и NO₃ ^- - Fe²⁺ , H₂S, гумусовыми веществами или вследствие разложения белковых соединений (в этом случае вода опасна). Наличие в питьевой воде более 20 – 50 мг/л нитратов приводит к нарушению окислительной функции крови – метгемоглобинемия.

Нитраты в организме человека превращаются в нитриты, которые реагируя с аминами или амидами, образуют нитрозоамины и нитрозоамиды. Они являются канцерогенами (рак желудка, лейкоз и т.д.). Накопление нитратов в организме вызывает тяжёлые нарушения обмена веществ, аллергию, нервные расстройства. В крови нитраты превращают Fe²⁺ - гемоглобина в Fe³⁺, что нарушает перенос кислорода от лёгких к тканям.

ПДК по нитратам =10мг/л; сейчас 45мг/л;NO₂^- =3,3 мг/л.

Кремний в форме органических и минеральных соединений. В поверхностных источниках – до нескольких мг/л, а в подземных – десятки мг/л. В питьевой воде не лимитируется, а в воде для котлов высокого давления.

Соединения фосфора – в виде суспензированных частиц минерального и органического происхождения, в видеPO₄^3- или сложных органических комплексов. Оказывают большое влияние на водную растительность. Фосфаты в воде не регламентируются.

Фтор – в артезианских водах до 12 мг/л и более. Но в большинстве источников до 1,5 мг/л. Фтор – это активный микроэлемент; нужен организму, чтобы небыло кариеса или эндемического флюороза зубов (пятность эмали). F – должно быть 0,7 – 1,5 мг/л.

Йод – встречается в очень малых количествах. Очень важный микроэлемент; чтобы не было эндемического зоба не менее 10^-8 мг/л.

Токсические вещества (мышьяк, стронций, бериллий, свинец, цинк и т. д.) и радиоактивные вещества обычно попадают в водоём со сброшенными водами. Содержание их в питьевой воде ограничивается ГОСТ 2874 – 82.

ПДК различных веществ:

Бенз(а)пирен – 0,00005 мг/л

(C_2­H₅)₂Hg – 0.0001 мг/л

Cd – 0.001 мг/л

Диоксины (в Западной Европе) 0,00000000005 мг/л

Диоксины в Украине 0,000035 мг/л

Hg – 0,0005 мг/л

Pb – 0,03 мг/л

Zn – 0,1 мг/л

Бинз(а)пирен – интоксикация, способствует развитию рака

Ртуть – “Миномата” (интоксикация, параличи, психическая неполноценность у новорожденных, поражение ЦНС и периферийных органов, стоматиты, нарушение репродуктивных функций)

Свинец – поражение ЦНС, печени, почек, половых органов, ослабление мозговой деятельности у детей.

Цинк – опухоли внутренних органов, кожи.

Диоксины сейчас называют суперэктотоксикантами из-за чрезвычайно высокой токсичности и биологической активности. Диоксины – это группа веществ, включающих дибензо - 1,4 – диоксины, дибензофураны, бифенилы. Это сотни хлор, бром и хлорброморганических циклических эфиров. Они более токсичны, чем тяжёлые металлы, пестициды и бенз(а)пирен. Диоксины способны наряду с острыми вызывать хронические отравления: перерождения кожи и слизистых оболочек, нарушения в развитии плода, разрушение печени, злокачественных опухолей, снижения иммунитета. Иногда их сравнивают с вирусом СПИД.

Растворенные в воде газы.

Углекислота – во всех природных водах. В поверхностных водах – единицы мг/л, в подземных водах – сотни мг/л.

В зависимости от рН воды углекислота присутствует в виде свободной (CO₂ растворенный в воде), HCO₃ ^- -(полусвязанная), CO₃^2- (связанная)

Сероводород – встречается в природных водах: 1) в результате распада органических соединений; 2) в результате растворения минеральных солей (гипса и других). В поверхностных водах сероводород присутствует в придонных слоях в незначительных количествах, а в подземных – несколько десятков мг/л. Наличие сероводорода придает воде неприятный запах, способствует интенсивному развитию серобактерий.

В зависимости от рН сероводород присутствует в виде H₂S, HS^- и S^2- это очень важно для решения вопросов дезодорации воды.

Кислород – попадает в воду из воздуха и в результате деятельности продуцентов. В артезианских водах кислород отсутствует, а в поверхностных – его довольно много, но меньше теоретического за счет потребления его различными организмами. Брожения, гниения и т.д. Резкое снижение содержания кислорода указывает на сильное загрязнение воды.

Азот – поступает из воздуха, при разложении органических остатков. И при восстановлении соединений азота денитрифицирующими бактериями.

Метан – обычно в незначительных количествах. Однако в болотных водах, где протекают процессы разложения клетчатки растительных остатков, содержание метана доходит до 30 мг/л и более.