Гідравлічна крупність завислих речовин в природних водах

Завись	Гідравлічна крупність Uос, мм/с	Приблизний розмір часточок зависі, мм
Пісок крупний середній мілкий	100 50 7	1,0 0,5 0,1
Мул	1,7 – 0,5	0,05 – 0,027
Мілкий мул	0,07 – 0,017	0,01 – 0,005
Глина	0,005	0,0027
Тонка глина	0,0007 – 0,00017	0,001 – 0,0005
Колоїдні часточки	0,000007	0,0001 – 0,000001

Вміст у воді завислих речовин робить воду непридатною для використання на господарсько – питні потреби, в теплоенергетиці, харчовій промисловості, виробництві паперу і т.д.

Іони. В більшості випадків склад природних вод визначається катіонами Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ і аніонами HCO₃^-, SO₄^2-, Cl^-.

Катіони H⁺, NH₄⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Al³⁺ та інші, та аніони OH^-, CO₃^2-, NO₂^-, NO₃^-, F^-, Br^-, I^-, HPO₄^2-, HSO₄^-, HSiO₃^-, BО₂^-, HS^- та інші в природній воді зустрічаються в незначних кількостях.

О.А.Алекін запропонував класифікувати природні води в залежності від переважаючого катіону або аніону.

Згідно цієї класифікації за аніоном (HCO₃^-, SO₄^2-, CO₃^2-, Cl^- ) природні води поділяються на 3 великі класи: гідрокарбонатні і карбонатні; сульфатні; хлоридні.

Кожний клас, в залежності від переважаючого катіону (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺), ділиться на 3 групи: кальцієву; магнієву; натрієву.

За вмістом іонів у воді визначають ступінь її мінералізації (вміст солей), мг/л або г/м³

М =  Кат +  Ан,

де М – загальна мінералізація;  Кат – сума катіонів;  Ан – сума аніонів.

За ступенем мінералізації природні води діляться на прісні, мінералізовані, з морською солоністю і розсоли з відповідним вмістом солей до 1, від 1 до 25, від 25 до 50,0 і вище 50 г/л.

Іони Са²⁺, Mg²⁺ входять до складу найважливіших домішок природних вод і багато в чому визначають можливість їх використання для виробничих потреб. Катіони Са²⁺, Mg²⁺ обумовлюють твердість води.

Іони Феруму можуть знаходитись в формах Fe²⁺, Fe³⁺. В водах з високим значенням рН всі сполуки Феруму(ІІІ) знаходяться в колоїдній або грубо дисперсній формах. В підземних водах Ферум знаходиться в формі Fe²⁺, що стехіометрично відповідає формулі Fe(HCO₃)₂. При наявності у воді розчиненого кисню Fe²⁺ окиснюється за рівнянням:

4Fe²⁺ + 8HCO₃^- + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ + 8СО₂

Різні сполуки кремнієвої(силіцієвої) кислоти досить розповсюджені в природних водах: H₂SiO₃, H₄SiO₄ та інші полікремнієві кислоти: H₂Si₂O₅. Всі ці кислоти при звичайних для природних вод значеннях рН малорозчинні і утворюють колоїдні розчини. Різноманітність форм кремнієвих кислот та порівняно низька їх розчинність у воді досить затрудняють їх диференціацію при аналізі води, тому в результаті аналізу визначають загальну концентрацію кремнієвмісних сполук – SіO₂.

В поверхневих і підземних водах загальний вміст Силіцію в перерахунку на SiO₃^2- складає від 1 до 30 мг/кг, при цьому від 5 до 20% SiO₃^2- представлено колоїдними формами.

Форми вмісту кремнієвих кислот у воді залежать від багатьох факторів, і в першу чергу від її іонного складу і значення рН.

H₂SiO₃ ⇄ H⁺ + НSiO₃^- K₁ = 1^.10^-10 (при 25⁰С)

HSiO₃^- ⇄ H⁺ + SiO₃^2- K₂ = 2^.10^-12 (при 25⁰С)

Кремнієва кислота не шкідлива для здоров’я, але підвищений вміст її у воді робить воду непридатною для теплоенергетики через утворення силікатного накипу.

Сполуки Фосфору зустрічаються в природних водах в невеликій кількості у вигляді НРО₄^2- та органічних комплексів ортофосфатної кислоти.

В малих кількостях зустрічаються іони F^-, Br^-, I^-, BO₂^-.

Катіони Pb²⁺, Cu²⁺, Sr²⁺, Zn²⁺, Se⁶⁺, As³⁺, As⁵⁺ відносяться до отруйних і в природних водах зустрічаються в незначних кількостях.

Органічні речовини. Найбільша кількість органічних речовин потрапляє у воду з ґрунтовим та торф’яним гумусом, продуктами життєдіяльності та розкладу живих організмів (рослинних і тваринних), стічними водами.

Для технології очищення води найбільший інтерес представляють гумусові речовини: гумінові, ульмінові, кренові, апокренові (фульвокислоти), а також їх розчинні у воді солі.

Наземні рослини, вищі водорості, актиноміцети і фітопланктон виділяють речовини, частина з яких перетворюється у гумінові сполуки.

Наявність у воді органічних речовин різко погіршує органолептичні показники води, підвищує її кольоровість, піноутворення тощо.

Головними джерелами забарвлених органічних речовин в природних водах є грунти і торф. Чиста вода, взята у невеликому об’ємі безбарвна. В товстому шарі має голубувато – зелений відтінок. Інші відтінки свідчать про наявність у воді різноманітних розчинених або завислих домішок. Ступінь забарвлення природних вод виражають в градусах платиново-кобальтової шкали і називають кольоровістю.

Для з’ясування природи кольоровості води в кожному конкретному випадку необхідно встановити, що є причиною появи того чи іншого кольору.

При «цвітінні» водоймищ в залежності від виду мікроорганізмів вода набуває світло–зеленого забарвлення (при масовому розвитку протококових водоростей), зелено–бурого (діамантових), темно–бурого (перидинієвих) або смарагдово–зеленого (при розвитку синьо - зелених).

Кольоровість природних вод відкритих водойм частіше всього зумовлена гумусовими речовинами, які забарвлюють воду в різні відтінки жовтого і бурого кольорів.

Гумусові сполуки – це високомолекулярні речовини, які містять ядро у вигляді плоских сіток циклічно полімеризованого Карбону і бокові ланцюги лінійно полімеризованого Карбону з атомами Н, О та функціональними групами -ОН, -СООН. В природних водах гумусові сполуки представлені фульво- і гуміновими кислотами та їх солями.

Гумусові речовини природних вод умовно поділяють на 3 групи:

• гумінові кислоти (С₆₀Н₅₂О₂₄(СООН)₄), зазвичай знаходяться у вигляді колоїдів, розчиняються лише при високих значеннях рН;

• фульвокислоти в колоїдному стані;

• істинно-розчинні сполуки фульвокислот.

Гідроген карбоксильної групи -СООН гумінових кислот може заміщуватись на катіони з утворенням солей, які називаються гуматами. Гумати лужних металів і амонію добре розчинні у воді, в той час як гумати кальцію, магнію та феруму важкорозчинні сполуки.

Гумінові кислоти можуть також утворювати з гідроксидами феруму і алюмінію комплексні сполуки, частково представлені в колоїдній формі.

Органічні речовини є причиною погіршення органолептичних властивостей води, особливо запахів і присмаків.

Наявність органічних речовин у воді зумовлює не лише відповідну кольоровість, але впливає на її прозорість, запах, смак, присмак, показник заломлення світла, біологічне споживання кисню (БСК).

БСК – кількість кисню, що витрачається за певний проміжок часу на аеробне біохімічне окиснення (розкладання) нестійких органічних сполук, які містяться в досліджуваній воді.

БСК визначають для різних проміжків часу: за 5 діб (БСК₅), за 20 діб (БСК₂₀), а також незалежно від часу – на повне окиснення органіки (БСК_пов).

ХСК – це кількість кисню в міліграмах або грамах на один літр води, необхідне для окиснення карбоновмісних речовин до СО₂, Н₂О та NO₃^-, сульфуровмісних – до SO₄^2-, а фосфоровмісних – до фосфатів. Розмірність ХСК і БСК однакова: мгО₂/л. ХСК визначається як кількість кисню, що витрачається на хімічне окиснення органічних і неорганічних сполук, які містяться у воді, під дією окисників.

Смак і запах води. Розрізняють 4 смаки природної води: солоний, гіркий, солодкий і кислий. Природні води, що використовуються для водопідготовки можуть мати солоний або гіркий смак, що пов’язано з наявністю різних розчинних солей. Надлишок MgSO₄ викликає гіркий смак, NaCl – солоний.

Всі інші смакові відчуття називаються присмаками. Так солі Fe(ІІ) або Mn(II) надають воді залізистий присмак. Інтенсивність смаку та присмаку визначають органолептично при 20⁰С і оцінюють за 5-ти бальною шкалою (табл.1.6).

Таблиця 1.6

Визначення інтенсивності смаку, присмаку та запаху води

Інтенсивність	Характер виявлення	Оцінка інтенсивності, бал
Відсутня	Не відчувається	0
Дуже слабка	Не відчувається споживачем, але виявляється при лабораторних дослідженнях	1
Слабка	Помічається споживачем, якщо звернути на це увагу	2
Помітна	Легко помічається і викликає негарний відгук про воду	3
Відчутна	Привертає увагу та примушує утриматись від пиття	4
Дуже сильна	Настільки сильна, що робить воду непридатною до використання	5

Запахи води бувають природного і штучного походження.

Причиною запахів природного походження може бути хімічний склад домішок води, мікроорганізми, що мешкають у воді, специфічні речовини, які виділяють деякі водорості та мікроорганізми, загниваючі рослинні залишки.

До природних запахів належать: ароматичний, болотний, гнилісний, землистий, запах деревини, плісняви, рибний, трав’янистий, запах сірководню, не визначений.

Так причиною землистого запаху є пліснява та гриби актиноміцети, які часто зустрічаються в ґрунтах, звідки потрапляють у водойми.

Речовини, які зумовлюють запахи природного походження є складною сумішшю ароматичних вуглеводнів та оксигеновмісних сполук (спирти, альдегіди, кетони, складні ефіри). Вони леткі, руйнуються сильними окиснювачами, добре поглинаються активованим вугіллям.

Запахи штучного походження, які викликають домішки стічних вод називають за відповідними речовинами: фенольний, нафтовий, хлорфенольний.

Характер та інтенсивність запаху води визначають органолептично при 20⁰ і 60⁰ С і оцінюють за 5-ти бальною шкалою.

Біологічні і бактеріологічні забруднення. У воді знаходиться велика кількість макро- і мікроорганізмів тваринного і рослинного походження. Для кожної водойми характерні свої фауна і флора. Велике значення для розвитку тваринних і рослинних організмів мають склад розчинених у воді речовин, наявність сполук Карбону, Нітрогену, Фосфору, Сульфуру, Феруму та інших елементів. Співвідношення цих, так званих біогенних елементів, визначають різновиди та чисельність фауни і флори. Всі водні організми діляться на 2 основні групи: ті, що знаходяться в товщі води (планктон) або на дні водойми (бентос).

Разом з бактеріями вказані вище групи організмів відіграють важливу роль у біологічних процесах самоочищення води.

Водорості виділяють в процесі фотосинтезу кисень, сприяють процесам окиснення.

Ракоподібні і коловратки поїдають бактерії, мілкий органічний детрит.

Личинки хиромонид, малощетинкові хробаки живлячись донним мулом, сприяють мінералізації нерозчинних органічних сполук. Кожному виду для нормального існування необхідні відповідні фізико-хімічні і біологічні фактори (рН, газовий режим, температура, вміст солей та інше).

Природні води майже завжди містять різноманітні мікроорганізми. Кількість їх визначається вмістом у воді поживних речовин, t⁰, вмістом О₂, впливом бактеріофагів і т.д.

Бактеріальне забруднення вод залежить від походження і характеру водного джерела.

Бактерії мають 3 основні форми: шароподібну – коки (1-2мк), палочковидну – бацили і бактерії довжиною 1-4 мк, спіралевидну – вібріони, спірили, спірохети довжиною 1 до 20 мк. Більшість бактерій, потрапляючи в несприятливі умови, утворюють спори, вкриті міцною захисною оболонкою. В сприятливих умовах спори проростають і бактерії починають розмножуватись.

Для нормального розвитку і розмноження бактеріям потрібні Карбон, Нітроген, Фосфор, Калій, Ферум, Магній та інші елементи, а також вітаміни В₁, В₂, В₃ n – амінобензойна кислота та інші органічні сполуки.

За способом живлення мікроорганізми поділяються на автотрофи (засвоюють С, N, Р та інші елементи з неорганічних сполук та синтезують з них необхідні їм органічні сполуки) та гетеротрофи – можуть живитися лише органічними сполуками, так як не мають ферментних систем для синтезу органічних сполук з неорганічних.

Гетеротрофні мікроби бувають патогенні (паразити) та непатогенні (сапрофіти), які відрізняються між собою способом живлення – перші живуть на живих субстратах, а другі живляться неорганічними та мертвими органічними речовинами. Бактерії дихають за допомогою спеціальних дихальних ферментів. За типом дихання (відношенням до молекулярного кисню) бактерії поділяються на аеробні і анаеробні. Між аеробними і анаеробними типами дихання існують перехідні форми.

Аеробні організми потребують для дихання О₂ з повітря. В процесі їх дихання приймають участь різноманітні ферменти – гідроксилази і оксигенази. Анаеробні організми не потребують кисню, а отримують енергію за рахунок внутрішньомолекулярних окисно-відновних реакцій. Процеси відбуваються під впливом комплексу дегідруючих ферментів і називаються бродильними.

Віруси – живі істоти розміром від 16 до 300 ммк, що є внутрішньоклітинними паразитами.

Бактеріологічний аналіз зводиться до встановлення загальної кількості бактерій в 1мл води при температурі 37⁰С та кишкової палички (бактерії колі). Визначення кишкової палички основане на її здатності, на відміну від інших бактерій, розкладати вуглеводи і спирти при відповідній температурі.

Кількісно наявність кишкової палички характеризують колі–індексом – числом паличок в 1 л води, або колі–титром, який чисельно дорівнює об’єму води у мл, який містить 1 кишкову паличку.

Вміст кишкової палички у воді – важливий показник її санітарно-гігієнічної оцінки.