Состав природных вод

В процессе своего естественного круговорота вода соприкасается с большим числом различных минералов, органических веществ и газов. В силу этого природные воды представляют собой сложные растворы различных веществ.

Макрокомпонентный состав воды — это ионы, присутствующие в воде в количестве более 1 мг/л (катионы К+, Na+, Са2+, Mg2+ и анионы НС03, СГ, S042 ).

Макрокомпонентный состав воды — это элементы, присутствующие в воде в концентрациях менее 1 мг/л, кроме главных ионов и железа. Содержание железа в силу его специфической особенности нахождения в воде рассматривают отдельно.

Наличие растворенных газов (02, N2, H2S, СН4).

Наличие биогенных веществ (соединений азота и фосфора), концентрации которых в пресных водоемах изменяются в широких пределах — от следовых количеств до 10 мг/л. Наиболее важными источниками биогенных элементов являются внутриводо- емные процессы и поступления соединений азота и фосфора с водами антропогенного происхождения. К биогенным элементам относят также соединения кремния, находящегося в воде в виде коллоидных или растворимых форм и железа в форме коллоидного гидроксида или фульватных комплексов.

Наличие примесей. Вещества, которые находятся в воде во взвешенном или коллоидном состоянии (взвеси), а также растворенные органические соединения придают воде мутность и окраску.

Растворенные органические вещества имеют как природное, так и антропогенное происхождение. В группу природных органических веществ входят гуминовые кислоты (водорастворимые соединения) и фульвокислоты (вещества, растворимые в щелочи), а также спирты, кислоты, эфиры и ароматические соединения. Органические вещества антропогенного происхождения попадают в воду со сточными водами промышленных предприятий. Среди них могут быть и токсичные продукты.

Микробиологический состив воды содержит данные о наличии в воде микроорганизмов.

При использовании воды для потребительских или промышленных целей обязательно проводят анализы в целях определения качественных показателей.

Показатели качества воды должны характеризовать: физико-химические свойства, такие как жесткость, щелочность, pH; солевой состав, который выражается содержанием основных ионов (в мг/л или мкг/л), для очищенной воды — величиной электрической проводимости; органолептические свойства — мутность, цвет, наличие запахов; наличие органических веществ — окисляемость, химическое потребление кислорода (ХПК), биологическое потребление кислорода за 5 сут (БПК5); микробиологический состав.

Жесткость воды (ЖВ) является одним из основных показателей, характеризующих ее качество, и определяется суммой концентраций катионов Са2+ и Mg2+ независимо от содержания других ионов, присутствующих в воде. Жесткость может быть кальциевой (ЖВСа), характеризующей содержание катиона кальция в воде и магниевой (ЖВМв) — содержание катиона магния.

Различают постоянную и временную жесткость. Концентрация бикарбонат-ионов, эквивалентная содержанию ионов кальция и магния, определяет временную жесткость, которая может быть устранена при нагревании (в этом случае бикарбонат-ион переходит в карбонат-ион и СаС03 выпадает в осадок).

Избыточная концентрация катионов кальция и магния, которые связаны с анионами сильных кислот, характеризует постоянную жесткость. Она не устраняется при нагревании. Общая жесткость воды равна сумме временной и постоянной жесткости.

Щелочность воды (ЩВ) равна сумме анионов гидрокарбонатов, карбонатов и гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов. При проведении анализов воды для выражения концентрации ионов Са2+ и Mg2+ принято использовать единицу измерения — миллиграмм-эквивалент в литре (мг-экв/л), что составляет одну тысячную долю грамм-эквивалента.

В некоторых странах используют другие величины.

В данной книге в качестве единицы измерения концентрации для Са2+ и Mg2+ чаще всего будет использован мг-экв/л (в отдельных случаях мг/л или мкг/л).

Электрическая проводимость применяется в качестве показателя для очищенной воды.

В процессе проведения водоподготовки из воды выделяют и удаляют соли. Качество обессоленной воды определяется остаточным содержанием солей. Поскольку остаточная концентрация солей бывает небольшой (порядка мкг/л), оценку проводят по значению электрической проводимости, как правило, пропорциональной концентрации солей.

Органолептические показатели. Мутность воды определяется воздействием мелких взвешенных частиц на световой луч. Коллоидные соединения также придают воде мутность и цвет. Мутность измеряют нефелометром путем сравнения прозрачности воды с эталонным раствором.

Цветность воды в большинстве случаев обусловлена присутствием смеси коллоидных органических соединений, являющихся продуктами распада высокомолекулярных веществ или выделяемых клетками живых организмов. Цвет измеряют сравнением воды с платино-кобальтовыми стандартными растворами.

При оценке запаха первоначально определяют его качественную характеристику — болотный, землистый, гнилостный, рыбный, ароматический, а затем оценивают интенсивность запаха по пятибалльной шкале.

Наличие органических соединений. При проведении общих анализов воды не принято указывать конкретные органические соединения ввиду их разнообразия, сложности определения и малых концентраций. Определяют их суммарное содержание.

Для количественной характеристики используют косвенные показатели, такие как общее содержание органического углерода, ХПК и БПК5.

Окисляемость — это общее содержание в воде веществ, реагирующих с сильным окислителем. Различают перманганатную и бихроматную окисляемость. Перманганатную окисляемость определяют при использовании перманганата калия. Она характеризует потребление кислорода (мг/л) при нагревании образца воды или анализируемого раствора в течение 10 мин в присутствии КМп04. Органические вещества растительного происхождения определяют преимущественно в щелочной среде, а органические вещества животного происхождения — в кислой среде. Окисляемость выражают в миллиграммах кислорода на 1 л воды (мг 02/л).

Наиболее полное окисление (95—100 %) достигается при применении бихромата калия (бихроматная окисляемость). Методика его использования аналогична описанной выше.

Показатель ХПК характеризует общее количество веществ, которые окисляются бихроматом калия (мг 02/л).