31
вых условиях, используют колориметрический метод или метод одноцветных нитрофенольных индикаторов.
Одноцветные индикаторы - это слабые кислоты, неокрашенные в недиссоциированном состоянии и окрашенные в диссоциированном, поэтому интенсивность окраски их пропорциональна степени диссоциации, которая зависит от концентрации водородных и гидроксильных ионов.
Для определения концентрации водородных ионов в природных водах наиболее часто применяют индикатор мета-нитрофенол.
3.2.2 Щ е л о ч н о с т ь в о д ы
Щелочностью воды называется содержание в ней веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами.
Ca(HCO3 )2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 + 2H2O .
Расход кислоты выражает общую щелочность воды.
Щелочность воды объясняется присутствием в воде сильных оснований, слабых оснований (гидроксид аммония, анилин, пиридин) и анионов
слабых кислот (HCO3-, CO32-, H2PO4-, HPO42-, HSO3-, SO32-, HS-, S2- и т.д.). Общая щелочность воды (Щобщ) связана с присутствием в ней ионов
ОН-, СО32-, НСО3-.
3.2.3 Ж е с т к о с т ь в о д ы
Жесткость воды связана с присутствием в ней растворимых кальциевых и магниевых солей различных кислот. Жесткость воды бывает карбонатная и некарбонатная. При карбонатной жесткости, называемой временной жесткостью, в воде присутствуют гидрокарбонаты кальция и магния, ее можно почти полностью устранить кипячением:
0
Ca(HCO3 )2 t →CaCO3 ↓ +CO2 + H2O
0
Mg(HCO3 )2 t →MgCO3 ↓ +CO2 + H2O Некарбонатная жесткость, называемая постоянной, обусловлена
присутствием в воде кальциевых и магниевых солей других минеральных кислот, исключая угольную, кипячением не устраняется.
Жесткость воды подразделяют на кальциевую и магниевую. Жесткость выражают в миллиграмм-эквивалентах растворимых солей
кальция и магния на литр.
По жесткости вода подразделяется следующим образом: очень мягкая (от 0 до 1,5 мг-экв/л), мягкая (от 1,5 до 3 мг-экв/л), средней мягкости (от 3 до 4,5 мг-экв/л), довольно жесткая (от 4,5 до 6,5 мг-экв/л), жесткая (от 6,5 до 11 мг-экв/л) и очень жесткая (свыше 11 мг-экв/л).
32
По ГОСТ 2874-73 "Вода питьевая" общая жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л, и лишь в отдельных случаях допускается по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы 10 мг-экв/л. Содержание минеральных примесей не должно превышать 1 г/л.
Соли, обусловливающие жесткость воды, не являются вредными для организма, однако присутствие их в воде в больших количествах нежелательно, так как они делают воду непригодной для хозяйственных нужд. В жесткой воде плохо развариваются овощи, перерасходуется мыло при стирке белья, выпадает осадок в водопроводных трубах и т.д. Вода, содержащая такие соли, совершенно непригодна для питания паровых котлов из-за образования плотных слоев накипи на внутренних стенках, которая приводит к перегреву котла и способствует его быстрому разрушению. Поэтому воду, которую используют для питания паросиловых установок, а также ТЭЦ, подвергают специальному умягчению. Вода с повышенной карбонатной жесткостью непригодна для охлаждения технологического оборудования. Охлаждая теплообменную аппаратуру, вода нагревается. При нагревании происходит разложение гидрокарбонатов кальция и выпадение карбонатов в осадок, которые и забивают теплообменник.
3.2.4 К и с л о т н о с т ь в о д ы
Кислотностью воды называется содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными основаниями. Объем 0,1 н. раствора щелочи, израсходованный на титрование таких веществ, соответствует общей кислотности воды и обозначается Р. В природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободной растворенной углекислоты:
CO2 + H2O → H2CO3 → H + + HCO3− → 2H + + CO32− .
Часть кислотности, обусловленная присутствием гуминовых и других слабых органических кислот, растворенных в воде, называется естественной кислотностью воды. Обычно рН такой воды не бывает ниже 4,5.
Кислотность воды в единицах рН должна быть в пределах 6,5-9,5.
3.2.5С о е д и н е н и я ж е л е з а
В некоторых природных водах отмечается повышенное содержание соединений железа. Эти соединения не обладают выраженными токсичными свойствами, но ухудшают качество воды, придавая ей при концентрации ионов Fe3+ более 0,3 мг/л железистый привкус. Поэтому допустимая концентрация ионов железа в питьевой воде составляет 0,3 мг/л.
ПДК железа в воде водоемов составляет 0,5 мг/л. Для ионов тяжелых металлов установлены следующие значения ПДК: ртуть - 0,005; мышьяк (III) - 0,05; свинец - 0,03; цинк - 5; медь - 1; хром (VI) - 0,1; хром (III) - 0,5.
33
3.2.6Х л о р и д ы и с у л ь ф а т ы
Постоянные компоненты природных вод - хлориды и сульфаты - при высоком содержании также отрицательно влияют на качество воды. Так, при концентрации хлоридов более 500 мг/л у воды появляется солоноватый вкус. Сульфаты, если содержание их в воде превышает 500 мг/л, угнетают некоторые функции организма.
Хлориды являются составной частью большинства природных вод. Большое содержание хлоридов геологического происхождения в поверхностных водах - явление редкое. Поэтому обнаружение большого количества хлоридов является показателем загрязненности воды бытовыми или некоторыми промышленными сточными водами.
Естественное содержание сульфатов в поверхностных грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами в водоносных слоях. Их содержание определяет в известной мере некарбонатную жесткость воды. Содержание сульфатов в водоемах может быть повышенным вследствие сброса в них сточных вод с неорганическими и органическими соединениями серы.
По ГОСТ допускается содержание хлоридов в питьевой воде до 350 мг/л, сульфатов - до 500 мг/л.
3.2.7 С о е д и н е н и я а з о т а
В природных водах азот содержится в форме аммиака, нитритов и нитратов. Азотсодержащие вещества поступают в водоемы со сточными водами содовых, азотнотуковых, коксохимических и других предприятий, с бытовыми сточными водами, а также образуются в воде в результате разложения органических белковых соединений, содержащихся в некоторых промышленных сточных водах. ПДК аммиака в воде водоемов составляет 2 мг/л (по азоту), нитратов - 10 мг/л (по азоту).
3.2.8О к и с л я е м о с т ь
Окисляемостью называется общее содержание в воде веществ минерального и органического характера, реагирующих с сильными окислителями. Количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, есть величина окисляемости, которая выражается числом миллиграммов кислорода, идущего на окисление примесей, содержащихся в 1 л воды (мг О2/л), что является основой метода количественного определения загрязнений в воде и называется ХПК (химическое потребление кислорода).
В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную окисляемость и бихроматную.
При определении перманганатной окисляемости окислителем является перманганат калия в кислой среде. Степень окисления перманганатом калия зависит от химической природы окисляемых веществ и может колебаться в
34
широких пределах. Перманганатная жесткость является очень хорошей
характеристикой питьевых вод, а также вод рек, защищенных от попадания каких-либо промышленных отходов. В чистых родниковых и артезианских водах окисляемость обычно составляет от 1,0 до 2,0 мг О2/л. Окисляемость речной воды колеблется в широких пределах от 1,0 до 60 мг О2/л. Высокие значения ее характерны для рек, бассейны которых расположены в болотистых местностях. Резкое повышение окисляемости воды свидетельствует о загрязнении водного источника и требует применения соответствующих мероприятий при его использовании. Внезапное повышение окисляемости питьевой воды всегда является следствием загрязнения ее бытовыми или промышленными стоками.
Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самоочищения. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой. Если загрязнения настолько велики, что самоочищения воды не происходит, существуют специальные методы и средства для очистки сточных вод.
4 ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОДНЫХ СТОКОВ
Очистка сточных вод осуществляется механическим, физикохимическим, химическим, электрохимическим и биологическим методами. Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание (дезинфекция) сточных вод.
4.1Методы механической очистки
Для механического удаления из сточных вод нерастворенных примесей применяют решетки, сита, отстойники, фильтры, центрифуги, песколовки, жироловки, маслоловушки, нефтеловушки. Механической очисткой можно выделить из производственных сточных вод до 95 % нерастворенных примесей.
4.2 Физико-химические методы очистки сточных вод
Флотация - удаление из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. Процесс очистки вод, содержащих ПАВ, нефть, масла, волокнистые материалы, этим методом заключается в прилипании частиц флотируемого материала к пузырькам газа, всплывании этих комплексов и удалении пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.
Коагуляция - потеря коллоидными частицами агрегатной устойчивости и слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения или перемешивания. В результате образуются более крупные частицы (агрегаты). Флокуляция отличается от коагуляции тем, что в процессе очистки в сточные воды вводят специальные добавки
35
(флокулянты), способствующие интенсивному оседанию рыхлых хлопьевидных скоплений.
Сорбция - процесс поглощения вещества твердым телом или жидкостью. В качестве поглощающих тел (сорбентов) применяют искусственные и природные пористые материалы: золу, кокс, торф, силикагели, алюмогели, активированные угли и глинистые материалы.
Экстракция - выделение (извлечение) загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей в соответствии с его растворимостью в них. Этот метод применяют в случаях, когда в сточных водах относительно высокое содержание ценных растворенных органических веществ (фенолы, жирные кислоты и др.). В дальнейшем извлекаемые вещества утилизируют.
Ионный обмен - процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Очистка производственных сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, хром, цинк, свинец, медь, ПАВ, радиоактивные вещества).
По знаку заряда иониты делятся на катиониты и аниониты. Иониты подразделяются на природные и искусственные. Ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам - ионообменным смолам.
К мембранным методам очистки сточных вод относятся электродиализ, ультрафильтрация и обратный осмос.
Электродиализ заключается в выделении электролитов из воды под действием постоянного электрического тока при использовании электрохимически активных ионитовых мембран. Применяют электродиализ для очистки природных и сточных вод от растворенных солей.
Ультрафильтрация и обратный осмос основаны на явлении освобождения воды от примесей при прохождении последней через полупроницаемую мембрану под действием прилагаемого извне давления. Прилагаемое давление в методе ультрафильтрации составляет Р=0,07-0,7 МПа, а для обратного осмоса Р=1-10 МПа. Молекулярная масса оделяемых примесей для ультрафильтрации М>500, для обратного осмоса М<500. Обратный осмос и ультрафильтрацию успешно используют при очистке сточных вод химических, целлюлозно-бумажных и других производств для удаления растворенных солей и органических примесей.
4.3 Методы химической очистки
В сточные воды добавляют такие химические реагенты, которые, вступая в реакцию с загрязнениями, способствуют выпадению в осадок нерастворенных веществ. Некоторые нерастворенные вещества переводятся в безвредные растворенные. К химическим методам очистки сточных вод относятся нейтрализация, окисление и восстановление. Химический метод очистки позволяет уменьшить количество нерастворенных загрязнений до 95 %, растворенных – до 25 %.