2. Природная вода

Поскольку вода является хорошим растворителем полярных и ионных соединений, природная вода представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой входят минеральные вещества, коллоидные и крупнодисперсные частицы, в том числе и микроорганизмы. В соответствии с класссификацией Л. А. Кульского присутствующие в воде примеси делятся на четыре группы (таблица 5).

Таблица 5 - Классификация присутствующих в воде примесей по фазодисперсному состоянию (по Кулъскому Л. А.)

Группа		Размер частиц, мм(10-6м)		Характеристика примесей	Влияние на свойства воды
Гетерогенные системы
I. Взвеси	≥10-1		Суспензии, эмульсии, микроорганизмы			Обусловливают мутность воды
II. Коллоидные растворы	10-1 – 10-2		Коллоиды, высокомолекулярные соединения, вирусы			Обусловливают цветность и окисляемость воды
Гомогенные системы
III. Молекулярные растворы		10-2 – 10-3		Газы, растворимые органические соединения	Придают воде запах и привкус
IV. Ионные растворы		<10-3		Соли, основания, кислоты	Обусловливают минерализованность, жесткость, щелочность или кислотность воды

По степени минерализации природная вода подразделяется на восемь типов (таблица 6).

Макрокомпонентами природных вод в порядке их убывания являются:

катионы - Са²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺ > K⁺ > NH₄⁺ > Fe²⁺ (катионогенные вещества);

анионы - НС0₃- > С1^- > SO₄^2- > NO₃- > F > РО₄^{3 -}(анионогенные вещества).

Учитывая, что ионы РО₄^3-, NH₄⁺, NO₃^- присутствуют в природной воде редко, их наличие в воде может служить показателем ее загрязнения.

Таблица 6 - Классификация воды по степени минерализации

№ п/п	Название природной воды	Содержание минеральных веществ, г/л
1 2 3 4 5 6 7 8	Ультрапресные Пресные Слабоминерализованные Солоноватые Соленые Повышенной солености Переходные к рассолам Рассол	<0,2 0,2 - 0,5 0,5 - 1,0 1 - 3,0 3 - 10,0 10 - 35,0 35 - 50 >50

Микрокомпонентами природных вод являются редкие и рудные соединения бора, лития, рубидия, меди, цинка, висмута, бериллия, вольфрама, урана, брома, йода и др.

Основные газы, содержащиеся в природной воде, - О₂, СО₂, N₂ - характерны как для поверхностных, так и для глубинных условий; СН₄, СО, Н₂ более типичны для подземных вод и вод вулканически активных областей.

Растворенные в воде компоненты находятся в равновесии, образуя комплексы различного состава.

3. Питьевая вода и ее подготовка

Питьевая вода - вода, которая используется для хозяйственно - питьевого снабжения населения, - должна отвечать определенным требованиям, которые отражены в) стандартах. Первые стандарты на качество питьевой воды были утверждены в России и США в 1937 г. В настоящее время в РФ действует ГОСТ № 2874 - 82. В соответствии c этим ГОСТом общее число макро-организмов в 1 см³ воды; должно быть не больше 100, а число бактерий группы кишечной палочки ("коли - индекс") - не более 3. Наряду с; этим общая минерализация воды не должна превышать 1,0 г/л; рН = 6 + 10. Содержание примесей, которые влияют на органолептические свойства воды и встречаются в природной воде или добавляются к воде при ее обработке, не должно превышать (в мг/л):

Fe^2+>3+ - 0,3; Мп²⁺ - 0,1; РО₄^3- - 3,5; SO₄² - 500; С1^- - 350; Zn²+ - 5,0

Одним из показателей качества питьевой воды является ее жесткость - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней ионов кальция (кальциевая жесткость) и магния (магниевая жесткость). Один из возможных источников солей жесткости в природной воде - горные породы (известняки, доломиты), которые растворяютсяв в результате контакта с природной водой.

Различают временную, постоянную и общую жесткость воды. Временная (карбонатная) жесткость обусловливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния, и она устраняется при кипячении:

Са (НСО₃)_{2 →}↓ СаСО ₃+Н₂О + СО₂;

Мg (НСО) _3→↓ МgСО ₃+Н₂О+ СО₂;

Постоянная жесткость воды обусловливается присутствием в природной воде хлоридов, сульфатов, силикатов и других растворимых солей кальция и магния; постоянная жесткость не устраняется кипячением. Общая жесткость воды (ОЖ) складывается из временной и постоянной.

В России и странах СНГ жесткость выражается числом ммолей эквивалентов солей жесткости в 1 л воды. Различают мягкую воду (ОЖ < 2 ммоль/л); среднюю (ОЖ = 2 - 7 ммоль/л), жесткую (ОЖ > 7 ммоль/л). Органами санитарно - эпидемиологической службы (СЭС) временно для хозяйственно - питьевого обеспечения допускается вода со следующими показателями: сухой остаток - до 1,5 г/л, ОЖ - до 10 ммоль/л, содержание железа и марганца - соответственно до 1 и 0,5 мг/л.

Повышенная жесткость воды приводит к образованию накипи, уменьшает теплопроводность воды, ухудшает качество тканей, которые отделываются в жесткой воде, увеличивается расход мыла при стирке, плохо развариваются мясо и овощи; качество продукции, в производстве которых используется жесткая вода (безалкогольные напитки, пиво и др.), ухудшается пропорционально жесткости воды.

Большая часть пресной воды, используемой для хозяйственно - питьевых нужд, берется из поверхностных водоемов и перед распределением потребителям подается в очистные сооружения, где ее качество повышается, если это необходимо, а также проводится ее хлорирование или другая дезинфекция (озонирование, обработка УФ - лучами).

В таблице 7 перечислены основные процессы, используемые для очистки воды в зависимости от фазово - дисперсного состояния примесей.

Таблица 7 - Процессы, используемые для удаления примесей из воды

Гетерогенные системы		Гомогенные системы
Группа I (взвеси)	Группа II (коллоиды)	Группа III (газы, органические вещества)	Группа IV (ионы, вирусы)
Механическое безреагентное воздействие. Адгезия на гидроксидах алюминия или железа и зернистых высокодисперсных материалах. Агрегация при помощи флокулянтов. Флотация. Бактерицидное воздействие на патогенные микроорганизмы и споры (хлорирование, озонирование).	Окисление хло- ром, диоксидом хлора, озоном и др. Адсорбция на гидроксидах алюминия и железа, а так- же на высокодисперсных материалах. Адгезия при помощи высокомолекулярных флокулянтов катионно-го типа.	Десорбция газов и легколетучих органических соединений при аэрировании. Окисление хлором, диоксидом хлора, озоном и др. Адсорбция на активированных углях и других материалах. Экстракция органическими растворителями.	Перевод ионов в малодиссоциированные соединения.. Перевод ионов в малорастворимые соединения Сепарация ионов при различном фазовом состоянии. Использование подвижности ионов в электрическом поле (электродиализ, электроосмос). Деминерализация (дистилляция или ионный обмен).

Муниципальная очистка воды включает следующие этапы:

1) вода хлорируется (озонируется) для удаления микроорганизмов;

2) вода обрабатывается алюминиевыми квасцами, при коагуляции которых захватываются внешние частицы;

3) после коагуляции вода в течение нескольких часов отстаивается для осаждения взвесей;

4) взвеси отфильтровываются через песчаный фильтр;

5) вода стабилизируется известью (при этом достигается рН = 6 - 9);

6) перекачивается в накопитель, откуда и поступает к потребителю (рисунок 8).

Большая часть используемой воды берется взаймы она возвращается, но уже загрязненной. Устранив загрязнители, воду можно использовать неограниченное число раз.

Для технологических целей указанной водоподготовки недостаточно, поскольку к воде предъявляются более строгие требования по жесткости. Умягчение воды проводится реагентным, ионообменным или электродиализным методом. На предприятиях потребительской кооперации чаще используется ионнообменный метод умягчения. Объем потребляемой воды в РФ на производственные нужды составляет около 50 км³ (примерно 7% промышленного водозабора воды).

Вода, расходуемая промышленными предприятиями называется технческой. Ее применяют главным образом в качестве охлаждающего агента, транспортирующей среды для сыпучих материалов, растворителя и др. В целом по всем отраслям промышленности 70 - 75% от общего расхода воды применяют как хладагент по водооборотной (циркуляционной) схеме. В этом случае вода лишь нагревается а не загрязняется ионами, которые могут приводить к образованию накипи (соли жесткости). Для предотвращения образования накипи техническая вода подкисляется соляной или серной кислотой, обрабатывается полифосфатами и др. Для уменьшения коррозии труб к воде добавляют ингибиторы коррозии (полифосфаты и др.); для предупреждения обрастания оборудования бактериями воду обычно хлорируют.

Рисунок 8 - Стандартная очистка воды для хозяйственно – питьевых нужд