3. Виды примесей

Природные воды (поверхностные и подземные) содержат следующие наиболее часто встречающиеся примеси:

 твердые и жидкие взведенные вещества (песок, глину, илистые частицы, остатки растений, частицы минералов, капельки минеральных масел, нефти, мазута и т.п.);

 окрашивающие вещества;

 бактерии и другие микроорганизмы;

 коллоидные и полуколлоидные вещества (гуминовые вещества, сложные белковые аминокислоты, коллоидно - измельчённые частички минералов, окислы железа и алюминия), эти вещества не осаждаются в течение весьма длительного времени;

 растворенные газы;

 природные соли, кислоты и щелочи, находящиеся в истинно растворенном состоянии и диссоциирующие в воде на ионы.

В подавляющем большинстве случаев состав природных вод опреде­ляется следующими ионами: Са²⁺, Мg²⁺, Na⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, HSiO₃^-. Остальные ионы CO₃², H⁺, OH^-, NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^2-, Fe²⁺, Cu²⁺ обычно содержатся в природных водах в незначительных количествах.

Примеси в природных водах могут находиться в трех состояниях;

в истинно растворенном, образуя истинный или молекулярный раствор, в истинном растворе между молекулами воды размещаются отдельные молекулы или ионы растворенного вещества: газов, мине­ральных солей и некоторых органических соединений; диаметр частиц, которые находятся в истинно растворенном состоянии, не превышает одной миллионной миллиметра;

в коллоидно - растворенном, образуя ,растворы, в которых диаметр частиц примесей имеет от I до 100 миллионных миллиметра; в этих растворах между водой и коллоидно-растворенным веществом имеется поверхность раздела;

в грубодисперсном, образуя взвеси, в которых диаметры частиц имеют размеры более 100 миллионных частей миллиметра. Во время отстаивания эти взвеси или выпадают в осадок, если они тяжелее воды, или всплывают на поверхность, если они легче воды. Взвеси образуются частицами песка, глины, остатками вымершей растительнос­ти и пр.

1.4. Основные показатели качества воды

Важнейшими показателями качества воды, которые определяют при­годность ее для использования в промышленности, являются общая жесткость, щелочность, сухой остаток, окисляемость и содержание коррозионно-активных газов (кислорода и углекислого газа).

Жесткость воды - один из наиболее важных показателей качества воды, используемой в промышленности. Жесткость характеризуется на­личием в ней накипеобразующих солей кальция и магния. Чем больше в ней кальциевых и магниевых солей, тем она считается более жест­кой.

Общая жесткость воды есть суммарная концентрация в ней ионов кальция и магния, выраженная в эквивалентных единицах. За единицу жесткости принят миллиграмм-эквивалент на килограмм (мгэкв/кг), употребляемый для измерения высокой жесткости и микрограмм-экви­валент на килограмм (мкгэкв/кг) - для измерения малой жесткости.

Для пересчета выраженных в миллиграммах на килограмм концен­траций кальция и магния в миллиграмм-эквивалент килограмм их необходимо поделить на эквивалентные массы этих катионов

,

где М - жесткость, мгэкв/кг;

С_Са²⁺, С_Mg²⁺ концентрация в воде катионов кальция и магния, мг/кг;

20,04 и 12,16 - эквивалент­ная масса кальция и магния соответственно.

Эквивалентом вещества называют его количество, соответствующее в данной реакции одному атому водорода.

Общая жесткость воды подразделяется на временную (или карбо­натную) и постоянную (или некарбонатную).

Временную (или карбонатную) жесткость составляют содержащиеся в воде бикарбонаты кальция Са(НСО₃)₂ и магния Мg(НСО₃)₂. Эти соли при нагревании выше 70°С распадаются и образуют малораство­римые соли СаСО₃ и МgСО₃, которые выпадают в осадок и в виде шлама удаляются из воды при продувке.

Постоянная (или некарбонатная) жесткость воды определяется содержанием в ней сернокислых и хлористых солей кальция и магния. При непрерывном испарении воды из котла концентрация растворенных в ней солей постоянной жесткости возрастает, и при достижении пре­дела растворимости начинается процесс выпадения отдельных солей из раствора. Выпадающие из воды соли постоянной жесткости образуют плотную накипь на стенках труб и барабанов котла.

Общая жесткость воды равна сумме постоянной и временной жесткости. Таким образом, с одной стороны, общая жесткость воды рав­на сумме кальциевой и магниевой жесткости а, с другой стороны, сумме постоянной (некарбонатной) и временной (карбонатной) жесткости.

По величине общей жесткости природные воды подразделяются:

 малой жесткости Жо < 1,5 мгэкв/кг;

 средней жесткости Жо = 1,5 - 3 мгэкв/кг;

 повышенной жесткости Жо = 4 - 6 мгэкв/кг;

 высокой жест­кости Жо = 6 - 12 мгэкв/кг;

 очень высокой жесткости Жо  12 мгэкв/кг.

Щелочность представляет собой суммарную концентрацию содержа­щихся в воде бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых органических кислот (гуматов). Все перечисленные вещества вступают в реакцию с соляной и серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочноземельных металлов. Количе­ство кислоты, затраченное на титрование с индикатором, дает величину общей щелочности воды.

Щелочность измеряется теми же единицами, что и жесткость, т.е. миллиграмм-эквиваленту на килограмм и микрограмм-эквиваленту на килограмм соответствует содержание в 1 л воды примерно 53 мг кальцинированной соды (Na₂CO₃) , 40 мг едкого натрия (NaOH ), 54,7 мг тринатрийфосфата и т.д.

В природных водах щелочность обычно обусловливается присут­ствием бикарбонатов, гидратов и гуматов. В зависимости от анионов различают следующие щелочности;

 бикарбонатную (концентрация бикарбонатных ионов НСО₃^-);

 карбонатную (концентрация карбонатных ионов СО₃^2-);

 гидратную (концентрация гидроксильных ионов ОН) и др.

В простейшем случае приближенно можно считать, что общая щелочность воды может состоять только:

 из гидратной щелочности;

 из суммы гидратной и карбонатной щелочности;

 из суммы карбонатной и бикарбонатной щелочности;

 только из бикарбонатной щелочности.

Сухой остаток характеризует пригодность данной воды для пита­ния паровых котлов и выражает суммарное содержание растворенных в воде нелетучих молекулярно-дисперсных и коллоидных веществ мине­рального и органического происхождения. Сухой остаток определяется путем выпаривания определенного объема предварительно профильтрованной воды с последующим высушиванием остатка при 110°С до постоянной массы. Он характеризует ве­совую величину содержания примесей воды, обладающих термической устойчивостью при указанной температуре высушивания. Сухой остаток измеряется в миллиграммах на килограмм (мг/кг).

В сухой остаток не входят взвешенные вещества, летучие веще­ства (например, НСО₃^-, NН₃ и др.) и растворенные в воде газы. По сухому остатку различают воды мало минерализованные (до 200 мг/кг), среднеминерализованные (200-500 мг/кг), повышенно минерализованные (500-1000 мг/кг) и сильно минерализованные (более 1000 мг/кг).

Окисляемость. Все природные воды в различных количествах со­держат органические вещества. Особенно много их в поверхностной воде, а в водах артезианских колодцев количество таких веществ очень незначительно.

Непосредственно определить содержание органических веществ в воде практически невозможно. Поэтому концентрация их в воде косвенно измеряется величиной окисляемости, которая показывает, какое количество кислорода или окислителя - марганцевокислого калия КмgО₄ (перманганата калия) - затрачивается при известных условиях на окисление (до Н₂0 и СО₂) органических веществ, содер­жащихся в 1 л воды. Содержание органических веществ, приближенно можно определить как разность между сухим и минеральным остатками.

Содержание коррозионно-активных газов. Такими газами являются кислород и свободная углекислота. Растворимость этих газов в воде зависит от температуры воды, в которой этот газ раство­рен. Если над поверхностью воды находятся несколько различных газов, то растворимость каждого из них пропорциональна его парциаль­ному давлению. Следовательно, на растворимость данного газа не влияет присутствие других газов, а она зависит только от того давле­ния, которое создает этот газ, если только он находится над раство­ром.

В природных водах растворяется незначительное количество сво­бодной углекислоты, так как ее мало в атмосферном воздухе, и созда­ваемое ею парциальное давление невелико. Растворимость газов в воде измеряется в миллиграммах на килограмм (мг/кг). Растворимость кисло­рода в воде при контакте с воздухом приведена в табл.1

Таблица 1.