Sэлементы
 Скачать 430.99 Kb.
|
4.1 Состав природных водЧеловечество широко использует для своих нужд природную воду. Общие запасы воды на Земле огромны. Однако оновная часть воды приходится на Мировой океан. По материалам ЮНЕСКО (1970) запасы воды распределены следующим образом: океаны - 97,2%, ледники и ледниковые шапки - 2,15%, подземные воды - 0,625%, пресные озера и реки - 9·10-3%, соленые озера и внутренние моря - 8·10-3%, атмосфера - 10-3%, реки - 10-4%, запасы пресной воды, доступной для использования, составляют всего 0,15% объема гидросферы (около 0,2 млн. км3). В природе идет непрерывный круговорот воды. Вода, испаряясь, поступает в атмосферу, а затем выпадает в осадки над океаном (65-75%) и сушей (35-25%). Природная вода находится в непрерывном взаимодействии с окружающей средой. Она реагирует с атмосферой, почвой, растительностью, минералами различными породами. При этом вода растворяет органические и неорганические соединения. Состав природных вод определяется характером этого взаимодействия. Все примеси природных вод можно подразделить на три группы в зависимости от размера частиц: истинно растворенные, коллоидные и взвешенные. Истинно растворенные вещества находятся в виде ионов и молекул и имеют размеры менее 1нм. Коллоидные частицы имеют размеры от 1 до 200 нм. Взвешенные или грубодисперсные частицы имеют размеры свыше 0,1 мкм. По химическому составу примеси подразделяют на органические и неорганические. Первые имеют, как правило, очень сложный состав и находятся в коллоидном или истинно растворенном состоянии. Неорганические примеси находятся в основном в виде ионов: Na+, Ca2+, Mg2+, K+, Cl-, SO42-, HCO3-. В воде растворены азот, кислород, углекислый и другие газы. Между угольной кислотой и её анионами устанавливается равновесие, называемое углекислотным:    При повышении рН равновесие сдвигается в сторону образования карбонат-ионов, которые доминируют при рН>10. При понижении рН равновесие сдвигается в сторону образования Н2СО3, которая превалирует при рН<6. Вода, у которой угольная кислота, гидрокарбонат - и карбонат-ионы находятся в равновесии, называется стабильной. При сдвиге равновесия в сторону образования угольной кислоты вода становится агрессивной, при этом повышается её коррозионная активность. При сдвиге равновесия в сторону образования карбонат-ионов из воды выпадает малорастворимый карбонат кальция. Для получения воды, пригодной для питья, природные воды подвергаю очистке. Основные этапы водоподготовки включают: . Отделение крупных механических примесей, путем пропускания через слой речного песка, фильтр, барабанные сетки. . Осветление (Обработка воды сульфатом алюминия с целью адсорбции образующимся гидроксидом алюминия минеральных и органических примесей, обуславливающих цветность). Обеззараживание (хлорирование или озонирование). . Умягчение. Осветление воды позволяет избавится от коллоидных примесей и ионов тяжелых металлов. Попадая в воду сульфат алюминия реагирует с содержащимися в ней гидрокарбонатами: Al2 (SO4) 3 + 3Ca (HCO3) 2 = 3CaSO4↓ +Al (OH) 3 + 6CO2 Образуется хлопьевидный аморфный гидроксид Al (OH) 3 с высокоразвитой поверхностью. Положительно заряженные ионы алюминия нейтрализуют отрицательно заряды коллоидных частиц, они слипаются и обволакиваются хлопьями Al (OH) Гидроксогруппы, находящиеся на поверхности осадка, связывают присутствующие в растворе ионы тяжелых металлов. Состав природных вод характеризует некоторыми технологическими показателями, в том числе жесткостью, реакцией среды, щелочностью, солесодержанием, окисляемостью. Жёсткость воды отражает содержание в ней ионов кальция и магния. Она выражается в ммоль/л: Ж= ([Ca2+] + [Mg2+]). Различают карбонатную и некарбонатную жесткость. Карбонатной называют жесткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния. Некарбонатная жесткость представляет собой разность между общей и карбонатной жесткостью. Щёлочность воды выражается суммой концентраций ионов гидроксида и анионов слабых кислот HCO-; СО32-. Вода характеризуется солесодержанием, которое равно общей концентрации солей. Состав природных вод зависит от их вида и расположения водоёма или источника воды. Воды рек имеют обычно невысокое солесодержание: 0,5-0,6 г/л. Более высоким солесодержанием обладают подземные воды. Содержание солей в водах океанов и открытых морей примерно одинаково и составляет 35 г/л, причём основными ионами являются Na+ и Cl-. Солесодержание внутренних морей ниже, чем океанов. Например, солесодержание Каспийского моря 3-23 г/л, а Чёрного моря 17-18г/л. Окисляемость отражает содержание примесей, способных взаимодействовать с окислителями. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) определяет расход кислорода на разложение органических веществ путём окисления бактериями. Определяется по изменению концентрации кислорода в воде до и после её выдержки в темноте в течение пяти суток при 200С (БПК5). По БПК судят о степени загрязнения воды. Вода с БПК до 30 мг/л считается практически чистой, с БПК - 30-80 мг/л - слабозагрязнённой и с БПК>80 - сильно загрязнённой. Использование воды. Пресные природные воды применяются в сельском хозяйстве (около 82%), в основном для ирригации, в быту (около 10%), в промышленности (около 8%) для охлаждения, а также как энергоноситель, транспортное средство, растворитель. Содержащиеся в воде примеси могут быть вредным для объекта водоснабжения, поэтому нормируется. Например, в водопроводной воде нормируется БПК, содержание бактерий, ионов жесткости и других ионов. Таблица 4 Максимально допустимая концентрация ионов в питьевой воде (сmax, мг/л)
Соли жесткости и другие малорастворимые примеси технических вод осаждаются на стенках котлов и других аппаратов, снижая эффективность этих устройств. Хлориды натрия и некоторые другие примеси в котлах переходят в пар и затем, осаждаясь на лопатках турбин, изменяют их профиль и соответственно снижают КПД электростанций. Растворенные в воде кислород, диоксид углерода, ионы железа и нитрит-ионы вызывают коррозию металлов. Поэтому природные воды перед использованием очищаются от значительной части примесей. |