2. Краткие характристики методов

 

 

 

 

 

2.1. Определение жесткости воды

Жесткость воды обусловлена  присутствием в ней растворимых кальциевых и магниевых солей  различных кислот (угольной, серной, соляной, азотной, фосфорной и кремниевой).

Жесткость воды бывает карбонатная и некарбонатная. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния и называется временной, потому что ее можно почти полностью устранить кипячением. Гидрокарбонаты при этом подвергаются разложению с образовани ем углекислоты и выпадающих в осадок карбонатов.

Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей серной, соляной, азотной, фосфорной и кремниевой кислот, которые при кипячении остаются в растворе.

Жесткость воды подразделяют на кальциевую и магниевую.

Жесткость выражают в миллиграмм-эквивалентах растворимых солей кальция и магния на литр. До издания ГОСТа 6055 — 51 жесткость воды  выражали в градусах. Одному немецкому градусу жесткости соответствует жесткость раствора, в литре которого растворено 10 мг СаО или 7 8 мг MgO. Одному миллиграмм-эквиваленту жесткости соответствует 2,8°. 1мг-экв жесткости составляет 20,04 мг Са²⁺, или 12,16 мг Mg²⁺ в 1 л воды.

По жесткости воду можно подразделить на: очень мягкую (от 0 до 1 5 мг-9Кв/л), мягкую (от 1,5 до 3 мг-экв/л), средней жесткости (от 3 до 4,5 мг-экв/л), довольно жесткую (от 4,5 до 6,5 мг-экв/л), жесткую (от 6,5 до 11 мг-экв/л) и очень жесткую (свыше 11 мг-экв/л).

По ГОСТу 2974—84 допустимой жесткостью для хозяйственно-питьевого водоснабжения считается жесткость не более 7 мг-экв/л (до 20°)

 Соли, обусловливающие жесткость, не являются вредными для организма, однако, присутствие их в воде в больших количествах нежелательно, так как они делают воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд. В жесткой воде плохо развариваются овощи, перерасходуется мыло при стирке белья, сокращается срок службы тканей, выпадают осадки в водопроводных трубах и т. д. Вода, содержащая такие соли, совершенно непригодна для питания паровых котлов из-за образования плотных слоев накипи, приводящей к перегреву котла и способствующей его быстрому разрушению. Поэтому воду, которую используют для питания паросиловых установок, а также ТЭЦ, подвергают специальному умягчению. Вода с повышенной карбонатной жесткостью непригодна для охлаждения. Охлаждая теплообменную аппаратуру, вода нагревается. При нагревании происходит разложение гидрокарбонатов кальция и выпадение карбонатов, осадки которых забивают теплообменник. Присутствие солей некарбонатной жесткости в воде, используемой для охлаждения, не представляет такой опасности.

 Определение общей щелочности и карбонатной жесткости воды.

Определение общей щелочности основано на реакции образования нейтральных солей при титровании воды соляной кислотой. Общая щелочность воды обусловлена присутствием ионов ОН^-, CO₃^2- и НСО₃^-  .

Ионы ОН^- и CO₃^2- титруются соляной кислотой в присутствии индикатора фенолфталеина (при рН = 8,3) и обусловливают щелочность воды по фенолфталеину. При титровании воды соляной кислотой в присутствии фенолфталеина протекают следующие реакции:

ОН^- + Н⁺ = Н₂О;

CO₃^2- +Н⁺= НСО_з^-.

Ионы НCO₃^- титруются соляной кислотой в присутствии индикатора, метилового оранжевого (при рН = 3,6). Протекающую при этом реакцию можно выразить уравнением:

НСО_з^- + Н⁺ = CO₂  + Н₂О

Если щелочность по фенолфталеину равна нулю, то общая щелочность обусловлена присутствием только гидрокарбонатов (НСОз^-).

Для подавляющего большинства природных вод ионы НСОз^- связаны только с ионами Са²⁺и Mg²⁺. Поэтому в тех случаях, когда щелочность по фенолфталеину равна нулю, можно считать, что общая щелочность воды равна ее карбонатной жесткости.

Общую жесткость воды определяют комплексонометрическим методом (при помощи трилона Б). Комплексонометрический метод определения общей жесткости основан на том, что ионы кальция и магния связываются трилоном Б  в комплексные соединения.

 

 

 

Формула трилона Б (Н₂ЭДТА^2-):

 

NaOOC—Н₂C                                                         CН₂— COONa

  

N—CН₂ —CН₂    N

НООС   – Н₂С                                                                СН₂          СООН

При этом протекает реакция:

 

Ме²⁺ + Н₂ЭДТА²                             МеЭДТА^2- + 2Н⁺,

где Me²⁺= Са²⁺ или Mg²⁺ .

Так как ионы Са²⁺ и Mg²⁺ образуют с трилоном Б малостойкие комплексы то титрование их ведут в щелочной среде, применяя для этого буферную смесь гидроксида аммония, с хлоридом аммония.

Определение кальциевой и магниевой жесткости воды (содержания ионов Са²⁺ и Mg²⁺ комплексонометрическим методом. Сначала определяют общую жесткость воды по методике. Потом осаждают ионы кальция в виде осадка оксалата кальция СаС₂О₄  :

 

CaCI₂ + (NН₄)₂С₂O₄ == СаС₂О₄ + 2NH₄C1,

 

а в фильтрате определяют кальциевую жесткость. Магниевую жесткость определяют, как разность между общей и кальциевой жесткостью.

 

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ УМЯГЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ    ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ

 

Содержание в питьевой воде ионов кальция и магния играет важнейшую роль для человеческого организма. Кальций необходим для формирования костных тканей, зубов, он содержится в крови человека, положительно влияя на процесс её свертывания. Недостаток кальция ведет к разрыхлению стенок кровеносных капилляров, что служит причиной, в частности, гипертонии. Слишком мягкая вода отрицательно влияет на баланс солей в организме человека и может вызвать отложение солей, также, как и употребление слишком жесткой воды. Соли магния также необходимы человеку, их дефицит приводит к коронар ной болезни сердца, негативно влияет на работу кишечника и желчевыделе ние.  Магний также обладает сосудорасширяющими и спазмолитическими свойствами. С другой стороны, повышенное содержание магния угнетает нервную систему.

 

 

 

 

При оценке жесткости воду характеризуют следующим образом /1/:

Характеристика                             Жобщ, мг-экв/ л

Очень мягкая                                         до 1,5л

Мягкая                                                     от 1,5 до 3

Умеренно (средне) жесткая                 от 3 до 6

Жесткая                                                   от 6 до 9

Очень жесткая                                        более 9

 

 

             (где Жобщ - общая жесткость воды, мг-экв/л)

 

         Содержание солей в питьевой воде в соответствии с физиологическими потребностями человека должно

соответствовать Жобщ.=3-4 мг-экв./л/2, 3, 4/, хотя ГОСТ на питьевую воду допускает Жобщ.=7 мг-экв./л

(очевидно, в связи с тем, что вода с Жобщ=3-4 мг-экв/л довольно редка).

Ограничение величины физиологически потребной для человека жесткости воды объясняется следующим:

Соли жесткости , содержащиеся в питьевой воде в повышенных дозах ,токсичны для человека /5/.

В таблице  даны характеристики токсичности солей кальция и магния, которые содержатся в питьевой воде

 

 

 

Формула соединения Название соединения     Токсическая доза для людей,   

CaSO₄                                          Сульфат кальция                             400

CaCl₂                                            Кальций хлористый                         400

MgCl₂                                          Магний хлористый                           100

MgSO₄                                        Сульфат магния*                              100

 

 

*- По сульфату магния 200 мг/кг - минимальная смертельная доза при приеме внутрь для теплокровных животных.

 

Общие физико-химические показатели питьевой воды                                         

 

В данной таблице приведены параметры, нормируемые в Украине и за рубежом, а также ряд других параметров, часто употребляемых в водоподготовке. Многие из этих величин вообще не нормируются и, тем не менее, важны для оценки физико-химических свойств воды. Как правило, эти дополнительные параметры не только непосредственно определяют качество воды, но, главным образом, содержат информацию, без которой невозможно подобрать оптимальную схему очистки воды.

 

Показатель	Единицы измерения	ВОЗ	USEPA	ЕС	СанПиН
Водородный показатель	единицы рН	-*	6.5 - 8.5	6.5 - 8.5	6 - 9
Общая минерализация (солесодержание)	мг/л	1000	500	1500	1000
Жесткость общая	мг-экв/л	-	-	1.2	7.0
Окисляемость перманганатная	мг О2/л	-	-	5.0	5.0
Электропроводность (при 20оС)	мкС/см	-	-	-	-
Температура	оС	-	-	25	-
Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)	МВ	-	-	-	-
Кислотность	мг-экв.	-	-	-	-
Щелочность	мг HCO3-/л	-	-	30	-
Степень насыщения кислородом	%	-	-	-	-

       - пробел означает, что данный параметр не нормируется. 

 

 

 

 

   В  таблице 6  (Приложения)  приведены показатели, характеризующие предельные концентрации основных неорганических веществ, влияющих на качество питьевой воды.

 За основу был взят перечень, приведенный в СанПиН 2.1.4.559-96 (как наиболее полный). Этот список был также дополнен несколькими важными неорганическими элементами, не нормируемыми в России (по крайней мере, впрямую), но играющими большую роль при водоподготовительных мероприятиях.