1.3. Класифікація домішок і забруднень води на основі її фазово – дисперсного стану за методом л.А.Кульського

Характер і види заходів щодо очищення води повинні бути вибрані в результаті зіставлення якісних характеристик води даного джерела з тими вимогами, що пред’являють споживачі до якості води.

Велика кількість домішок, які забруднюють природні та стічні води потребує класифікаційного підходу до їх визначення та вилучення з води.

Таблиця 1.7

Нормативи складу і властивостей води водних об’єктів (витяг)

Показники складу і властивостей води	Оди-ниця вимі-ру	Вид водокористування
		господарсько-питне і (або) комунально-побутове			рибогосподарське
		ГДК або ГДЗ	ЛОШ	клас небез-пеки	ГДК або ГДЗ	ЛОШ
Водневий показник рН	-	6,5 – 8,5	-	-	6,5 – 8,5	-
Розчинений кисень	мг О2/л	4	-	-	6	-
БСК повне	мг О2/л	3 (6)	-	-	3	-
Завислі речовини	мг/л	фон +0,25 (0,75)	-	-	фон +0,25 (0,75)	-
Хлориди	мг/л	350	ОР	4	300	СТ
Сульфати	мг/л	500	ОР	4	100	СТ
Нітрити	мг/л	3,3	СТ	2	0,08	ТК
Нітрати	мг/л	45	СТ	3	40	СТ
Азот амонійний	мг/л	2,0	СТ	3	0,5	ТК
Фосфати	мг/л	3,5	СТ	4	3,12	СТ
Ртуть	мг/л	0,0005	СТ	1	0,0001	ТК
Кадмій	мг/л	0,001	СТ	2	0,005	ТК
Мідь	мг/л	0,1	ОР	3	0,005	ТК
Цинк	мг/л	1,0	ЗС	3	0,01	ТК
Свинець	мг/л	0,03	СТ	2	0,01	ТК
Хром (загальний)	мг/л	0,05	СТ	3	0,001	СТ
Нікель	мг/л	0,1	СТ	3	0,01	ТК
Миш’як	мг/л	0,05	СТ	2	0,05	ТК
Залізо	мг/л	0,3	ОР	3	0,05	ТК
Марганець	мг/л	0,1	ОР	3	0,01	ТК
Алюміній	мг/л	0,5	СТ	2	0,04	ТК
Ціаніди	мг/л	0,1	СТ	2	0,05	ТК
Нафтопродукти	мг/л	0,3	ОР	4	0,05	РГ
Феноли	мг/л	0,001	ОР	4	0,001	РГ
СПАР	мг/л	0,5	ОР	4	0,1	РГ

Науково обґрунтована класифікація була запропонована академіком Національної академії наук України Л.А.Кульським.

Класифікація базується на ідеї виявлення спільних фізико-хімічних властивостей домішок у воді, тобто їх здатності утворювати гомогенні чи гетерогенні системи.

Така класифікація передбачає, що вибір методів очищення води визначається насамперед фізичним станом домішок, а в разі гетерогенних систем – і їх дисперсністю. Специфіка такої класифікації полягає в тому, що врахування не індивідуальних властивостей забруднювачів води, а їх поведінки під час взаємодії з дисперсійним середовищем – водою, дає змогу характеризувати властивості системи в цілому.

Суть запропонованої класифікації полягає в тому, що всі домішки води відносно дисперсійного середовища поділяють на 4 групи (табл.1.8). Дві групи належать до гетерогенних систем, дві до гомогенних.

Гетерогенні системи – це суспензії, колоїди, емульсії, піни. Гомогенні системи – це речовини, що утворюють з водою молекулярні або іонні розчини.

Необхідною характерною ознакою існування гетерогенних систем є наявність поверхні розділу. Домішки, що не розчиняються, утворюють дисперсну фазу, а вода, в якій вони розподілені – дисперсійне середовище.

Окрему групу між гомогенними та гетерогенними системами складають розчини високомолекулярних сполук та міцелоутворюючих поверхнево- активних речовин (ПАР), які з одного боку перебувають в істинно-розчиненому стані і утворюють термодинамічно стійкі, оборотні системи, а з іншого – проявляють також властивості колоїдних систем.

Молекулярно– чи іонно-дисперсні сполуки утворюють при розчиненні у воді гомогенні системи (істинні розчини). Ці системи термодинамічно стійкі і можуть існувати без змін скільки завгодно.

До першої групи відносяться речовини, що являють собою нерозчинні домішки з розміром часточок 10^-5-10^-3 см. До цієї групи входять глинисті часточки, карбонатні породи, мул, дрібний пісок, малорозчинні гідроксиди металів, завислі часточки органічних речовин, детрит, планктон, волокна, пластмаси, каучук тощо. Системи, утворені домішками першої групи, кінетично нестійкі, для них характерна седиментація в стані спокою. Нерозчинні речовини у завислому стані підтримуються динамічними силами потоку води.

Таблиця 1.8

Систематизація домішок води за їх фазово – дисперсним станом

Група	Ступінь дисперсності домішок, см-1	Розмір часточок, см	Коротка характеристика домішок
І - завислі речовини ІІ – колоїдні розчини	Гетерогенні системи
	<105 105-106	>10-5 10-5-10-6	Суспензії і емульсії, що зумовлюють каламутність води, а також мікроорганізми і планктон. Колоїди і високомолекулярні сполуки, що зумовлюють окиснюваність і кольоровість води, а також віруси.
ІІІ – молекулярні розчини ІV – іонні розчини	Гомогенні системи
	106-107 >107	10-6-10-7 <10-7	Гази, розчинені у воді; органічні речовини, що надають їй запаху і присмаку Солі, луги, кислоти, що зумовлюють мінералізацію, твердість, лужність або кислотність води.

Друга група речовин поєднує гідрофільні та гідрофобні колоїдні домішки, а також високомолекулярні сполуки. Це переважно мінеральні та органо-мінеральні часточки ґрунтів, недисоційовані і нерозчинні форми гумусових речовин, що надають воді забарвлення, а також віруси та інші організми, що утворюють з водою відносно стійкі колоїдні системи, руйнування яких є головним завданням під час очищення води від цих забруднювачів.

Третя група речовин охоплює розчинені у воді гази та органічні сполуки як біологічного, так і антропогенного походження. До них належать різноманітні продукти життєдіяльності та відмирання грибів, актиноміцетів, бактерій, водоростей, а також феноли, спирти, альдегіди та інші органічні речовини, які потрапляють у воду разом із стічними водами. Вони надають воді забарвлення, запах, присмак. Деякі домішки є токсичними. Як правило, сполуки третьої групи мають ковалентний зв’язок, їхні іоногені групи малодисоційовані, тобто це переважно розчини неелектролітів.

До четвертої групи відносять речовини, що утворюють з водою розчини електролітів. Згідно з теорією електролітичної дисоціації, молекули сполук з іонним або сильно поляризованим зв’язком під впливом полярної структури молекул води розпадаються на іони.

Класифікація домішок води за їх фазово – дисперсним станом у воді дає змогу науково обґрунтувати технологічні прийоми обробки води на основі таких положень:

1. фазово-дисперсний стан домішок води зумовлює їх поведінку в процесі обробки води;

2. для кожного фазово-дисперсного стану домішок існує відповідна сукупність методів впливу, які дають змогу досягти необхідних якісних показників води зі зміною чи без зміни цього стану.

Принципова класифікація процесів, що використовуються для очищення стічних вод, згідно з фазово-дисперсним станом домішок, наведена в табл.1.9.

Таблиця 1.9

Класифікація процесів вилучення домішок з води згідно з їх

фазово – дисперсним станом.

Гетерогенні системи		Гомогенні системи
група
І (10-3-10-5 см)	ІІ (10-5-10-6 см)	ІІІ (10-6-10-7 см)	ІV (10-7-10-8 см)
Механічне безреагентне розділення	Діаліз, ультрафільтрування	Аерація, евапорація, десорбція газів і летких органічних сполук під час аерації	Гіперфільтрування
Окиснення хлором, озоном та ін.	Окиснення хлором та іншими окисниками	Окиснення хлором, оксидом хлору (ІV), озоном, перманганатом	Переведення іонів у малодисоційовані сполуки
Адгезія на гідроксидах алюмінію, феруму, а також на зернистих і високодисперсних матеріалах	Адсорбція на гідроксидах алюмінію і феруму, а також на високодисперсних глинистих мінералах	Адсорбція на активованому вугіллі та інших сорбентах і матеріалах	Фіксація іонів на твердій фазі іонітів
Флотація суспензій і емульсій	Коагуляція колоїдних систем	Екстракція органічними розчинниками	Сепарація іонів при різному фазовому стані води
Агрегація флокулянтами	Агрегація високомолекулярними флокулянтами катіонного типу	Асоціація молекул	Переведення іонів у малорозчинні сполуки
Бактерицидний вплив на патогенні мікроорганізми і спори	Віруліцидний вплив	Біохімічне розкладання	Вилучення іонів металів мікроорганізмами
Електрофільтрування і електроутримуван-ня мікроорганізмів	Електрофорез і електродіаліз	Поляризація молекул в електричному полі	Використання рухливості іонів в електричному полі