Г. Самбурский - Технологические и организационные аспекты процессов получения воды питьевого качества

• Название: Технологические и организационные аспекты процессов получения воды питьевого качества
• Автор: Г. Самбурский
• Жанр: Химия

В данной книге основное внимание уделено современным методам водоподготовки, используемым при организации централизованного водоснабжения населения, кратко рассмотрены организационные и экономические аспекты применения технологий. Издание будет полезно специалистам в области водоснабжения, студентам, обучающимся по направлениям: «техносферная безопасность», «строительство», «экология и природопользование», «химия», и всем интересующимся проблемами организации централизованного водоснабжения.

---

Тем не менее, все основные единицы измерения мутности численно совпадают, несмотря на разные методики и названия:

1 FTU (ЕМФ) = 1 FNU = 1 NTU = 1 ЕМ/л.

ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU, а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.

Прозрачность. В зависимости от показателя прозрачности воды условно классифицируют как прозрачные, слабо опалесцирующие, опалесцирующие, слегка мутные, мутные, сильно мутные. При определения меры прозрачности анализируют высота столба воды, при которой возможно наблюдать погружаемую в водоисточник белую пластину определенного размера (диск Секки) или различать шрифт определенного размера и типа на белой бумаге (как правило, это шрифт средней жирности высотой 3,5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения.

Коллоидный индекс или индекс плотности осадка (SDI – Silt Density Index) является характеристикой наличия мелкодисперсных взвесей и коллоидных частиц, присутствующих в обрабатываемой воде. Показатель используется при определении эффективности различных технологий водоподготовки, связанных с удалением механических частиц и помогает, например, прогнозировать ситуацию со сроками непрерывной работы мембран установок обратного осмоса или нанофильтрационных мембранных установок. Определяется коллоидный индекс по изменению скорости фильтрования заданного объема раствора через микрофильтр с размером пор 0,45 мкм.

Группа показателей – радиологические

Подземные и поверхностные, минерализованные и геотермальные воды, формирование которых происходит в непосредственной близости от естественных природных залежей радиоактивных руд, жидкие и твердые радиоактивные отходы различного происхождения, собственно радиоактивные материалы, а также нарушения регламентов их переработки и хранения, возможные выбросы, сбросы и нештатные ситуации на радиационных объектах являются потенциальными источниками поступления радиоактивных веществ в водные объекты. В результате этого в водоисточниках обнаруживается присутствие изотопов цезия, трития, хрома, натрия, фосфора, кобальта и пр. Данные радиоактивные элементы могут находиться либо в форме катионов и анионов, либо и в виде различных комплексных соединений (табл. 3). Для осуществления измерений радиометрических показателей используют дозиметрические приборы. [2,9]

Таблица 3. Группа показателей – радиологические

Группа показателей – химические

К группе химических показателей, характеризующих загрязнение воды и водоисточников, относят в качестве так называемых обобщенных показателей водородный показатель рН, общая минерализация (сухой остаток), жесткость, щелочность, окисляемость, а также показатели значения концентрации растворенных форм органических и неорганических веществ, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и пр. (табл. 4).

Содержание минеральных солей оценивают по концентрации различных катионов и анионов, в зависимости от задач анализа.

Взвешенные частицы, в т.ч. химические соединения, не растворимые в воде, влияют на прозрачность воды; оценка их содержания позволяет оценить степень загрязненности воды частицами с условным диаметром более 1·10—4 мм (103 Å).

Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, органических и неорганических веществ и различных микроорганизмов. При содержании в воде взвешенных веществ ниже 2—3 мг/л или с условным диаметром частиц меньше 1·10—4 мм, определение загрязненности воды производят косвенно по мутности. Мутность воды, как было отмечено выше, вызвана тонкодисперсными примесями. Она обусловлена нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения.

Прямое определение органических примесей в воде затруднено, поэтому их содержание оценивается косвенным методом – по окисляемости (мг О/л). В качестве окислителя чаще всего применяют перманганат калия (KMnO4). Более сложным является альтернативное непрямое определение органических примесей – общее содержание углерода, ТОС (Total Organic Carbon).

С конца 1990-х годов серьезное внимание уделяется опасности попадания в питьевую воду крупных городов стероидов и фармацевтических веществ (см. напр., [119,120]).

Данные по токсикологии металлов, в частности, новые результаты по изучению канцерогенных свойств соединений хрома, приведены в [120—130]. Анализ воздействия на человеческий организм и методов контроля содержания фторид-ионов в питьевой воде – в [122,123]. В обзорах [131—140] приведено описание новых методов анализа воды и методик определения содержания в ней загрязняющих веществ. Методы масс-спектрометрии дают возможность определить присутствие органических соединений на уровне следовых концентраций [133 – 139].

Таблица 4. Группа показателей – химические

рН – водородный показатель

Определение рН или водородного показателя воды – это вычисление значений показателя концентрации ионов гидроксония (водородных катионов), который математически равен отрицательному логарифму значения концентрации водородных ионов:

рН = -1g (Н+)

Молекулу воды относится к так называемым слабым электролитам. Степень ее собственной диссоциации на ионы (ион водорода Н+ и гидроксильный ион ОН-) очень невелика. Произведение концентраций этих ионов называется ионным произведением воды Кw:

Kw = (H+) (OH-) = (10—7) (10—7) = 10—14 (моль/л) 2

Так, оценивают, что из 10 млн. молекул воды только одна диссоциирует на ион водорода и гидроксильный ион:

Н2О – ›Н+ + ОН-

Деминерализованная чистая вода должна в идеале иметь значение рН ≈ 7.

Присутствие солей, содержащих катионы и анионы слабых кислот и оснований, оказывает сильное влияние на значение водородного показателя:

Mg2+∙H2O + H2O ↔ MgOH+ + H3O+

CO32- + H2O ↔ HCO3- + OH- и т. д.

Таким образом, рН воды всегда определяется соотношением концентраций ионов, которые участвуют в кислотно-основном равновесии для данной пробы воды. Если концентрация образующихся гидроксильных ионов выше, чем концентрация ионов водорода, то показатель рН имеет значение больше 7 и среда характеризуется, как щелочная. Если выше концентрация ионов водорода (ионов гидроксония), то pH меньше 7 и среда характеризуется, как кислая. Общие требования к качеству воды приведены в гигиенических нормативах [37,38].

Соответственно, активная реакция воды в зависимости от концентрации водородных ионов может быть нейтральной, кислой или щелочной (табл. 5).

Таблица 5. Определение рН индикаторным способом

Показатель – общая минерализация

Показатель общей минерализации характеризует суммарную концентрация всех ионов (анионов, катионов) и недиссоциированных соединений, а также растворенных в воде органических веществ, которая имеет единицы измерения грамм на литр (г/л) или на кубический дециметр (г/дм3).

Фактически, общая минерализация при определении в воде может быть по значению близка с показателем «сухой остаток», который анализируют посредством выпаривания пробы воды определенного объема, которую предварительно профильтровывают через бумажный фильтр, а далее высушивают при температуре 105—120 °С до постоянного веса. Следует учесть, что сухой осадок не учитывает фракцию отогнанных при выпаривании органических соединений. Сухой остаток можно рассчитать также путем суммирования приведенных значений концентраций анионов и катионов, определенных различными методами химического анализа. По действующим нормативам общая минерализация питьевой воды не должна превышать 1 г/л. [37,38,43, 44—46]

Показатель – жесткость воды

Наличие жесткости воды обусловлено присутствием в любой воде катионов некоторых металлов, в том числе: кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe2+, Fe3+), марганца (Mn2+) и некоторых других.

Вследствие того факта, что показатели значения концентрации ионов кальция и магния для воды естественного происхождения практически во всех случаях выше, чем для ионов других металлов, общее значение показателя жесткости определяют, основываясь на анализе концентраций именно катионов кальция и магния. В целом, значение общей жесткости определяется приведенным сложением значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. В свою очередь, постоянная жесткость вызывается присутствием в воде кальция и магния в виде сульфатов, хлоридов, силикатов, фосфатов.