1.3. Характеристика ионизированных примесей

Механизм поступления примесей в природную воду формирует определенное постоянство типа важнейших ионов, содержащихся в различных водотоках и водоемах. Сведения о наиболее распространенных в природных водах ионах и их концентрациях приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Важнейшие ионы природных вод

Группа	Катион	Анион	Концентрация, мг/дм3
I			От нескольких единиц до десятков тысяч
II			От десятых долей до единицы
III			Менее десятых долей

Характеризуя ионированные примеси, можно отметить следующее.

Ионы натрия и калия с анионами природных вод не образуют труднорастворимых простых солей, поэтому их относят к группе устойчивых примесей. Концентрация Na⁺, K⁺ изменяется только в результате испарения или разбавления природной воды, при анализе воды ее часто выражают суммарно.

Ионы кальция и магния относят к числу важнейших примесей воды, они во многом определяют возможность ее использования для различных народнохозяйственных целей, так как образуют труднорастворимые соединения с некоторыми находящимися в воде анионами. При использовании природной воды и связанным с ним изменением исходных концентраций катионов и анионов, например при упаривании или снижении растворимости с ростом температуры, происходит выделение труднорастворимых солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях в виде твердой фазы.

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

Ионы железа характеризуются поливалентностью и могут находиться в различных формах: Fe²⁺ и Fe³⁺. Необходимо отметить, что обратный логарифм произведения растворимости при 25 °С равен 14,75, а составляет 37,2 единицы. Исходя из этих значений и ионного произведения воды, можно вычислить, что для поддержания равновесного насыщения воды ионами железа на уровне 0,1 мг/дм³ для закисного железа рН воды следует довести до 9,2, а для оксидного – до 3,5; при увеличении концентрации Fe³⁺в ионной форме рН раствора будет понижаться. Во всех природных водах с высоким рН ионы Fe³⁺ практически не могут содержаться и все соединения Fe³⁺ находятся в коллоидной или грубодисперсной форме.

В подземных водах железо обычно находится в ионной форме в виде двухвалентного железа, стехиометрически отвечающего формуле соединения Fe(HCO₃)₂, которое при условиях удаления растворенной углекислоты (выдерживание в открытых сосуде) легко гидролизуется, а при наличии в воде растворенного кислорода окисляется с образованием красно-коричневой твердой фазы гидроксида железа Fe(OН)₃:

→4Fe(OH)3(T) + 8CO2.

(1.4)

В водах поверхностных источников железо может входить также в состав органических соединений, 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 транспортирования ее по стальным и чугунным трубам вследствие загрязнения продуктами коррозии.

Гидрокарбонат-ионы – важнейшая составная часть солевых компонентов воды. В природных водах кроме “полусвязанной” углекислоты (ионы – называемые также бикарбонатами), а в некоторых случаях и “связанной” углекислоты (ионы ) содержится также так называемая “свободная” углекислота, находящаяся в виде растворенного газа СО₂ и его гидрата – молекул Н₂СО₃. Между различными формами угольной кислоты существует кинетическое равновесие, связанное с величиной рН и содержанием ионов кальция в растворе.

Хлорид-ионы (Cl^-) с катионами не образуют труднорастворимых солей и при температуре около 25 °С 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 относительно труднорастворимую соль только с одним из катионов природных вод – Са²⁺. Однако растворимость сульфата кальция при обычной температуре достаточно высока (около 1 г/дм³), и в природных водах, как правило, не происходит выделения твердой фазы СаSO₄.