Тут есть жесткость воды

Таблица 4.8. Характеристика вод по минерализации

Жесткость

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости (рис.3).

Рис. 4.3. Общая жесткость

Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.

По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется, как способность воды образовывать пену с мылом.

Международные своды нормативов качества воды не нормируют жесткость воды – только отдельно содержание в воде ионов кальция (Са2+) и магния (Mg2+): нормы качества питьевой воды Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), такие же нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ИСО, а также Национальные нормы питьевой воды США. По значению общей жесткости природные воды делят на группы – таблица 4.9.

Таблица 4.9.Классификация воды по жесткости

Щелочность

150

Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Виды щелочности приведены на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Виды щелочности

Щелочность природных вод, рН которых обычно < 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов.

Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды. Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

Органические вещества

Спектр органических примесей очень широк (рис. 4.5.)

Группа растворенных примесей: гуминовые кислоты и их соли – гуматы натрия, калия, аммония; некоторые примеси промышленного происхождения; часть аминокислот и белков;

Группа нерастворенных примесей: фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли – гуматы кальция, магния, железа; жиры различного происхождения; частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Гуминовые кислоты (С60Н52О24(СООН)4, С-52-58%, Н-3,3-4,8%, О2-34-39%), которые в водоёмах в основном присутствуют в коллоидной степени дисперсности. Водород карбоксильных групп СООН способен замещаться катионитами, образуя соли - гуматы. Гуминовые кислоты замещаются катионами, образую соли – гуматы. Гуминовые кислоты могут образовывать с железом и алюминием комплексные соединения.

151

Рис. 4.5.Примеси в воде

Коллоидные соединения фульвокислот (С-45-48%, Н-5,2-6%, О2-43-48%). Легко растворяются в воде и щелочах. Они образуют с натрием, калием, кальцием, аммонием и двухвалентным железом растворимые в воде соли.

Присутствие органических веществ в природных водах обуславливает их цветность, ослабление прозрачности, иногда запах, специфический привкус, биологическое потребление кислорода. Наиболее окрашенными являются гуминовые кислоты, наименееистинно растворённые фульвокислоты.

Органические вещества затрудняют реагентную очистку воды из-за сорбции коллоидов на частицах шламового фильтра осветлителей, препятствует их укрупнению и осаждению.

Рис. 4.6.Виды окисляемости

Повышенное содержание органических веществ отрицательно отражается и на работе анионитовых фильтров установок по химическому обессоливанию воды.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях,

называется окисляемостью.

152

Существует несколько видов окисляемости воды (рис.4.6.): перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды

Рис. 4.7. Соотношение органических и неорганических примесей в поверхностных и подземных водах

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2- NO2-, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше (рис.4.7.). В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс)

Окисляемость перманганатная измеряется мгО/л, если учитывается масса иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnО4/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики» – таблица

4.10.

Таблица 4.10. Характеристика вод по перманганатной окисляемости

Водородный показатель (рН)

Величина pH – один из важнейших показателей качества воды для определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Если рассматривать воду без примесей, то физическая сущность рН может быть описана следующим образом.

153

Вода, хотя и весьма незначительно (приблизительно одна миллионная часть молекул), диссоциирует на ионы водорода H+ и гидроксила ОНпо уравнению:

Н2О=Н+ + ОН-

Воду в зависимости от рН рационально делить на семь групп (рис.4.8.).

Рис. 4.8. Классификация воды по значению рН

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы выделяются из общей группы металлов по специфической вредности для живых организмов.

Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы. В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.

Н.Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см3, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец.

Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму. Есть и другие классификации.

Питьевая вода, подаваемая водопроводом, не должна содержать более 0,05 мг/л мышьяка, 1 мг/л меди, 5 мг/л цинка и 0 ,1 мг/л свинца.

4.2.1. Требования к качеству питьевой воды

Запах и привкус при температуре 20ºС должны быть не более 2 баллов;

Цветность по платиново-кобальтовой шкале должна быть не более 20º;

Мутность - не более 1,5 мг/л;

Содержание железа - не более 0,3 мг/л;

Содержание марганца - не более 0,3 мг/л;

154

Содержание фтора - 0,7-1,5 мг/л;

Общая жесткость воды должна быть не более 7 мг-экв/л.

Вводе допускается содержание:

свинца - не более 0,1 мг/л,

мышьяка - 0,05 мг/л,

меди - 1 мг/л,

цинка - 5 мг/л,

полиакриламида - 2 мг/л,

нитратов - 10 мг/л,

остаточного алюминия - 0,5 мг/л.

Общее число бактерий при посеве 1 мл неразбавленной воды, определяемое числом колоний, 24-часового выращивания при 37ºС должно быть не более 100, а число кишечных палочек в 1 л воды - не более 3 (коли-титр не менее 300). Активная реакция рН при осветлении и умягчении воды должна быть не менее 6,5 и не более 8,5. При хлорировании воды должны отсутствовать хлорфенольные запахи. Оптимальная температура хозяйственно-питьевой воды 7-10ºС. Предельно допускаемая температура воды 35ºС.

(https://www.riigiteataja.ee/akt/13256473)

4.2.2. Требования к качеству воды для промышленных нужд

Существует три основных вида потребления технической воды на промышленных предприятиях:

от 70 до 90% воды используется на промышленных предприятиях в качестве хладоагента, охлаждающего продукцию в теплообменных аппаратах, или для защиты отдельных элементов установок и машин от чрезмерного нагрева. Эта вода нагревается, но не загрязняется охлаждающей продукцией.

от 5 до 13% технической воды используется для очищения продукции или сырья от примесей, а также в качестве транспортирующей среды. Эта вода загрязняется и нагревается, если материалы, с которыми она контактирует, имеют повышенную температуру.

от 10 до 20% технической воды теряется за счет испарения или входят в состав произведенной продукции.

Качество воды, используемой на производстве, устанавливается в зависимости от назначения воды и требований технологического процесса с учетом перерабатываемого сырья, применяемого оборудования и готового продукта производства. Вода должна быть безвредна для здоровья человека при возможном контакте с ней и не должна обладать отрицательными органолептическими свойствами при открытой системе водоснабжения. В табл. 4.11 приведены примерные требования к качеству воды, используемой в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Эти требования имеют условный характер, так как они в значительной степени зависят от типа теплообменного оборудования, температуры

155

воды, темпера туры охлаждаемого продукта или оборудования, характера взвешенных и растворенных веществ и др.

Таблица 4.11. Нормативы качества воды, используемой для охлаждения

Для охлаждения действующих агрегатов, например конденсаторов паровых турбин тепловых электростанций, холодильников доменных и мартеновских печей и т. д. Эта вода должна быть освобождена от избытка взвешенных веществ, которые, осаждаясь, засоряют охлаждающие устройства. Содержание взвеси в воде, направляемой в холодильники на металлургических заводах, должно отвечать более строгим требованиям, которые дифференцируются в зависимости от типа холодильника. Отложение взвеси в холодильниках приводит к их засорению, снижению теплопередачи и прогоранию. Это может привести к недовыплавке металла из-за простоев, связанных с ремонтом холодильников. Взвесь загрязняет также трубки конденсаторов паровых турбин тепловых электростанций и сопла брызгальных бассейнов для охлаждения воды.

Используемая для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах и для охлаждения оборудования вода не должна создавать механических и солевых отложений, коррозии металла и биологических обрастаний теплообменного оборудования; не должна разрушать конструктивные материалы сооружений систем водоснабжения.

При использовании жесткой воды на стенках паровых котлов образуется твердая накипь, что приводит к снижению теплопроводности стенок и перерасходу топлива. Присутствие в воде растворенного кислорода и углекислоты служит основной причиной коррозии стали. В паровых котлах вследствие высокой температуры воды явления коррозии усиливаются. Реакция питательной воды для котлов должна быть слабощелочной, так как кислая вода вызывает коррозию

Для питания котлов. Вода должна быть в большей или меньшей степени (в зависимости от типа котлов) освобождена от взвеси, солей жесткости и растворенного кислорода. Питательная вода для современных котлов высокого давления (барабанных и прямоточных) должна быть полностью умягчена, обескремнена, обескислорожена; она должна иметь минимальный плотный остаток.

156

Для очистки выпускаемого продукта, например для протравления стали, очистки текстиля, пищевых продуктов и т. д., когда вода подлежит той или иной предварительной обработке в зависимости от ее технологического назначения.

Для перемещения материала. Вода используется, например, в бумажной промышленности для транспортирования сырой бумажной массы в виде водной суспензии к бумажной материи.

Как составная часть выпускаемой продукции, например на консервных заводах, в

производстве пива и т. д. Для этих предприятий вода подвергается такой же тщательной очистке, как и в городских водопроводах.

Для устранения промышленных отбросов, например для разбавления и нейтрализации израсходованных кислот и щелочей. Качество воды, применяемой для этих целей, не имеет существенного значения.

В зависимости от изменения качества воды в процессе ее использования оборотное водоснабжение подразделяется на:

«чистые циклы» - для воды, которая при использовании только нагревается;

«грязные циклы»- для воды, которая только загрязняется;

«смешанные циклы»- для воды, которая при использовании одновременно и нагревается, и загрязняется.

Для промышленных предприятий 1-й группы техническая вода регламентируется предельной температурой используемой воды. Оптимальное значение около 150С.

Вода, используемая как среда для отмывания и гидротранспортировки материалов, освобождается только от грубодисперсной смеси. Это относится к потребителям 2-й группы.

Для потребителей 3-й группы вода должна быть химически очищенной и общее содержание солей в ней не должно превышать 100…2000 мг/кг в зависимости от давления вырабатываемого пара.

Практически все потребители технической воды не предъявляют особых требований к ее цвету, запаху, привкусу и содержанию бактерий.

Для тушения пожаров и внутренних возгораний используется вода практически любого качества.

Так, для подпитки охлаждающих систем оборотного водоснабжения вместо речных вод можно использовать биологически очищенные сточные воды с доочисткой их на фильтрах с зернистой загрузкой, иногда с применением коагулянтов. Нормативы качества воды, используемой для охлаждения, приведены таблице 4.12.

Таблица 4.12. Нормативы качества воды, используемой для охлаждения

В системах оборотного водоснабжения карбонатная жесткость воды, используемой как хладоноситель, не должна превышать Жк 2,8…3,0 мг-экв/л, а допустимая концентрация взвеси принимается в зависимости от скорости движения воды в охлаждающих аппаратах. Эти потребители не допускают повышения содержания показателей приведенных в таблице

4.13

Таблица 4.13. Нормативы качества воды, используемой для охлаждения

Охлаждающая вода не должна содержать сероводорода и железа и должна обладать карбонатной жесткостью, не превышающей 2-7 мг-экв/l.

4.2.3. Требования к качеству технологической воды

Воду, применяемую для очистки выпускаемого продукта, а также как средство перемещения материала, подвергают различной обработке в зависимости от технологии производства. В кожевенном производстве жесткая вода вызывает перерасход дубильных веществ, в текстильном - понижает качество тканей, делая их грубыми, и затрудняет их окраску. Ряду производств, например отбельно-красильным фабрикам, нужна вода с низкой цветностью. Содержание в воде железа недопустимо при производстве целлюлозы и особенно вискозы, так как вызывает появление желтых ржавых пятен на выпускаемой продукции. Еще более высокие требования предъявляются к воде, используемой в некоторых химических производствах. Так, при изготовлении люминофоров и полупроводников общее содержание солей (в воде не должно превышать 0,2 мг/л, в том числе железа не более 0,05 мг/л).

Цементные заводы. Вода в производстве расходуется на охлаждение оборудования (компрессоров, подшипников вращающихся печей, мельниц), приготовление шлама, охлаждение клинкера в холодильнике, охлаждение отходящих газов, а также на нужды

158

котельной и поливку территории. Система водоснабжения – оборотная и с повторным использованием сточных вод.

Известковые заводы. В производстве вода используется для охлаждения цилиндров компрессоров, подшипников агрегатов, балок печей, очистки аспирационного воздуха в циклонах. При мокром способе производства извести вода расходуется также на приготовление шлама. В производстве известняковой муки вода используется только для охлаждения подшипников шахтных мельниц. Система водоснабжения прямоточная и оборотная. К воде, используемой для технологических нужд (приготовление шлама), специальные требования не предъявляются.

Заводы гипса. Вода в производстве гипса расходуется только на охлаждение компрессоров и подшипников шахтных мельниц. Система водоснабжения – оборотная и прямоточная.

Предприятия силикатного (автоклавного) бетона. Вода расходуется на приготовление бетона, алюминиевой суспензии, отделку изделий, мокрое пылеулавливание, охлаждение конденсата и оборудования и другие цели.

Система водоснабжения – оборотная и прямоточная. Имеются три водопроводные сети: оборотной, свежей технической и питьевой воды.

Предприятия силикатного кирпича. Вода в производстве кирпича расходуется на приготовление технологического пара и силикатной массы, охлаждение оборудования, мокрую очистку аспирационного воздуха и другие цели. Система водоснабжения – оборотная и прямоточная.

159