Показатели качества чистой воды

Классификация примесей

Все примеси по степени дисперсности (крупности) делятся на:

1. грубодисперсные, более 100 мкм;

2. коллоидно-дисперсные, 1-100 мкм;

3. молекулярно-дисперсные, менее 1 мкм.

Грубодисперсные и коллоидно-дисперсные примеси образуют с водой гетерогенную систему, т.е. систему с наличием границ раздела между фазами.

Молекулярно-дисперсные примеси образуют с водой гомоген­ную систему, истинные растворы.

Грубодисперсные частицы задерживаются при фильтровании через обыкновенную фильтровальную бумагу.

Коллоидные и молекулярно-дисперсные частицы не задержива­ются фильтровальной бумагой.

Грубодисперсные вещества обуславливают мутность природных вод.

Это механические примеси: песок, глина и другие частицы ми­нерального и органического происхождения, которые уносятся с верхнего покрова земли дождями или талыми водами во время весен­них и осенних паводков, а также попадают в воду в результате размы­ва русла рек.

Прозрачная вода содержит грубодисперсных веществ менее 5 мг/л. С течением времени частицы грубодисперсных веществ осаж­даются в воде, если их плотность больше плотности воды.

Коллоидно-дисперсные вещества. Они свободно проходят через бумажный фильтр, но не проникают через мелкие поры животных и растительных перепонок. Коллоидные частицы не осаждаются даже в течение длительного времени.

В природных водах в коллоидно-дисперсном состоянии находят­ся соединения кремния, алюминия, железа, а также органические ве­щества, образующиеся в результате распада животных и раститель­ных организмов.

К молекулярно-дисперсным веществам относятся растворенные в воде соли, кислоты, щелочи.

Состав природных вод определяется следующими ионами: Са2+, Mg2+, Na+, ,

Иногда: ‘, , , NH4+, , Fe2+, Cu2+.

Ионы Са2+ занимают первое место по количеству.

СаСО3 рас­творяется свободной НСОз, превращаясь в гипс СаСО3*2Н2О.

Ионы Mg2+ образуют MgCO3*CaCO3 при наличии свободной Н2С03.

Ионы содержатся почти во всех природных водах. — ха­рактерный ион сильно минерализованных вод морей и океанов.

К физико-химическим показателям качества исходной воды, влияющим на многие процессы, протекающие в водоподготовительной установке (ВПУ), относятся:

— содержание взвешенных и органических веществ;

— содержание соединений угольной кислоты;

— жесткость;

— содержание соединений железа, меди, кремниевой кислоты;

— показатель концентрации водородных ионов рН;

— общее содержание растворенных веществ.

1. Взвешенные вещества, содержащиеся в природных водах, имеют различную степень дисперсности.

В технологии очистки воды степень дисперсности принято характеризовать так называемой гидравлической крупностью, т.е. скоростью осаждения частиц в непод­вижной воде при температуре 10 .

Песок:

— крупный 100 мм/с;

— средний 50 мм/с;

— мелкий 7 мм/с.

Ил 1,7 мм/с

Глина 0,005 мм/с.

Удаление взвешенных веществ достигается в процессе коагуля­ции воды. При отсутствии в схеме ВПУ стадии коагулирования в осветлительных фильтрах прямоточной схемы не происходит даже час­тичного удаления из воды веществ, находящихся в коллоидном со­стоянии.

2. Состав органических веществ природных вод очень разно­образен.

Основную часть составляют гуминовые вещества. Обычно незначительная доля органических примесей представлена белковоподобными соединениями, углеводами и органическими кислотами. Основным источником образования органических веществ в воде по­верхностных водоемов является гумус почв и торф. Почвенный гумус обогащает воду растворимыми и коллоидными соединениями. Гуми­новые вещества образуются и в самих водоемах в результате процес­сов разложения нестойких органических веществ до более стабильных химических соединений.

Природный гумус по физико-химическим свойствам принято условно разделять на три группы:

— гуминовые кислоты, которые в водоемах в основном присут­ствуют в коллоидной степени дисперсности;

— коллоидные соединения фульвокислоты;

— истинно растворенные фульвокислоты.

Элементарный состав гуминовых кислот:

— углерод (52-58) %;

— водород — (3-4) %;

— кислород — (34-39) %.

Эмпиричеcкая формула

Фульвокислоты легко растворяются в воде и щелочах. Средний элементарный состав:

— углерод — 45-48 %;

— водород — 5-6 %;

— кислород — 43-48 %.

Фульвокислоты образуют с Na, К, СА, NH4+ (аммоний) и и растворимые в воде соли, соли трехвалентных катионов малорастворимы.

Присутствие органических веществ в природных водах обуславливает их цветность, ослабление прозрачности, иногда запах, специфический привкус. Наиболее окрашенные – гуминовые кислоты, наименее окрашенные — истинно растворенные фульвокислоты.

Окисляемость природных вод обусловлена присутствием органических веществ, поэтому ее определение — один из косвенных методов контроля содержания органических веществ в воде.

Для оценки содержащихся в воде органических загрязнений внесенных промышленными стоками, в последнее время находит применение метод угольно-хлороформного экстрагирования. Воду фильтруют через колонку с активированным углем; органические загрязнения экстрагируют хлороформом.

Наименьшей окисляемостью (2 мг О2/кг) характеризуются многие грунтовые (артезианские) воды. Окисляемостью называется расход какого-либо сильного окислителя для окисления органических примесей, которые содержатся; в одном литре воды ( иК2Сг207 — перманентная, бихроматная окисляемость). Окисляемость речных вод колеблется в широких пределах. Высокие значения характерны для рек, бассейны которых расположены в болотистых мест­ностях. Окисляемость поверхностных вод не является постоянной, она изменяется по сезонам года в характерных пределах для конкретного источника. Резкое повышение окисляемости воды свидетельствует о загрязнении источника промышленными и бытовыми стоками. В этом смысле окисляемость является гигиенической характеристикой воды. Органические вещества затрудняют реагентную очистку воды из-за сорбции коллоидов на частицах шламового фильтра осветлителей, препятствуя их укрупнению и осаждению. Повышенное содержание органических веществ отрицательно отражается и на работе анионитных фильтров, установок по химическому обессоливанию воды. В процессе коагулирования достигается удаление органических соеди­нений обычно не более чем на 50 — 70%.

3. Водородный показатель рН:

Н3О+— гидратированный протон,

(кислотные и щелочные свойства).

Согласно закону действия масс в водных растворах произведе­ние активности ионов водорода и гидроокисла ( ) является по­стоянной, носящей название ионного произведения воды ( ):

Для t = 22°С =

Для t = 22°С pH=7

Если в системе появляются дополнительные за счет каких-либо процессов, это приведет к > и образованию кислой среды, т.е. и рН < 7, если > , следовательно, рН > 7 (щелочная среда). В природных водах рН = 6,5 — 8,0.

4. Соединения угольной кислоты: анионы угольной кислоты и во многом определяют поведение различных примесей в природных водах и технологических процессах очистки воды.

В природных водах одновременно присутствуют несколько форм угольной кислоты:

Угольная кислота диссоциирует во второй ступени:

Соотношение различных форм угольной кислоты характеризу­ется рН воды. При рН < 4 в воде практически отсутствуют и и вся кислота в форме СО2. С увеличением рН доля СО2 умень­шается и увеличивается доля . При рН = 8,35 преобладают ионы . Дальнейшее увеличение рН приводит к снижению и увеличению .

5. Щелочность воды (Щ) — сумма миллинормальных концентра­ций всех анионов слабых кислот и ОН» за вычетом концентрации :

Щелочность воды обычно обусловлена присутствием в них би­карбонатов (Щб), карбонатов (Щк) и гуматов. Аналитическое опреде­ление щелочности выполняется титрированием пробы в присутствии индикаторов фенолфталеина, а затем метилоранжа или смешанного индикатора. Фенолфталеин при титровании щелочных вод дает пере­ход окраски от розовой к бесцветной при рН = 8,2 — 8,3; метилоранж изменяет окраску от желтой к оранжевой при рН = 4,2 — 4,4; смешанный индикатор — при рН 6,0.

Переход окраски фенолфталеина условно соответствует исчез­новению в растворе иона и углекислотные соединения при этом: + СО2. Метилоранж меняет окраску, когда в воде условно исче­зают и остается только СO2.

При обработке воды известью ее щелочность определяется на­личием в ней гидратов и карбонатов. Таким образом, щелочность и ее компоненты являются технологическими показателями процесса очи­стки воды.

6. Жесткость воды (ЖО) — это 1 мг-экв, соответствующий экви­валентной массе иона (Mg-20,04; Ca-12,16; Na-23,00; К-39,16 ; -61,02; С1 — 35,46; -48,00; -62,01).

Общая жесткость воды ( ЖО) определяется суммарной концен­трацией в ней катионов кальция и магния и подразделяется на карбо­натную (ЖК) и некарбонатную (ЖНК).

Карбонатная жесткость обусловлена присутствием в воде би­карбонатов Са(НСО3)2 и Mg(HC03)2 — условно считают, что если со­держание в воде ионов приблизительно равняется содержанию Са2+ и Mg2+ (мг-экв/кг), то ЖК = [ ]:

При t = 70 °С Н++

Некарбонатная жесткость обусловлена наличием в воде хлори­дов, сульфатов и других некарбонатных солей Са и Mg (СаС12, MgCl2, CaS04: MgSO4, CaSiO3, MgSiO3 и др.).

Для случая < Ca2+ + Mg2+, ЖНК=[Са2+ + Мg2+] — [ ].

Если же содержание в воде > [Ca2+ + Mg2+], то карбонатная жесткость равна суммарному содержанию кальция и магния. Избыток обуславливается наличием в воде бикарбоната Na и Са.

Общая жесткость воды с другой стороны равна сумме концен­траций в ней Са2+ (кальциевая жесткость) и Mg2+ (магниевая жест­кость).

По величине ЖО природные воды классифицируют:

— ЖО < 1,5 мг-экв/л — малая жесткость;

— ЖО = 1,5 — 3,0 мг-экв/л – средняя жесткость;

— ЖО = 3,0 — 6,0 мг-экв/л – повышенная жесткость;

— ЖО = 6,0 — 12,0 мг-экв/л – высокая жесткость;

— ЖО > 12,0 мг-экв/л – очень высокая жесткость.

Жесткость является одним из наиболее важных показателей ка­чества воды, используемым на ТЭС.

Практически во всех водоподготовительных установках ТЭС предусматривается увеличение воды Na или Н-катионированием в за­висимости от условия применения очищенной воды.

7. Соединения кремниевой кислоты.

Кремниевая кислота попа­дает в воду при растворении различных силикатных пород. Из воды растениями поглощается около 30 — 40 мг/кг кремния, поэтому в поверхностных водах кремния меньше, чем в подземных.

Поликремниевые кислоты m*Si02 + n*H20. Соли этих кислот об­разуют ряд минералов, растворение которых природными водами дает кремнекислые соединения разного химического состава.

В связи с особенностью поведения кремниевой кислоты при вы­соких параметрах содержание ее нормируется в питательной воде котлов высокого давления. На ВПУ для котлов высокого и сверхвысо­кого давления предусматриваются схемы удаления кремнекислых со­единений.

8. Удельная электрическая проводимость () — электрическая проводимость кубика с размером граней 1 см (чистая вода при t = 20 °C = 0,04 мкСм/см), которая характеризует содержание в воде иогенных примесей и, также как и ионное произведение воды , существенно зависит от температуры.

В воде современных энергоблоков концентрация иогенных ес­тественных примесей (солей) мала, и обусловленная или удельная электрическая проводимость конденсата и питательной воды нахо­дится на уровне 0,1 — 0,15 мкCм/см.

9. Окислительно-восстановительный (или просто окислитель­ный) потенциал среды еН.

Измеряют с помощью платинового электро­да по отношению к стандартному водородному электроду. Данный потенциал характеризует окислительно-восстановительное равновесие в водном теплоносителе (так же как рН характеризует кислотно-щелочное). Он является важнейшим показателем, значение которого существенно влияет на ряд процессов, в частности на режим образо­вания и растворения оксидной пленки (или железоокислых отложе­ний) при постоянном рН.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *