23. Показатели качества воды производственного назначения (жесткость, щелочность, окисляемость, содержание сухого остатка, биологические показатели).

Жесткость — комплексный показатель, в большей степени зависящий от концентрации в воде ионов кальция и магния. Количественно измеряется в мг-экв/л (миллиграмм-эквивалент на литр). Вода глубоких подземных источников имеет более высокую жесткость (8-10 мг-экв/л), а поверхностных источников — относительно небольшую (3-6 мг-экв/л).

Жесткая вода содержит много растворенных минеральных солей, что при нагревании приводит к образованию накипи. Накипь— твердый нерастворимый осадок на внутренних стенках водопроводных труб, котлов, бытовых нагревательных приборов.

Вода считается пригодной для питья, если ее жесткость не превышает 7-10 мг-экв/л.

Окисляемость характеризует содержание в воде растворенных органических соединений. Высокие показатели окисляемости означают, что вода сильно загрязнена бытовыми стоками. Недопустимо, чтобы в колодец попадали сточные воды с содержанием белков, жиров и углеводов, эфиров, органических кислот, фенолов, нефти, спиртов и т.п.

Щелочность — показатель, логически противоположный кислотности. Щелочность природных и технических вод – способность содержащихся в них ионов нейтрализовать эквивалентное количество сильных кислот.

Показатели щелочности воды необходимо учитывать при реагентной подготовке воды, в процессах водоснабжения, при дозировании химических реагентов.

Если концентрация щелочноземельных металлов повышена, знание щелочности воды необходимо при определении пригодности воды для систем орошения.

Щелочность воды и показатель pH используются в расчете баланса угольной кислоты и определении концентрации карбонат-ионов.

Сухой остаток. Эта величина характеризует количество растворенных неорганических и органических веществ. В первую очередь это сказывается на органолептических свойствах воды. Установлено, что до 1000 мг/л вода может быть использована для водопотребления.

Величина сухого остатка влияет на вкусовые качества питьевой воды. Человек может без риска для своего здоровья употреблять воду с сухим остатком до 1000 мг/л. При большем значении вкус воды чаще всего становится неприятным горько-соленым. Следует также отметить, что у воды с низким уровнем сухого остатка вкус может отсутствовать и употреблять ее тоже не очень приятно.

Биологические показатели качества воды можно разделить на прямые и косвенные. Прямые показатели – это общее число бактерий и количество кишечных палочек. Загрязнение микрофлорой характеризуется так называемый микробным числом, т.е. количеством бактерий в 1 мл воды.

24. Физические свойства зерновой массы (теплопроводность, гигроскопичность, равновесная влажность, термодиффузия, сыпучесть, скважистость).

Сыпучесть – способность зерна перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под некоторым углам к горизонту.

Сыпучесть объясняется тем, что она в своей основе состоит из отдельных мелких твердых частиц – зерен основной культуры и примесей. Так, в 1 т зерновой массы пшеницы насчитывается 30-40 млн. зерен, а в 1 т проса – 150-190 млн. зерен.

Зерновая масса обладает хорошей сыпучестью, что используют при перемещении зерна конвейерами, нориями, при загрузке в бункера, силосы и выпуске из них самотеком. сыпучесть зерновой массы определяет минимальный угол наклона бункеров и силосов элеваторов на мукомольных, крупяных, комбикормовых заводах, ее учитывают при расчетах зернохранилищ на прочность и т.д. Сыпучесть характеризуют углом естественного откоса, т.е. углом между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость. На сыпучесть влияет: форма, размер, характер и состояние поверхности зерен, влажность, примеси и т.д.

Скважистость – зерновая масса при размещении в складах или силосах не образует плотной массы; между ее твердыми компонентами остаются свободные промежутки, заполненные воздухом. Наличие скважин в межзерновой массе влияет на многие физические и физиологические процессы, протекающие в ней. Так, воздух, перемещающийся по скважинам, способствует передаче тепла путем конвекции и перемещению влаги через зерновую массу в виде пара. Значительная газопроницаемость зерновой массы позволяет использовать это свойство для продувания их воздухом (при активном вентилировании), или вводить в них пары различных отравляющих веществ для обеззараживания (дезинфекции). Запас воздуха в скважинах нужен и для сохранения жизнеспособности семян. Таким образом, скважистость имеет техническое и физиологическое значение.

Гигроскопичность зерновой массы. Способность зерновой массы поглощать пары воды из воздуха или выделять их в окружающее пространство называют гигроскопичностью. Исследования показывают, что при хранении зерна в производственных условиях наблюдается самопроизвольное изменение влажности зерна. При хранении его во влажной атмосфере происходит увлажнение, а в сухой – подсыхание.

Влагообмен между зернами и воздухом может происходить в двух противоположных направлениях: а) передача влаги от зерна к воздуху – процесс десорбции – происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна больше, чем в воздухе; б) увлажнение в связи с поглощением влаги из окружающего воздуха – процесс сорбции – происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна меньше, чем в воздухе. Влагообмен между воздухом и зерном прекращается, когда парциальные давления водяного пара в воздухе и над зерном равны. В этом случае наступает состояние динамического равновесия. Влажность зерна, соответствующая этому состоянию, называется равновесной. Ее используют для выбора режимов активного вентилирования зерна, сушки, для выявления условий безопасного хранения зерна.

В практике равновесная влажность всех злаковых и гречихи колеблется в пределах от 7 до 33-36 %.

Как показали исследования, для достижения полного равновесия требуется стационарный режим в течение 9 и более суток. В производстве такого не бывает, поэтому наружные участки зерновой насыпи, соприкасающиеся с воздухом, непрерывно изменяют свою влажность.

При длительном хранении зерновой массы с повышенной влажностью в условиях низкой относительной влажности воздуха происходит постепенное снижение их влажности. Наоборот, сухая зерновая масса при хранении в складе с воздухом, более насыщенном водяными парами, увлажняется и ее масса увеличивается. Подобные изменения носят и сезонный характер, т.к. насыщенность воздуха влагой в разные месяцы различна.

Теплопроводность зерновой массы. Свойство зерновой массы передавать тепло называется ее теплопроводностью. Зерновая масса является плохим проводником тепла. Тепло в зерновой массе передается благодаря двум ее свойствам теплопроводности и конвекции.

Теплопроводность заключается в том, что тепло в зерновой массе передается от зерна к зерну при непосредственном соприкосновении.

Конвекция состоит в перемещении нагретых частиц воздуха меж зерновых

пространств в вышележащие слои зерновой массы. Нагретые частицы воздуха становятся легче, перемещаются в верхние слои зерна и нагревают их.

Плохая теплопроводность позволяет длительное время удерживать в ней низкую температуру (при которой она была заложена на хранение), что имеет очень важное значение для сохранности зерна. Холод является хорошим консервантом зерновой массы.

Явление термодиффузии влаги в зерновой массе. Изучение перемещения влаги (миграции) в капиллярно-пористых материалах показало, что перемещение влаги происходит также под влиянием температурного градиента, т. е. когда создается разность температур в различных участках тела (материала).

Исследование перемещения влаги в зерновой массе под влиянием разницы температур впервые было проведено в 1939 г. Васильевой и Цыганковой (Московский государственный университет). Опыты показали, что такое перераспределение влаги происходит даже при очень низкой первоначальной влажности зерна. В местах, где более низкая температура, возникают очаги повышенной влажности, а в местах с более высокой температурой — очаги пониженной влажности. Происходит это исключительно под влиянием температурных изменений при полной физико-химической неизменяемости коллоидов зерна. Влага перекочевывает на участки, обладающие пониженной температурой, даже если разница в температуре не превышает 1—3°. Эти опыты впервые показали, что сухое зерно может испортиться из-за нарушения равномерности температуры в насыпи.

Перемещение влаги, о котором сказано выше, может быть объяснено следующими процессами:

1) явлением термодиффузии влаги, т. е, перемещением ее в виде жидкости;

2) перемещением водяных паров и их конденсацией на поверхности более холодных слоев зерновой массы и последующим поглощением влаги зернами.

Необходимо отличать термодиффузию пара от диффузии пара в процессе сорбции. Если внутри зерновой массы происходит перепад температуры, но межзерновые пространства полностью насыщены влажным воздухом (φ=100 %), то сорбционного перемещения влаги не будет. В этом случае будет наблюдаться термодиффузия в виде пара, она приведет к перенасыщению влагой воздуха в холодных участках насыпи и конденсации влаги на поверхности зерен и объектов, окружающих такой участок (например на полу или стежках хранилища).