Характеристики качества природной воды. Жесткость воды

Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Быт. Хозяйство. Строительство.Техника

§ 79. Характеристики качества природной воды

Качество воды определяется наличием в ней различныхвеществ неорганического и органического происхождения, а такжемикроорганизмов. Примеси могут содержаться в воде    в    различномсостоянии:

а)         во взвешенном — в виде отдельных частиц(грубодисперсная взвесь);

б)         в коллоидном; в) в растворенном.

Рассмотрим основные свойства воды природных источников,указывая попутно их значение для различных потребителей и требования котдельным качественным характеристикам воды.

Содержание взвешенных веществ. Мутность. Количественноесодержание взвешенных веществ в воде может быть определено илинепосредственно — весовым способом, или косвенно — путем определения мутности(или прозрачности) воды.

Мутность воды обусловливается наличием в ней различногорода

механических примесей, находящихся во взвешенномсостоянии: частиц песка, глины, илистых частиц органического происхождения идр. Мутность обычно свойственна воде поверхностных источников и главнымобразом рек. От характера грунта дна и берегов рек и от скорости течения водызависит степень вымывания частиц грунта, увлекаемых водой. Чем меньше размерычастиц грунта, тем большее количество их несет река. Чем больше скоростьтечения, тем больших размеров частицы могут увлекаться водой. Приопределенной скорости течения воды частицы эти поддерживаются во взвешенномсостоянии и придают воде мутность.

Мутность воды определяют специальными приборами — мутномерами.

В настоящее время для определения мутности стали применятьприборы, основанные на действии фотоэлементов, — нефелометры.

Прозрачность воды измеряют в стеклянном цилиндре илистеклянной трубке с сантиметровой шкалой. При этом определяют толщину слояводы (в см), через который еще виден нанесенный черной краской на белойпластинке условный знак в виде двух крестообразно расположенных линийтолщиной 1 мм (крест) или специальный стандартный шрифт. Таким образом,прозрачность измеряется в см вод. ст.

Содержание взвешенных веществ в речной воде (аследовательно, ее мутность и прозрачность) меняется в течение года, возрастаяв период дождей и доходя до максимума в период паводков. Наименьшая мутность(наибольшая прозрачность) речной воды наблюдается обычно в зимнее время,когда река покрыта льдом. В озерах и искусственных водохранилищах мутность,как правило, незначительна и обусловливается поступлением мутной воды из рек,питающих данные водоемы, а также поверхностных стоков с их берегов. В большихводоемах замутнение воды происходит в результате взмучивания осадков со днапри волнении в ветреную погоду.

Мутность некоторых рек достигает весьма значительнойвеличины (до нескольких тысяч мг/л).

В СССР повышенной мутностью отличаются реки южных районов,в частности реки среднеазиатских республик. Реки средней и северной частейСССР и многие реки Сибири имеют значительно меньшую мутность. Водам подземныхисточников, как правило, свойственна большая прозрачность.

Использование мутной воды (без ее предварительногоосветления) для некоторых категорий потребителей нежелательно или даженедопустимо.

Требования к качеству воды, подаваемой водопроводами дляхозяйственно-питьевых нужд, регламентируются государственными стандартами.Согласно ГОСТ 2874—73, количество взвешенных веществ в воде, подаваемой дляхозяйственно-питьевых целей централизованными водопроводами, не должно бытьболее 1,5 мг/л.

Многие производственные потребители могут использоватьводу с содержанием взвешенных веществ более высоким по сравнению сдопускаемым для питьевой воды. Однако для ряда производственных потребителейиспользование мутной воды нежелательно. Так, использование воды, содержащеймеханические примеси, для охлаждения влечет за собой в некоторых случаяхбыстрое засорение охлаждающей аппаратуры. Допускаемое содержание взвеси вохлаждающей воде зависит от типа этой аппаратуры.

Цветность. Желтоватый,   коричневый   илижелто-зеленый   оттенки воды  природных источников объясняются главнымобразом присутствием в воде гумусовых веществ

Цветность свойственна воде рек, питающихся частично болотнойводой, а иногда и воде водохранилищ. Измеряется цветность в градусах по такназываемой платино-кобальтовой шкале путем сравнения исследуемой воды сводой, имеющей эталонную цветность.

Цветность питьевой воды, подаваемой водопроводом, недолжна превышать 20 град. В исключительных случаях, по согласованию сорганами санитарного надзора, может быть допущена цветность воды до 35 град.

Использование воды со значительной цветностью на техпредприятиях, где происходит непосредственное соприкосновение воды с фабрикатамив процессе их изготовления (например, в текстильной промышленности), можетвызвать ухудшение качества продукции.

Запахи и привкусы воды. Наличие запахов и привкусов у водыприродных источников обусловливается присутствием в ней растворенных газов,различных минеральных солей, а также органических веществ и микроорганизмов.Запах и привкус имеют болотные и торфяные воды, а также воды, содержащиесероводород; в ряде случаев запах обусловливается присутствием в воде живыхили гниющих после отмирания водорослей. Неприятный запах имеет вода послехлорирования при наличии в ней некоторых количеств остаточного хлора.Интенсивность запаха, как правило, увеличивается с повышением температурыводы.

Привкус солоноватый и даже горько-солоноватый часто имеютсильно минерализованные воды подземных источников.

Для количественной оценки запаха и привкуса воды применяютобычно условную пятибалльную шкалу. Следует, однако, отметить, что эта оценкав значительной мере субъективна, так как зависит от индивидуальной восприимчивостиисследователя.

Согласно ГОСТ 2874—73, питьевая вода при температуре ее 20°Си при ее подогревании до 60° С не должна иметь запах более 2 баллоз и привкус(при 20°С) более 2 баллов.

В большинстве случаев при использовании воды дляпроизводственных целей запах и вкус воды сами по себе несущественны. Однаконаличие их может указывать на присутствие в воде нежелательных примесей.

Температура воды. Температура воды поверхностныхисточников колеблется в течение года в весьма широких пределах (для территорииСССР — от близкой к нулю до 25°С, а иногда и выше). Воды подземные, вособенности артезианские, имеют почти постоянную температуру в течение года.

Для питьевых целей наиболее желательно использование водытемпературой 7—12° С.

Для некоторых производственных потребителей температураводы источника имеет большое значение. Так, низкая температура весьмажелательна для воды, идущей на охлаждение или на конденсацию пара, так какона позволяет уменьшить количество расходуемой воды.

Жесткость воды. Жесткость воды обусловливается содержаниемв ней солей кальция и магния.

Различают карбонатную жесткость, обусловливаемую наличиемв зоде двууглекислых солей кальция и магния, и некарбонатную, при которой вводе содержатся другие соли Са и Mg (сульфаты, хлориды, нитраты и др.).

Суммарная жесткость воды называется общей жесткостью.Вода разных природных источников имеет весьма различную жесткость. Речнаявода, за некоторыми исключениями, обладает относительно небольшой жесткостью.Так, вода Волги (у г. Куйбышева) имеет жесткость 4,5— 6 мг-экв/л, жесткостьводы Москвы-реки колеблется в течение года от 2 до 5 мг-экв/л. Весьма малуюжесткость имеет вода Невы (около 0,7 мг-экв/л). Вместе с тем вода рек,прорезающих толщу известковых и гипсовых пород, часто отличается весьмабольшой жесткостью. Жесткость речной воды обычно меняется в течение года,снижаясь до минимального значения в период паводков. Воды подземных источниковв большинстве случаев имеют более значительную жесткость, чем поверхностныеводы.

Для питья может использоваться относительно жесткая вода,так как наличие в воде солей жесткости не вредно для здоровья и обычно неухудшает ее вкусовых качеств. Однако использование воды с большой жесткостьюдля хозяйственных целей вызывает ряд неудобств: образуется накипь на стенкахварочных котлов и кипятильников, увеличивается расход мыла при стирке,медленно развариваются мясо и овощи и т. д. Поэтому общая жесткость воды,подаваемой водопроводами для хозяйственно-питьевых нужд, согласно ГОСТ2874—73, не должна превышать 10 мг-экв/л.

Использование жесткой воды для производственных целей вомногих случаях не может быть допущено, так как связано с рядом нежелательныхпоследствий. Применение жесткой воды не допускается для питания паровыхкотлов, а также для ряда производств (для некоторых отраслей текстильной ибумажной промышленности, предприятий искусственного волокна и др.).

Значительная карбонатная жесткость не допускается длясистем оборотного водоснабжения.

Содержание газов. В воде природных источников наблюдаетсячаще всего присутствие следующих газов: кислорода Ог, углекислоты СОг исероводорода Нг$.

Содержание кислорода и углекислоты даже в значительныхколичествах не ухудшает качества питьевой воды, но способствует коррозииметаллических стенок труб, резервуаров, котлов. Процесс коррозии усиливаетсяс повышением температуры воды, а также при движении ее вдоль металлическихстенок (например, по трубам). При значительном содержании в воде агрессивнойуглекислоты коррозии подвергаются также стенки бетонных труб и резервуаров. Впитательной воде паровых котлов среднего и высокого давления присутствиекислорода не допускается.

Содержание сероводорода придает воде неприятный запах и,кроме того, вызывает коррозию металлических стенок труб, баков и котлов. Всвязи с этим присутствие H2S не допускается в воде, употребляемой дляхозяйственно-питьевых и для большинства производственных нужд.

Содержание соединений железа. Железо довольно частовстречается в воде подземных источников, в основном в форме растворенногодвухвалентного железа. Иногда железо содержится и в поверхностных водах — вформе комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсной взвеси.

Наличие железа в водопроводной воде может придавать ейплохой вкус, вызывает отложение осадка и зарастание водопроводных труб. Прииспользовании такой воды для стирки белья на нем остаются пятна.

Согласно ГОСТ 2874—73, в воде, подаваемойцентрализованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержаниежелеза допускается в количестве не более 0,3 мг/л. При использованииподземных вод в исключительных случаях по согласованию с органамисанитарно-эпидемиологической службы в водег подаваемой в водопроводную сеть,может быть допущено содержание железа в количестве до 1 мг/л. На многихпромышленных предприятиях, где вода употребляется для промывки фабриката впериод его изготовления, в частности в текстильной промышленности, даженевысокое содержание железа в воде ведет к браку   продукции.

Содержание азотистых соединений. Наличие азотсодержащихсоединений— нитратов (МОГ), нитритов (NO~) и аммонийных солей (NH?) — в водеповерхностных источников или в подземных водах может обусловливатьсязагрязнением этих вод сточными водами. При этом наличие аммонийных соединенийуказывает на свежее загрязнение, а наличие нитритов — на относительнонедавнее загрязнение. Содержание в воде нитратов может указывать на давнее(уже ликвидированное) загрязнение источника сточными водами.

Однако нитраты, обнаруженные в водах источника, могут бытьи неорганического происхождения и не свидетельствовать о загрязнении источника.

По ГОСТ 2874—73 в питьевой воде допускается содержаниенитратов (по N) не более 10 мг/л.

Содержание сульфатов и хлоридов. Сульфаты — соли сернойкислоты. Сульфаты кальция и магния образуют соли некарбонатной жесткости;сульфат натрия, содержащийся в больших дозах, вреден для желудка.

Хлориды — соли соляной кислоты. Хлорид кальция СаСЬобусловливает некарбонатную жесткость воды. Хлорид натрия NaCl содержится взначительных количествах в воде морей, а также некоторых озер и подземныхисточников. По ГОСТ 2874—73 предельно допустимое содержание в воде сульфатов(SOf») — 500 мг/л и хлоридов (С1~) —350 мг/л.

Содержание кремнекислоты. Кремнекислота встречается в водекак подземных, так и поверхностных источников в различной форме (отколлоидной до ионнодисперсной). Воды, содержащие кремнекислоту, не могут бытьиспользованы для питания котлов высокого давления, так как образуютсиликатную накипь на их стенках.

Содержание фтора. Согласно требованиям ГОСТ 2874—73,содержание фтора в питьевой воде должно поддерживаться в пределах 0,7— 1,2мг/л (в зависимости от климатических условий).

Содержание растворенных веществ (сухой остаток). Общееколичество веществ (кроме газов), содержащихся в воде в растворенном иликоллоидном состоянии, характеризуется сухим остатком, получаемым з результатевыпаривания профильтрованной воды и высушивания задержанного остатка допостоянной массы. В воде источника, используемого для хозяйственно-питьевыхцелей, сухой остаток не должен превышать 0 мг/л и в особых случаях 1500мг/л.

Величина сухого остатка лимитируется также в воде, идущейдля питания паровых котлов и используемой в ряде производств (синтетическогокаучука, искусственного волокна, кинопленки и др.).

Активная реакция воды. Активная реакция водыхарактеризуется показателем концентрации в ней водородных ионов (рН). Принейтральной реакции рН=7; при кислой реакции.рН7.

Согласно ГОСТ 2874—73, вода, подаваемаяхозяйственно-питьевым водопроводом, должна иметь рН в пределах 6,5—9,5. Длявод большинства природных источников значение рН не выходит из указанныхпределов.

Для правильной оценки качества воды, действия ее наводопроводные сооружения и выбора метода ее очистки необходимо знать значениерН воды источника в различные периоды года. При низких значениях рН, т. е.при кислой реакции воды, сильно возрастает ее корродирующее действие поотношению к стали и бетону.

Бактериальная загрязненность воды. Общая бактериальнаязагрязненность воды характеризуется количеством бактерий, содержащихся в 1 млводы. Согласно ГОСТ 2874—73, питьевая вода не должна содержать болеебактерий в 1 мл (при стандартном методе исследования).

Особую важность для санитарной оценки воды имеетопределение наличия в ней бактерий группы кишечной палочки. Присутствиекишечной палочки свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и,следовательно, о возможности попадания в нее болезнетворных бактерий, вчастности бактерий брюшного тифа. Путем бактериологического анализа водыопределяют число кишечных палочек в 1 л воды (так называемый коли-индекс) илитот наименьший объем воды, в котором еще обнаруживается кишечная палочка (коли-титр).

Воды некоторых поверхностных источников бывают весьмазагрязнены в бактериальном отношении.

Согласно требованиям стандарта, в питьевой воде,подаваемой в сеть хозяйственно-питьевых водопроводов, может содержаться неболее трех кишечных палочек в  1 л.

В большинстве производств бактериальное загрязнение водыне препятствует ее использованию для технических целей. Исключение составляютпредприятия пищевой промышленности, для которых требуется вода питьевогокачества.

Здесь перечислены лишь основные свойства воды природныхисточников. В практике использования воды водоемов для различных потребителейприходится встречаться еще с целым рядом специфических свойств воды.Например, согласно требованиям ГОСТ 2874—73, питьевая вода, подаваемаяводопроводом, не должна содержать более 0,05 мг/л мышьяка, 1 мг/л меди, 5 мг/лцинка и 0 ,1 мг/л свинца.

Следует отметить, что данных, получаемых в результатеобычных физико-химических и бактериологических анализов природной воды, ещенедостаточно для проектирования очистных сооружений. По этим даннымневозможно определить расчетные параметры технологического процесса очисткиводы (требуемые дозы химических реагентов, скорость процесса на отдельных егоэтапах, продолжительность обработки воды в отдельных сооружениях и т. п.), ав ряде случаев и выбрать технологическую схему очистки. Поэтому исследуемуюводу необходимо подвергать специальному технологическому анализу, которыйдает дополнительные данные для возможности выбора наиболее надежного иэкономичного метода ее очистки и проектирования соответствующих очистныхсооружений.

Поверхностные источники характеризуются большимиколебаниями качества воды и количества загрязнений в отдельные периоды года.Качество воды рек и озер в большой степени зависит от интенсивности выпаденияатмосферных осадков, таяния снега, а также от загрязнения ее поверхностнымистоками и сточными водами городов и промышленных предприятий.

Речная вода обычно характеризуется значительнымсодержанием взвешенных веществ, т. е. мутностью, часто цветностью, малымсодержанием солей, относительно малой жесткостью, наличием большогоколичества органических веществ, относительно высокой окисляе-мостью изначительным содержанием бактерий. Сезонные колебания качества речной водынередко бывают весьма резкими. В период паводков, как казывалось ранее,сильно возрастает мутность и бактериальная загрязненность воды, но обычноснижается ее жесткость (щелочность и солесодержание). Сезонные изменения качестваводы в значительной степени влияют на характер работы очистных сооруженийводопровода в отдельные периоды года. Характерной особенностью речной водыявляется ее способность к самоочищению. Она выражается в том, что врезультате ряда естественных биохимических процессов, протекающих в речнойводе, концентрация загрязнений от поступающих в нее стоков постепенноуменьшается.

Морская вода (особенно вода океанов) отличается весьмавысоким содержанием солей. Сухой остаток колеблется в пределах 3,3—3,6% массыводы. Общая жесткость ее достигает 140 мг-экв/л; при этом только около 4 мг-экв/лприходится на долю карбонатной жесткости. Морская вода в большой мереобладает коррозионным действием.

Воды подземных источников, особенно глубоко залегающиеартезианские воды, характеризуются большой прозрачностью, отсутствиемцветности, значительным содержанием различных минеральных солей (большойжесткостью и иногда наличием железа, марганца и др.). Санитарное состояниеподземных вод, если они защищены водонепроницаемым слоем от проникания стоковс поверхности земли, бывает иногда настолько хорошим, что эти воды можно безкакой-либо очистки подавать в сеть питьевых водопроводов.