Поліпшення якості води

Формування та оцінка якості природних вод

Вода - хімічна сполука водню і кисню Чиста вода безбарвна і не має запаху і смаку. Природна вода за своїм складом дуже різноманітна. До її складу входять солі (переважно у вигляді іонів, молекул і комплексів), органічні речовини (в молекулярних з'єднаннях і в колоїдному стані), гази (у вигляді молекул і гідратованих сполук), дисперговані домішки, гідробіонти (планктон, бентос, нейстон, Пагоня ), бактерії, віруси.

Під якістю природної води розуміють сукупність її властивостей, обумовлених характером містяться у воді домішок. За своєю природою домішки природних вод діляться на органічні та неорганічні. Окрему групу домішок становлять мікрофлора і мікрофауна природних водойм. Відповідно до класифікації акад. Л. А. Кульського, домішки природних вод залежно від їх фізико-хімічного стану, в значній мірі визначається дисперсністю, діляться на чотири групи.

Перша група домішок зі ступенем дисперсності 10-3 ... 10-5 см представлена зваженими у воді частинками, що утворюють суспензії та емульсії. Це частки глини і піску, малорозчинні гідроксиди металів, мулові частинки, емульсії мінеральних масел, нафтопродукти, мікроорганізми, що мешкають в товщі води, в тому числі бактерії.

Сукупність цих домішок обумовлює мутність води. Від хімічного, гідробіологічного і бактеріологічного складу домішок першої групи залежить можливість використання води для водопостачання. Каламутність природної води може істотно зростати при масовому розвитку деяких гідробіонтів, зокрема водоростей.

Другу групу домішок становлять колоїдно-розчинені домішки і високомолекулярні органічні речовини зі ступенем дисперсності 10-5 ... 10-6 см. В основному це мінеральні та органомінеральні частинки грунту і грунту, колоїдні сполуки заліза, а також гумус - продукт біохімічного розкладання рослинних і тваринних залишків. Гумусові речовини, що відносяться до другої групи домішок, представлені гуміновими і фульвокислот, створюючими колоїдні розчини і додають воді кольоровість. Колоїдні домішки другої групи збільшують каламутність води.

До третьої групи домішок відносяться молекулярно-розчинені речовини зі ступенем дисперсності 10-6 ... 10-7 см. До цієї ж групи віднесені віруси і бактеріофаги.

До розчиненим органічним сполукам природного походження відносяться продукти життєдіяльності й розкладання бактерій, актиноміцетів, плесеней, водоростей, макрофітів та інших мешканців водного середовища, а також розчинені фульвокислоти. Різні джерела забруднення істотно підвищують концентрацію органічних речовин у водоймі. Продукти життєдіяльності гідробіонтів при масовому їхньому розвитку надають воді різні запахи і присмаки, боротьба з якими представляє значні труднощі. До цієї ж групи домішок відносяться розчинені у воді гази: кисень, діоксид вуглецю.

Розчинений кисень відіграє важливу роль у біохімічних процесах, що відбуваються у водоймі. Діоксид вуглецю утворюється при окисленні органічних речовин мікроорганізмами і частково переходить в гідросферу з атмосфери. Розчинена вуглекислота споживається фотосинтетиками як джерело вуглецю. У воді деяких забруднених поверхневих водойм може бути присутнім розчинений сірководень - продукт життєдіяльності аммоніфіцірующіх і сульфатвосстанавлівающіх бактерій.

Четверту групу домішок складають речовини, диссоциирующие у воді на іони. Ступінь дисперсності їх менш 10-7 см. Це в основному різні солі, сумарна концентрація яких визначає ступінь мінералізації води. Загальний вміст солей у воді більшості природних джерел досить точно визначається катіонами Са2 +, Mg2 +, Na +, К + і аніонами НCO3-, SО42-, Cl-. Проте природні води містять також масу інших елементів: залізо, марганець, фосфор, азот і т.д., які поряд з основними катіонами і аніонами забезпечують мікроорганізмам повноцінне мінеральне живлення.

Поверхневі води характеризуються великим вмістом нерозчинних речовин, зокрема органічних сполук. Крім часток піску і глини в них є лес, мулисті речовини, різні карбонатні сполуки, гідроксиди алюмінію, марганцю і заліза, високомолекулярні органічні домішки гумусового походження, іноді у вигляді органо комплексів, планктон і ін.

Підземні води не містять великої кількості органічних речовин, але часто насичені мінеральними солями, а іноді і газами (H2S, СО2, СН4). При гідравлічного зв'язку між поверхневими і підземними водами останні відрізняються підвищеною окисляемостью. Спостерігається пряма залежність між глибиною залягання підземних вод і ступенем їх мінералізації. Підземні води часто характеризуються значною жорсткістю і підвищеним вмістом заліза, марганцю, фтору. Таким чином, різні домішки в природній воді утворюють з нею складні гомогенні і гетерогенні системи.

Склад води оцінюють фізичними, хімічними та санітарно-біологічними показниками.

До фізичним показниками відносять температуру, вміст завислих речовин, кольоровість, запахи і присмаки.

Температура води підземних джерел характеризується сталістю (8 ... 12 ° С). Температура води поверхневих джерел змінюється за сезонами року (0,1 ... 30 ° С) і залежить від надходження в них підземних вод, а також скидів використаної води.

Прозорість і каламутність характеризують наявність у воді зважених речовин (часток піску, глини, мулу, планктону, водоростей і ін.).

Кольоровість води обумовлена присутністю у воді гумусових і дубильних речовин, белково- і углеводоподобних сполук, жирів, органічних кислот та інших органічних сполук, що входять до складу живих і рослинних організмів, що населяють воду і є продуктами їх життєдіяльності або розпаду.

Кольори води вимірюють в градусах платиново-кобальтової шкали. Для питної води вона не повинна перевищувати 20 °.

Запахи і присмаки природних вод можуть бути природного (присутність заліза, марганцю, сірководню) або штучного (скидання промислових стоків) походження. Розрізняють чотири основних смаку води: солоний, гіркий, солодкий і кислий.

До запахів природного походження відносять землистий, рибний, гнильний, сірководневий, ароматичний, болотний, глинистий, тінистим та ін. До запахів штучного походження відносять хлорний, камфорний, аптечний, фенольний, хлорфенольнимі, запах нафтопродуктів.

Інтенсивність і характер запахів і присмаків води визначають органолептично, тобто за допомогою органів чуття за п'ятибальною шкалою.

Загальний, сухий, прожарений залишок (в мг / л або мг • екв / л) - поняття, що дозволяють судити про кількість солей і концентрації домішок, що містяться в природних водах. Загальний або щільний залишок характеризує вміст у воді в основному домішок неорганічного походження. Він являє собою залишок від випарювання відомого об'єму нефільтрованої води, який потім висушують при 110 ° С до постійної маси.

Сухий або розчинений залишок характеризує вміст мінеральних солей і нелетких органічних сполук. Він виходить при випаровуванні відомого об'єму обумовленою води, попередньо профільтрованої через паперовий фільтр.

Прожарений залишок характеризує вміст у випробуваної воді неорганічних домішок. Він визначається шляхом випарювання відомого об'єму води, прожарювання отриманого залишку при температурі 800 ° С і його зважуванні. Розрізняють прожарений розчинений залишок і прожарений загальний залишок. У першому випадку пробу води перед виправними фільтрують через паперовий фільтр, а в другому - ні.

Хімічний склад води характеризується: загальним соле змістом, іонним складом, жорсткістю, лужністю, окисляемостью, активної концентрацією водневих іонів (pH), сухим залишком, вмістом розчиненого кисню, вільної вуглекислоти, сірководню, активного хлору.

Солевміст води оцінюють по сухому залишку (в мг / л): ультрапрісні до 100; прісні - 100 ... 1000; слабосолоні - 1000 ... 3000; солоні - 3000 ... 10000; сільносоление - 10000 ... 50000; розсоли - 50000 ... 300000; ультрарассоли - більш 300 000.

Хлориди і сульфати (в мг / л або мг • екв / л) завдяки своїй високій розчинності присутні у всіх природних водах зазвичай у вигляді натрієвих, кальцієвих і магнієвих солей. Розчинність кухонної солі становить 360 г / л, а хлористого магнію - 545 г / л. У природних водах може бути від 60 до 100 мг / л сульфатіонов. При відсутності у воді кисню сульфатіони під дією сульфатредукцірующіх бактерій відновлюються до сірководню.

Жорсткість води обумовлена наявністю в ній солей кальцію і магнію. Жорсткість води виражають у міліграм-еквівалент на літр (1 мг • екв / л жорсткості або 12,16 мг / л іонів магнію). Розрізняють карбонатну, некарбонатную і загальну жорсткість води.

Карбонатні жорсткість обумовлена вмістом у воді карбонатних і бікарбонатних солей кальцію і магнію. При кип'ятінні води вона легко усувається, оскільки бікарбонати розпадаються з утворенням вуглекислоти і декантацією карбонату кальцію і гідроксиду магнію.

Некарбонатная жорсткість обумовлена кальцієвими і магнієвими солями сірчаної, соляної, кремнієвої та азотної кислот. Сума карбонатною і некарбонатних жорсткості визначає загальну.

Лужність води (у мг • екв / л) визначається сумою містяться у воді гідроксильних іонів і аніонів слабких кислот - вугільної, органічних. Розрізняють бікарбо- натного, карбонатну і гідратну лужність, а їх сума визначає загальну лужність води. Лужні метали (в мг / л) у природних водах зазвичай представлені іонами калію і натрію з переважанням останнього.

Окислюваність води (тобто кількість кисню в міліграмах на літр, еквівалентне витраті окислювача, необхідного для окислення домішок в даному обсязі) обумовлюється присутністю органічних і деяких легкоокисляющихся неорганічних домішок. У залежності від застосовуваного окислювача розрізняють перманганатна і біхроматной окислюваність. При цьому окислюваність в 1 мг О2 / л відповідає окисляемости 0,253 мг / л КМnО4. Для питної води окислюваність не лімітується.

Залізо і марганець присутні в природних водах у формах, що залежать від величини pH і окислювально-відновного потенціалу. Так, залізо може знаходитися в формах двох- і тривалентних іонів, органічних і неорганічних колоїдів, комплексних сполук, тонкодисперсної суспензії, сульфіду заліза, гідроксидів заліза. У підземних водах при відсутності кисню залізо і марганець зустрічаються зазвичай у формі двовалентних солей. У поверхневих водах залізо і марганець зустрічаються у формі органічних комплексних сполук, колоїдів або тонкодисперсних суспензій. Зазвичай вміст заліза та марганцю в природних водах не перевищує декількох десятків міліграм на літр, а в шахтних водах досягає декількох сотень міліграм на літр і більше. Вміст заліза в питній воді не повинен перевищувати 0,3 мг / л, а марганцю - 0,1 мг / л.

Активна реакція води є показником її лужності або кислотності, кількісно вона характеризується концентрацією водневих іонів.

На практиці активну реакцію води висловлюють водневим показником pH, що є негативним десятковим логарифмом концентрації водневих іонів, тобто pH = -lg [H +]. Для нейтральної води pH = 7, для кислої - менше 7 і для лужному - більше 7. Природні води за величиною pH можна класифікувати на кислі - pH = 1 ... 3, слабокислі - pH = 4 ... 6, нейтральні - pH = 7; слабощелочние - pH = 8 ... 10, лужні - pH = 11 ... 14. Активна реакція природних вод звичайно варіюється в межах 6,5 ... 8,5, що відповідає лімітам питної води.

Азотвмісні речовини (іони амонію, нітритні і нітратні) утворюються у воді в результаті відновлення нітритів і нітратів заліза сірководнем, гумусовими речовинами або в результаті розкладання білкових сполук, що вносяться у водойму зі стічними водами. В останньому випадку вода ненадійна в санітарному відношенні. У артезіанських водах вміст нітритів досягає десятих часток міліграм на літр, а в поверхневих водах - до тисячних часток міліграм на літр.

Кремній присутній в природних водах у формі органічних і мінеральних сполук. У воді поверхневих джерел міститься від десятих часток до декількох міліграм на літр кремнію, а в підземних водах воно досягає десятків міліграм на літр.

Сполуки фосфору зустрічаються в природних водах у вигляді суспендованих частинок мінерального і органічного походження, у вигляді іонів ортофосфорної кислоти для складного органічного комплексу. У природних водах сполуки фосфору присутні в малих кількостях, але істотно впливають на водну рослинність. Вміст сполук фосфору в питній воді не регламентовано.

Фтору в природних водах міститься до 18 мг / л і більше. Однак переважна більшість джерел централізованого водопостачання в нашій країні характеризується змістом фтор-іона до 0,5 мг / л. Фтор - активний в біологічному відношенні мікроелемент, кількість якого в питній воді щоб уникнути карієсу або флюорозу повинно бути в межах 0,7 ... 1,5 мг / л.

Йод в природних водах присутня в незначних кількостях. Він є дуже важливим біологічним мікроелементом, зміст якого в питній воді щоб уникнути ендемічного зобу не повинно бути менше 10-8 мг / л.

Токсичні речовини - миш'як, стронцій, берилій тощо., А також радіоактивні речовини - уран, радій - зазвичай потрапляють у водойми зі скиданням стічних вод.

Розчинені у воді гази - кисень, вуглекислота, сірководень, метан і азот - впливають на якість води. Так, вуглекислота, сірководень, кисень надають воді за певних умов корозійні властивості по відношенню до металів і бетонів.

Сірководень в природних водах зустрічається органічного (продукт розпаду органічних сполук) і неорганічного (розчинення мінеральних солей - сірчаного колчедану, гіпсу та ін.) Походження. Сірководень в природних шарах поверхневих вод присутній в незначних кількостях. У підземних водах його кількість досягає декількох десятків міліграмів на літр. Присутність сірководню у воді надає їй неприємний запах, сприяє корозії металу і може викликати заростання трубопроводів в результаті інтенсивного розвитку серобактерий.

Кисень потрапляє у воду при її контакті з повітрям. Його зміст залежить від температури і тиску. У артезіанських водах кисень не зустрічається, а в поверхневих його концентрації досить великі. У поверхневих водах вміст кисню зменшується при наявності організмів бродіння, гниття органічних залишків і т.п. Різке зниження вмісту кисню у воді вказує на її забруднення.

Азот у природні води проникає з повітря при розкладанні органічних залишків, а також при відновленні сполук азоту дінітрофіцірующімі бактеріями. Утворений у воді в процесі гниття рослин аміак суттєво впливає на технологію хлорування води.

Метан присутній в природних водах, що використовуються для водопостачання, як правило, в незначних кількостях.

Гідробіонти, населяють природні води, в процесі життєдіяльності впливають не тільки на склад навколишнього водного середовища, а й на якість води.

На процеси формування і самоочищення води гідратація значно впливає, так як багато її представники використовують розчинені органічні речовини, деякі тварини-фільтратори харчуються бактеріями, водоростями і т.п.

Санітарно-бактеріологічними показником якості води є коли-титр або колі-індекс, а також загальне число містяться у воді бактерій. Бактерії та віруси з числа патогенних, тобто паразитів, що живуть на живому субстраті, що розвиваються у воді, можуть викликати захворювання черевний тиф, паратиф, дизентерію, бруцельозом, інфекційним гепатитом, гострим гастроентеритом, сибірську виразку, холеру, поліомієлітом, туляремією, кон'юнктивітом і т.д.

У зв'язку з тим що при біологічному аналізі води визначення патогенних бактерій утруднено, бактеріологічні визначення зводяться до знаходження загального числа бактерій в 1 мл води, зростаючих при 37 ° С, і кишкової палички - бактерії Coli. Наявність останньої має індикаторні функції, тобто свідчить про забруднення води виділеннями людей і тварин тощо Мінімальний обсяг випробуваної води (в мл), який припадає на одну кишкову паличку, називають колі-титром, а кількість кишкових паличок в 1 л води - колі-індексом.

Господарсько-питна вода повинна відповідати вимогам якості, які регламентовані ГОСТ 2874-82 "Вода питна" та Санітарними правилами і нормами охорони поверхневих вод від забруднення (СанПіН № 4630-88).

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >