25. Природные воды, их состав. Жесткость воды (общая, временная, постоянная). Устранение жесткости воды: физические и химические методы. Методы деаэрации воды.

Большую роль в формировании химического состава воды играют подстилающие почву грунты, с которыми вода вступает в соприкосновение, фильтруясь и растворяя некоторые минералы. Особенно интенсивно обогащают воды осадочные породы, такие, как известняки, доломиты, мергели, гипс, каменная соль и др. В свою очередь почва и породы обладают способностью адсорбировать из природной воды некоторые ионы ( например, Ca2+ , Mg2+ ), замещая их эквивалентным количество других ионов ( Na+ , K+ ).

Подпочвенными водами легче всего растворяются хлориды и сульфаты натрия и магния, хлорид кальция. Силикатные и алюмосиликатные породы (граниты, кварцевые породы и т.д.) почти нерастворимы в воде и содержащей углекислоту и органические кислоты.

Ион хлора присутствует почти во всех природных водоемах, причем его содержание меняется в очень широких пределах. Сульфат - ион также распространен повсеместно. Основным источником растворенных в воде сульфатов является гипс. В подземных водах с содержанием сульфат - иона обычно выше, чем в воде рек и озер. Из ионов щелочных металлов в природных водоемах в наибольших количествах находится ион натрия, который является характерным ионом сильноминерализованных вод морей и океанов.

Ионы кальция и магния в маломинерализованных водах занимают первое место. Основным источником ионов кальция является известняки, а магния - доломиты (MgCO3 ,CaCO3). Лучшая растворимость сульфатов и карбонатов магния позволяет присутствовать ионам магния в природных водах в больших концентрациях, чем ионов кальция.

Ионы водорода в природной воде обусловлены диссоциацией угольной кислоты. Большинство природных вод имеют pH в пределах 6,5 - 8,5.

Соединения азота в природной воде представлены ионами аммония, нитритными, нитратными ионами за счет разложения органических веществ животного и растительного происхождения. Ионы аммония, кроме того, попадают в водоемы со сточными промышленными водами.

Соединения железа очень часто встречаются в природных водах, причем переход железа в раствор может происходить под действием кислорода или кислот (угольной, органических). Так например, при окислении весьма распространенного в породах пирита получается сернокислое железо, а при действии угольной кислоты - карбонат железа.

Присутствие в воде ионов Mg²⁺ и Са²⁺ определяет ее жесткость. Такая вода имеет неприятный вкус и не го­дится для многих технических целей.

Различают временную жесткость, обус­ловленную присутствием гидрокарбо­нат-ионов, и постоянную жесткость, обусловленную преимущественно сульфатами и хлоридами. Временную жесткость устраняют кипячением либо до­бавлением Са(ОН)₂ (равновесие сдвигается за счет образования осадка):

Са(НСО₃)₂(р.) = СаСО₃ + СО₂+ Н₂О

Са(НСО₃)₂(р.) + Са(ОН)₂(р.) = 2СаСО₃ + 2Н₂О

Постоянную жесткость можно устранить только химическими реагентами. Ранее добавляли соду, теперь же используют катионообменные смолы. С этой же целью в стиральные порошки добавляют фосфаты либо цеолиты.

Общая жесткость – сумма всех растворенных в воде солей кальция и магния. Она определяется по формуле:

Ж_о=[Ca²⁺]/20,04 + [Mg²⁺]/12,16

Выражается в ммоль/л.

Методы деаэрации

Процесс удаления из воды растворенных газов носит название дегазации или деаэрации. В настоящее время известно несколько способов деаэрации—термический и химический.

Наибольшее распространение получил термический способ деаэрации воды. Этот способ основывается на том, что растворимость в воде газов с повышением ее температуры уменьшается, а при температуре, равной температуре кипения, газы почти полностью удаляются из воды. Таким способом газы удаляются из воды в специальных устройствах, которые принято называть термическими деаэраторами. Деаэрация воды основана на законе Генри, согласно которому количество газа, растворенного в единице объема воды, пропорционально парциальному давлению этого газа в газовой или парогазовой смеси над поверхностью воды. Для полного удаления газов из воды необходимо создать условия, при которых парциальные давления этих газов над поверхностью воды будут равны нулю, что возможно при температуре кипения воды, т. е. при доведении ее до температуры насыщения при давлении в деаэраторе и отводе газов из парового пространства деаэратора.

Химические методы основаны на избирательном взаимодействии удаляемых газов с дозируемыми реагентами. Практически химический метод применим только для удаления кислорода. Для этого используют гидразин, и то не как самостоятельный метод, а для удаления микро количеств кислорода. Вместе с гидразином в воду могут поступать другие примеси. Кроме того, гидразин является токсичным веществом. На АЭС применяют в основном термическую деаэрацию. Термические деаэраторы позволяют удалять из воды любые растворенные в воде газы и не вносят никаких дополнительных примесей в воду.