Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Акватерм Водоподготовка Беликов

.pdf
Скачиваний:
264
Добавлен:
12.08.2013
Размер:
3.21 Mб
Скачать

Введение

 

олгие годы и столетия водоподготовка не

были направлены на реализацию потребностей

 

выделялась как отрасль техники и еще ме-

водоподготовки. Напротив, внимание к этой отрас-

 

Днее – как отрасль химической технологии.

ли и, стало быть, финансирование проявлялись в

 

Использовались эмпирически найденные приемы

наименьшем объеме, по остаточному принципу.

 

и способы очистки воды, главным образом, проти-

Испытания, выпавшие на долю России за пос-

 

воинфекционные. И потому история водоподготов-

ледние 12–15 лет, в полной мере познала и водо-

 

ки – это история приспособления для подготовки и

подготовка. Одно из печальных следствий такого

 

очистки воды известных химических процессов и

положения – отсутствие на рынке универсальных

 

технологий, нашедших или находящих свое при-

изданий по водоподготовке.

10

менение.

В этих условиях Издательский Дом «Аква-

Подготовка воды для питьевого и промышлен-

Терм», публикуя справочник, надеется привлечь

 

ного водоснабжения принципиально отличается от

к нему внимание как специалистов, так и людей,

 

других областей химической технологии: процес-

только начинающих свой путь в водоподготовке.

 

сы водоподготовки протекают в больших объемах

О последней группе необходимо сказать особо.

 

воды и при очень малых количествах растворенных

И заказчики, и поставки водоподготовительного

 

веществ. Значит, большие расходы воды требуют

оборудования все больше, если можно так выра-

 

устройства крупногабаритного оборудования, а

зиться, индивидуализируются. В прошлые годы

 

малое количество извлекаемых из воды веществ

поставки были, как правило, оптовыми, а теперь,

 

неизбежно влечет за собой применение «тонких»

в основном, – мелкооптовые и одиночные. Не го-

 

методов обработки воды.

воря о том, что совсем недавно отсутствовало рос-

 

После обработки в системах и на станциях во-

сийское производство бытовых фильтров и систем

 

доподготовки требуется вода со степенью чисто-

автономного водоснабжения, по определению пос-

 

ты, недоступной, да чаще всего и ненужной, для

тавляемых в одном или нескольких экземплярах.

 

большей части химических продуктов. Например,

Да и импорт такого оборудования был весьма ску-

 

стандартное требование – предел содержания же-

ден. Значит, в водоподготовку вовлекается мно-

 

леза в питьевой воде и питательной воде энерге-

жество людей, ранее с ней незнакомых.

 

тических объектов, равный 0,3 мг/л, означает чис-

Кроме того, при малочисленности специалис-

 

тоту в 0,00003%!

тов по водоподготовке водой занимаются многие

 

В настоящее время усиленно разрабатывают-

инженеры, получившие образование по другим

 

ся научные основы технологий обработки воды,

специальностям.

 

учитывающие указанную специфику этой отрасли

Поэтому текст издания содержит сведения не

 

техники. И такая работа далека от завершения,

только справочного характера для состоявшихся

 

если можно вообще говорить об окончательном

специалистов, но и сведения, включаемые обычно

 

познании воды.

в учебники для высших и средних учебных заведе-

 

Было бы громадным преувеличением утверж-

ний, а также данные, позволяющие потребителю

 

дать, что передовые научные и конструкторские

ориентироваться в обильном количестве материа-

 

силы, лучшие машиностроительные мощности

лов и конструкций для водоподготовки.

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

 

 

 

 

 

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вряд ли можно назвать легкой задачу удов-

воды) может применяться конкретный метод, воду

 

летворения запросов таких разнообразных групп

какого качества можно получить этим методом.

 

читателей – свести воедино специальные, научно-

Надеемся также, что специалисты в описаниях ме-

 

популярные и просто популярные тексты. Вам – чи-

тодов найдут некоторые новые для себя частности

 

тателям – судить, удалось ли издательству (и в ка-

и детали.

 

 

 

 

кой мере) решить эту задачу.

 

Часть вторая описывает фильтрующие матери-

 

В соответствии с вышесказанным книга постро-

алы: наполнители осветлительных фильтров, сор-

 

ена следующим образом.

 

бенты, иониты.

 

 

 

 

Глава первая части первой рассказывает о воде

В списке литературы приведены почти все ос-

 

как особом веществе, особом «рабочем теле» всех

новополагающие монографии,

энциклопедичес-

 

производств, о ее качестве, примесях и их влия-

кие издания, справочники как новые, к сожале-

 

нии на здоровье людей и работу промышленного

нию, немногочисленные, так и ранее изданные, но

 

оборудования. Представлены

разные системы

сохраняющие и сегодня свою полезность. Ссылки

 

классификации природных вод. Глава вторая пос-

на некоторые публикации, касающиеся частных

 

вящена рассмотрению нормативов качества воды.

вопросов, но безусловно необходимые, даны в тек-

 

Приводится наиболее полный перечень действую-

сте книги.

 

 

 

 

щих нормативных документов, регламентирующих

В Приложения вынесены справочные мате-

 

качество природных вод, используемых для подго-

риалы об ионитах, о терминах водоподготовки,

 

товки питьевой воды и воды для промышленнос-

единицах измерения величин, встречающихся в

 

ти и энергетики, а также документов, определяю-

технической литературе и документации, методах

 

щих требования разных потребителей к качеству

определения некоторых параметров, и даны при-

 

подготовленной воды. Публикуется перечень со-

меры расчетов фильтров. Приведены реквизиты

 

ответствующих документов. В сопоставлении с

информационных организаций.

 

 

 

 

российскими рассмотрены некоторые зарубежные

Расширенное детализированное

оглавление,

 

нормы. Сопоставлены российские и международ-

кроме своего прямого назначения, может служить

 

ные нормы и рекомендации, касающиеся качества

в некотором роде предметным указателем.

 

питьевой воды и воды, расфасованной в емкости.

Цель издательства состоит в том, чтобы чита-

 

В третьей главе дан перечень нормативных доку-

тель получил сведения о нормировании качества

11

ментов, регламентирующих аналитические методи-

воды для разных пользователей, о современных

ки по качеству воды. Обращено внимание на то, что

технологиях водоподготовки. Ввиду чрезвычай-

воду для энергетических потребителей нужно ана-

ной сложности этой задачи были поставлены оп-

 

лизировать не только по тем показателям, которые

ределенные границы: здесь нет информации об

 

определяются при получении питьевой воды. Необ-

отстаивании, коагулировании

в осветлителях,

 

ходимо также определять некоторые примеси при-

известковании, содоизвестковании

и некоторых

 

родных вод – при нагреве воды в теплогенераторах

других технологиях и конструкциях,

традиционно

 

и теплоиспользующих аппаратах эти примеси мо-

называющихся «предочисткой». Также нет данных

 

гут служить источниками коррозионных и накипных

о методах и конструкциях, нашедших применение

 

проявлений. В связи с этим предложен примерный

в основном в «большой» энергетике. Рассмотре-

 

состав прописи анализов воды для энергетичес-

ны и представлены методы, применяющиеся для

 

ких потребителей воды. Показано, как соотносятся

подготовки воды в коммунальном водоснабжении,

 

между собою показатели качества воды, опреде-

в котельных, оборудованных паровыми котлами с

 

ленные разными методиками.

 

давлением пара до 3,9 МПа, водогрейными кот-

 

Глава четвертая содержит описание наиболее

лами с теплопроизводительностью до 209 МВт и

 

часто применяющихся методов

водоподготовки:

температурой сетевой воды на выходе из котла не

 

химическая или физическая природа процессов,

более 180°С, и системах теплоснабжения.

 

лежащих в их основе, технология, материалы,

Нет сведений о термических методах водо-

 

конструкции, оборудование, схемы. Показаны при-

подготовки: дегазации (деаэрации), дистилляции,

 

нципы расчетов технологии и оборудования. Пред-

даны краткие сведения о коррозии оборудования.

 

ставлены возможности каждого метода обработки

Не затронуты обширные темы: технология, реаген-

 

воды.

 

ты и оборудование, обеспечивающие оптимальный

 

Здесь сделана попытка представить начинаю-

водно-химический режим теплоэнергетического

 

щим «водникам» облик, суть методов водоподго-

оборудования, очистка сточных вод от оборудова-

 

товки. Но, возможно, и опытные специалисты уви-

ния и систем водоподготовки.

 

 

 

 

дят пользу в системном описании каждого метода:

Публикация выписок из нормативных докумен-

 

в каких условиях (при каком качестве исходной

тов в данном издании не может служить основа-

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Введение

нием для читательских ссылок в своих работах и

Полные тексты нормативных документов пуб-

суждениях. Здесь извлечения из официальных

ликуются в официальных изданиях Минздравсоц-

изданий помещены в качестве справок соответс-

развития (б. Минздрава РФ), Госстандарта России,

твенно Закону РФ № 5352 от 9 июля 1993 г. «Об

Госстроя России и Госгортехнадзора России. Рек-

авторском праве и смежных правах», ст. 8. Тем бо-

визиты издательских центров этих государствен-

лее, что проверка правильности ссылок – вне пре-

ных учреждений – в Приложении 10.

делов возможностей издательства.

 

12

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Часть первая

1. Природные

воды. Примеси.

Качество

ряются газы земной атмосферы и, вероятно, всетаки частицы стенок сосуда. В воде есть и «собственные» примеси: при обычной температуре из каждого миллиарда молекул воды образуется два иона – Н+ и ОН-. Ион Н+ немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония Н3О+.

1.1.2. Строение молекул и ассоциатов природной воды

1.1. Свойства воды

Самая простая принятая сегодня модель моле-

13

 

кулы воды – тетраэдр (рис. 1.1, 1.2). В действитель-

ода – самое аномальное вещество прироности одиночные молекулы воды при нормальных

 

ды. Это расхожее выражение связано с тем,

температуре и давлении не существуют. Есть не-

 

Вчто свойства воды во многом не соответс-

 

 

 

 

 

 

 

твуют физическим законам, которым подчиняются

 

 

 

 

 

 

 

другие вещества.

 

 

 

 

 

 

 

1.1.1. Химически чистая вода

 

 

 

 

 

 

 

Прежде всего необходимо напомнить: когда мы

 

 

 

 

 

 

 

говорим о природной воде, все суждения должны

 

 

 

 

 

 

 

быть отнесены не к воде как таковой, а к водным рас-

 

 

 

 

 

 

 

творам разных, фактически всех, элементов Земли.

 

 

 

 

 

 

 

До сих пор получить химически чистую воду не

 

 

 

 

 

 

 

удалось. Например, в одном из опытов немецкий

 

 

 

 

 

 

 

химик В.Ф. Кольрауш подвергал воду 42 циклам

 

 

 

 

 

 

 

дистилляции подряд, причем вода находилась в

 

 

 

 

 

 

 

сосуде, с которым ученый работал до этого опы-

 

 

 

 

 

 

 

та в течение 10 лет. Следовательно, можно было

 

 

 

 

 

 

 

предположить, что из стенок сосуда в выпарива-

 

 

 

 

 

 

 

емую воду ничего не перейдет. Степень чистоты

в

 

воды, полученной в опыте Кольрауша и опреде-

 

 

 

 

 

 

 

ленной по электропроводимости, оказалась в 100

Рис 1.1. Тетраэдр (модель):

 

раз больше, чем у монодистиллированной (один

а – вид на молекулу воды со стороны атомов водорода;

 

цикл дистилляции) воды.

б – вид на молекулу воды со стороны атома кислорода;

 

Но все-таки эту воду нельзя назвать абсолютно

в – заряды (электроны, расположенные в молекуле

 

чистой: в дистиллированной воде сразу же раство-

воды в виде тетраэдра)

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Часть первая

Рис. 1.2. Схема процесса образования из одного атома кислорода и двух атомов водорода (а) молекулы воды (б); в – молекула воды и ее размеры

 

сколько гипотез, описывающих строение и свойс-

1.1.4. Физические свойства воды

 

 

тва ассоциатов воды. Однако единое понимание

Полярная асимметричная структура воды и раз-

 

пока не достигнуто.

 

 

 

 

 

 

нообразие ее ассоциатов обусловливают удиви-

 

Существует и вполне обоснованное мнение о

тельные аномальные физические свойства воды.

 

том, что в воде, кроме ионов Н+, Н

О+ и ОН- (отвле-

Вода достигает наибольшей плотности при

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

каясь от инородных примесей), содержатся и дру-

плюсовой температуре, у нее аномально высокие

 

гие ионы: Н

О + и Н

О -. По этой гипотезе в воде

теплота испарения и теплота плавления, удельная

 

9

4

 

7

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

идет реакция:

 

 

 

 

 

 

 

 

теплоемкость, температура кипения и замерзания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Например, можно сравнить воду с аналогичными

 

 

Н

О

+ + Н

О

- = 8 Н

О.

(1.1)

водородными соединениями подгруппы кислорода

 

 

9

4

 

7

4

2

 

 

 

периодической системы элементов Д.И. Менделе-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Не лишено основания предположение ряда уче-

ева (табл. 1.1).

 

 

 

 

 

ных-физиков: из-за асимметричного расположе-

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

ния электрических зарядов в молекуле воды все

 

 

 

 

 

Таблица 1.1

 

 

 

 

молекулы связаны друг с другом – каждый из ио-

 

 

 

 

 

нов водорода одной молекулы притягивает к себе

Зависимость температур замерзания и кипения некоторых

 

электроны атомов кислорода в соседних молеку-

соединений водорода от молекулярной массы

 

 

лах. И можно сказать: все молекулы воды связаны

 

 

 

 

 

 

в одну пространственную сетку, то есть океан – одна

 

 

 

 

 

Соединения

Молекулярная

Температура, °С

 

гигантская молекула. Но

составные части

этой

элементов

масса

 

 

 

 

замерзания

 

кипения

 

макромолекулы находятся в постоянных измене-

подгруппы

 

 

 

 

 

 

 

 

ниях в зависимости от внешних условий (темпера-

кислорода

 

 

 

 

 

туры и др.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с водородом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2Te

130

–51

 

–4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2Se

81

–64

 

–42

 

1.1.3. Состав природной воды.

 

H2S

34

–82

 

–61

 

 

H2O

18

0

 

+100

 

Изотопы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вследствие существования изотопов водоро-

 

 

 

 

 

 

да и кислорода молекулярная масса воды может

 

 

 

 

 

 

отличаться от 18. В природной воде найдены три

Исходя из температур кипения и замерзания

 

изотопа водорода и три изотопа кислорода. Ис-

гидридов серы H2S, селена H2Se и теллура H2Te,

 

кусственно созданы два изотопа водорода и пять

вода (гидрид кислорода) должна была бы кипеть

 

изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно

при температуре минус 80°С и замерзать при ми-

 

говорить о 135 различных видах воды. Но только

нус 100°С. В действительности вода кипит при

 

девять из них устойчивые.

 

 

 

 

+100°С и замерзает при 0°С.

 

 

 

 

Соотношение этих стабильных изотопов в при-

Наибольшая плотность воды при температуре

 

родной воде, % мол.:

 

 

 

 

 

 

+4°С обеспечивает жизнь в воде зимой. Плотность

 

1Н 16О – 99,73;

1Н 18О

– 0,20;

1Н 17О –

0,04;

чистой воды, свободной от воздуха, при атмос-

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1Н2Н16О ~0,03%. Другие изотопы присутствуют в

ферном давлении 0,1 МПа равна 1,00000 г/мл. При

 

ничтожном количестве.

 

 

 

 

 

любых других температурах плотность меньше.

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

 

 

Часть первая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Большая удельная теплоемкость – 4,1855 Дж/(г ·°С)

Истинные растворы, где примеси находятся в

 

при 15°С – способствует регулированию темпера-

молекулярно-растворенном виде или в виде ио-

 

туры на Земле из-за медленного нагревания и ос-

нов, – это гомогенные системы. Гетерогенные сис-

 

тывания масс воды. У ртути, к примеру, удельная

темы – коллоиды (размер частиц: 10-2–10-1 мкм)

 

теплоемкость при 20°С – только 0,1394 Дж/(г ·°С).

или суспензии (частицы >10-1 мкм). Суспензии мо-

 

Вообще теплоемкость воды более чем вдвое

гут быть представлены взвесями, эмульсиями, пе-

 

превышает теплоемкость любого другого хи-

нами (частный случай эмульсий).

 

мического соединения. Этим можно объяснить

1.2.2. Системы классификации

 

выбор воды в качестве рабочего тела в энер-

 

гетике.

Вода – один из лучших растворителей. Изна-

 

Аномальное свойство воды – расширение объ-

чально в Мировом океане были – в той или иной

 

ема на 10% при замерзании обеспечивает пла-

степени – растворены все вещества Земли. И это

 

вание льда, то есть опять сохраняет жизнь подо

растворение продолжается: количество поровых

 

льдом.

вод илов и горных пород составляет около 19%

 

Еще одно чрезвычайно важное свойство воды –

всей гидросферы.

 

исключительно большое поверхностное натяже-

Уже несколько столетий разрабатываются сис-

 

ние. Молекулы на поверхности воды испытывают

темы классификации природных вод и способы

 

действие межмолекулярного притяжения с одной

как можно более краткой характеристики качест-

 

стороны. Так как у воды силы межмолекулярно-

ва воды (индекс качества воды). Выделено 625 и

 

го взаимодействия аномально велики, то каждая

даже более классов, групп, типов и разновиднос-

 

«плавающая» на поверхности воды молекула как

тей вод. В.И. Вернадский считал, что число видов

 

бы втягивается внутрь слоя воды. У воды поверх-

природных вод больше 1500 единиц.

 

ностное натяжение равно 72 мН/м при 25°С. В час-

Однако чем более детально разрабатывалась

 

тности, этим свойством объясняется шаровая фор-

классификация вод, тем больше исследовате-

 

ма воды в условиях невесомости, поднятие воды в

ли удалялись от желаемой краткости и ясности

 

почве и в капиллярных сосудах деревьев, расте-

в определении качества воды. Оказалось невоз-

 

ний и т.д. Для сравнения: у этилового спирта при

можным оценить пригодность воды для питьевых,

 

этой же температуре поверхностное натяжение в

технических, других целей только на основе пред-

15

3,5 раза меньше.

ложенных универсальных индексов воды. По-пре-

 

жнему качество воды, пригодность ее для исполь-

 

зования оценивается по комплексу показателей, и

 

1.2. Классификация

нужно признать, что такой подход дает лишь при-

 

близительное знание о качестве воды. Этим, в час-

 

природных вод

тности, можно объяснить большое (до нескольких

 

 

десятков) количество нормируемых показателей

 

1.2.1. Дисперсные системы

для каждого из возможных применений. Говорить

 

о качестве воды имеет смысл лишь в связи с конк-

 

Природная вода – сложная дисперсная систе-

ретной областью ее дальнейшего использования.

 

ма, содержащая множество разнообразных мине-

К настоящему времени создано несколько де-

 

ральных и органических примесей.

сятков классификационных систем, рассматрива-

 

Дисперсная система состоит из мелких частиц

ющих большей частью подземные воды и служа-

 

вещества, распределенного в другом веществе

щих основой для понимания взглядов авторов на

 

(среде). Система называется гомогенной, если

генезис подземных вод, на то, какие составляю-

 

внутри нее нет поверхностей раздела, отделяю-

щие подземных вод и вообще природных вод глав-

 

щих друг от друга части системы, различающиеся

ные или более важные. Почти все они создавались

 

по свойствам. Гетерогенные системы – системы,

гидрогеологами и отражают их пристрастия.

 

внутри которых есть такие поверхности раздела.

Для водоподготовки эти системы имеют опос-

 

Гомогенная система – однофазная, гетерогенная –

редованное значение – для сравнительного анали-

 

состоит из не менее двух фаз.

за разных вод в основном в учебных и статисти-

 

При размере частиц примесей воды меньше

ческих целях.

 

10-3 мкм – это гомогенная система (однофазная из

Сегодня наиболее употребительны классифи-

 

двух или более индивидуальных веществ). Если

кационные системы С.А. Щукарева, О.А. Алёкина

 

размер частиц 10-3 мкм, то примеси образуют с

и Л.А. Кульского. Ниже рассмотрены также систе-

 

водой гетерогенную (неоднородную многофазную)

мы А.И. Перельмана и фирмы Rohm & Haas («Ром

 

систему.

и Хаас», США).

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Часть первая

 

Классификация С.А. Щукарева

Методы обработки воды, определенные

 

Классификация основана на принципе преобла-

Л.А. Кульским на основе фазово-дисперсного ана-

 

дания одного или нескольких из трех главных кати-

лиза примесей воды, описаны ниже (предложения

 

онов (Na+, Ca2+, Mg2+) и трех главных анионов (Cl-,

Кульского дополнены А. Ашировым – V и VI группы).

 

2-, HCO -). Вода относится к тому или другому

Часть перечисленных методов применяется в

 

4

3

специальных промышленных системах и не при-

 

классу в зависимости от содержания упомянутых

 

ионов в количестве, превышающем 25%-экв. (сум-

меняется в коммунальном и энергетическом водо-

 

мы процент-эквивалентов анионов и катионов в

снабжении.

 

отдельности принимают за 100). Комбинируя типы

Группа I. Воздействие на взвеси (например,

 

вод по содержанию катионов, получают 49 классов

седиментация, осветление во взвешенном слое,

 

вод. Например, вода может называться гидрокар-

осадительное центрифугирование, центробежная

 

бонатной натриево-кальциевой или сульфатно-

сепарация в гидроциклонах, флотация, фильтро-

 

гидрокарбонатной кальциевой.

вание на медленных фильтрах и на скорых филь-

 

По общей минерализации каждый класс разде-

трах по безнапорной схеме и др.).

 

лен на группы: А – менее 1,5 г/л; В – от 1,5 до

Группа II. Воздействие на коллоидные примеси,

 

10 г/л; С – от 10 до 40 г/л и D – более 40 г/л.

в том числе высокомолекулярные соединения и

 

Классификация Щукарева очень проста и удоб-

вирусы: коагуляция, флокуляция, электрокоагуля-

 

на для сопоставления различных по химическому

ция, электроискровой (разрядный) метод, биохи-

 

составу вод, но громоздка (49 классов, 4 группы).

мический распад, адсорбция на высокодисперсных

 

Кроме того, деление на классы носит формаль-

материалах, в том числе глинистых минералах, ио-

 

ный характер, вследствие чего часть классов – не-

нитах, окисление (хлорирование, озонирование),

 

реальная.

воздействие ультрафиолетовым, γ- и β-излуче-

 

 

 

нием, потоками нейтронов и др., ультразвуковая

 

Классификация Л.А. Кульского

обработка, обработка ионами тяжелых металлов

 

Практический интерес представляет фазо-

(меди, серебра и др.).

 

во-дисперсная классификация примесей воды,

Группа III. Воздействие на растворенные органи-

 

разработанная Л.А. Кульским (табл. 1.2). Для

ческие вещества и газы: десорбция газов и легко-

16

задач, связанных с очисткой воды, эта класси-

летучих органических соединений путем аэрирова-

фикация полезна тем, что, определив фазово-

ния, термической и вакуумной отгонки, адсорбция

 

дисперсное состояние примесей в воде и ус-

на активных углях, природных и синтетических ио-

 

тановив ее принадлежность к какой-то группе,

нитах и других высокопористых материалах, экстра-

 

можно предварительно выбрать комплекс ме-

кция не смешивающимися с водой органическими

 

тодов и стадий очистки воды. При этом фазо-

растворителями, эвапорация (азеотропная отгонка,

 

во-дисперсное состояние примесей должно ус-

пароциркуляция), пенная флотация, ректификация,

 

танавливаться после каждой стадии обработки

окисление (жидкофазное, радиационное, электро-

 

воды и учитываться при проектировании всей

химическое, биологическое, парофазное, хлором,

 

схемы водоподготовки.

озоном, диоксидом хлора и др.).

Таблица 1.2

Классификация вод по фазово-дисперсному состоянию примесей

Группа

Наименование примесей

Размер частиц, мкм

Характеристика примесей

 

 

 

 

Гетерогенная система

 

 

 

 

 

 

I

Взвеси

>10-1

Суспензии и эмульсии, обусловливающие мутность воды;

 

 

 

микроорганизмы и планктон

 

 

 

 

II

Коллоидно-растворенные

10-1–10-2

Коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие

 

вещества

 

окисляемость и цветность воды; вирусы

 

 

 

 

Гомогенная система

 

 

 

 

 

 

III

Молекулярно-растворенные

10-2–10-3

Газы, растворимые в воде; органические вещества, придающие

 

вещества

 

воде запах и привкус

 

 

 

 

IV

Вещества,

<10-3

Соли, кислоты, основания, придающие воде жесткость, щелочность

 

диссоциированные на ионы

 

и минерализованность

 

(электролиты)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Группа IV. Воздействие на примеси ионогенных неорганических веществ: ионный обмен, электродиализ, реагентная обработка, кристаллизация.

Группа V. Воздействие на воду: дистилляция, вымораживание, экстракция кристаллогидратами или смешивающимися с водой органическими растворителями, магнитная обработка, обратный осмос, напорная фильтрация.

Группа VI. Воздействие на водную систему в целом: закачка в подземные горизонты, в глубины морей, захоронение, сжигание. Эти методы применяются только в том случае, если методы первых пяти групп экономически неприемлемы.

Классификация фирмы Rohm & Haas («Ром и Хаас»), США

Классификация вод по материалам фирмы Rohm & Haas подобна классификации Кульского, но дополнительно содержит полезные сведения – табл. 1.3. (Цит. по: В.А. Кишневский).

Часть первая

Классификация О.А. Алёкина

Классификация О.А. Алёкина с поправкой Е.В. Посохова и Ж.С. Сыдыкова сочетает принципы деления вод по преобладающим ионам и по соотношению между ними. Все воды делятся на три класса по преобладающему аниону: гидрокарбонатные (карбонатные), сульфатные и хлоридные. Внутри каждого класса выделяют три группы по преобладанию одного из катионов: кальций, магний, натрий (или натрий + калий).

Классификация А.И. Перельмана

Определенный интерес представляет классификация А.И. Перельмана, выделившего шесть главных таксонов, каждый из которых определяется на основе особого критерия:

группа – температура; тип – окислительно-восстановительные усло-

вия; класс – щелочно-кислотные условия;

Таблица 1.3

Классификация примесей вод по силам, удерживающим их в воде, и методы их удаления

Фазовая характеристика

Гетерогенные системы

 

Гомогенные системы

 

 

 

Группа

I

II

III

IV

 

17

 

 

 

 

 

 

Физико-химическая

Грубодисперсные

Примеси коллоидной

Примеси молекулярной

Примеси ионной степени

 

характеристика

примеси: суспензии,

степени дисперсности:

степени дисперсности:

дисперсности: соли,

 

 

 

эмульсии, планктон,

органические и

газы, органические

кислоты, основания

 

 

 

 

 

патогенные

неорганические

вещества, соли,

 

 

 

 

микроорганизмы

вещества, вирусы,

кислоты, щелочи, не

 

 

 

 

 

бактерии

перешедшие в ионное

 

 

 

 

 

 

состояние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поперечный размер

>10-1

10-1–10-2

10-2–10-3

<10-3

 

 

частички, мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фильтрация

Ультрафильтрация

Обратный осмос, нанофильтрация

 

 

 

(механическое удаление)

 

 

 

 

 

 

Коагуляция

Десорбция газов и

Перевод ионов в

 

 

 

 

 

веществ, эвапорация

малорастворимые

 

 

 

 

 

трудно-летучих веществ

соединения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окисление хлором, озоном, перманганатом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Адсорбция на

Адсорбция на активных

Фиксация на твердой

 

 

 

 

гидроксидах и

углях и других

фазе ионитов

 

 

Методы удаления

 

дисперсных минералах

материалах

 

 

 

примесей из воды

Агрегация при помощи флокулянтов

Ассоциация молекул

Моляризация и

 

 

 

(анионных и катионных)

 

 

комплексо-образование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Флотация

Электро-форетические

Экстракция

Сепарация ионов при

 

 

 

 

методы

органическими

различном фазовом

 

 

 

Электролиз сине-

 

 

 

 

растворителями

состоянии воды

 

 

 

зеленых водорослей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бактерицидное

Вирулицидное

Биохимический распад

Использование

 

 

 

воздействие

воздействие

 

подвижности ионов в

 

 

 

 

 

 

электрическом поле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Силы, удерживающие

Гидродинамические

Электростатические

Вандерваальсовые

Ионные силы растворов

 

 

примеси в воде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Часть первая

 

семейство – общая минерализация;

При содержании в воде взвешенных веществ

 

род – растворенное органическое вещество;

менее 2–3 мг/л или больше указанных значений,

 

вид – ведущие катионы и анионы (кроме Н+ и

но условный диаметр частиц меньше 1 · 10-4 мм,

 

ОН-).

определение загрязненности воды производят

 

В этой классификации, в отличие от многих

косвенно по мутности воды.

 

других, в том числе описанных классификаций

1.3.2. Мутность и прозрачность

 

Щукарева и Алёкина, учитываются температура,

 

органические вещества, газы. А.И. Перельман

Мутность воды вызвана присутствием тонкодис-

 

предложил также изображать воду в виде шести-

персных примесей, обусловленных нерастворимы-

 

значного числа – по количеству таксонов и разно-

ми или коллоидными неорганическими и органи-

 

видностей, которых в каждом таксоне – не более

ческими веществами различного происхождения.

 

девяти.

Качественное определение проводят описательно:

 

 

мутность не заметна (отсутствует), слабая опа-

 

 

лесценция, опалесценция, слабомутная, мутная и

 

1.3. Физико-химические

сильная муть.

 

В России мутность чаще всего измеряют в не-

 

показатели качества

фелометрических единицах мутности НЕФ (NTU)

 

природных вод

для небольших значений в пределах 0–40 НЕФ

 

 

(NTU), например для питьевой воды. В условиях

 

Под качеством природной воды в целом пони-

большой мутности обычно применяется измере-

 

мается характеристика ее состава и свойств, оп-

ние единиц мутности по формазину (ЕМФ). Преде-

 

ределяющая ее пригодность для конкретных видов

лы измерений – 40–400 ЕМФ.

 

водопользования (ГОСТ 17.1.1.01–77), при этом

Индикатор по НЕФ (NTU) – рассеивание излуче-

 

критерии качества представляют собой признаки,

ния, по ЕМФ – ослабление потока излучения. Соот-

 

по которым производится оценка качества воды.

ношение различных единиц измерения в П.1.3.4.

 

1.3.1. Взвешенные примеси

Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда

 

вода имеет незначительные окраску и мутность, и

18

Взвешенные твердые примеси, присутствую-

их определение затруднительно, пользуются пока-

щие в природных водах, состоят из частиц гли-

зателем «прозрачность».

 

ны, песка, ила, суспендированных органических и

Мера прозрачности – высота столба воды, при

 

неорганических веществ, планктона и различных

которой можно наблюдать опускаемую в воду

 

микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют

белую пластину определенных размеров (диск

 

на прозрачность воды.

Секки) или различать на белой бумаге шрифт

 

Содержание в воде взвешенных примесей, из-

определенного размера и типа (шрифт Снел-

 

меряемое в мг/л, дает представление о загрязнен-

лена). Результаты выражаются в сантиметрах

 

ности воды частицами в основном условным диа-

(табл. 1.5).

 

метром более 1·10-4 мм – табл. 1.4.

Дополнительно см. П.1.34.

Таблица 1.4

Характеристика вод по содержанию взвешенных примесей

Размер частиц

Гидравлическая крупность

Примесь (условно)

Время осаждения частиц

(приблизительный), мм

(скорость осаждения в лабораторном

 

на 1 м

 

цилиндре в течение 2 ч), мм/с

 

 

 

 

 

 

1,0

100

Крупный песок

10 с

 

 

 

 

0,5

53

Средний песок

20 с

 

 

 

 

0,1

6,9

Мелкий песок

2,5 мин

 

 

 

 

0,050–0,027

1,7–0,5

Крупный ил

10–30 мин

 

 

 

 

0,010–0,005

0,070–0,017

Мелкий ил

4–18 ч

 

 

 

 

0,0027

0,005

Крупная глина

2 сут

 

 

 

 

0,0010–0,0005

0,00070–0,00017

Тонкая глина

0,5–2 мес

 

 

 

 

0,0002–0,000001

0,000007

Коллоидные частицы

4 года

 

 

 

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Часть первая

Таблица 1.5

Характеристика вод по прозрачности

Прозрачность

Единица измерения, см

 

 

Прозрачная

Более 30

 

 

Маломутная

Более 25 до 30

 

 

Средней мутности

Более 20 до 25

 

 

Мутная

Более 10 до 20

 

 

Очень мутная

Менее 10

 

 

1.3.3. Запах

Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы:

естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.) – табл.1.6;

искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибалльной шкале – табл. 1.7.

Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.

Таблица 1.6

Запахи естественного происхождения

Обозначение запаха

Характер запаха

Примерный род запаха

 

 

 

 

 

 

 

А

Ароматический

Огуречный, цветочный

 

 

 

 

 

 

 

Б

Болотный

Илистый, тинистый

 

 

 

 

 

 

 

Г

Гнилостный

Фекальный, сточный

 

 

 

 

 

 

 

Д

Древесный

Запах морской щепы, древесной коры

 

19

 

 

 

 

З

Землистый

Прелый, запах свежевспаханной земли, глинистый

 

 

 

 

 

 

 

 

П

Плесневый

Затхлый, застойный

 

 

 

 

 

 

 

Р

Рыбный

Запах рыбьего жира, рыбы

 

 

 

 

 

 

 

 

С

Сероводородный

Запах тухлых яиц

 

 

 

 

 

 

 

Т

Травянистый

Запах скошенной травы, сена

 

 

 

 

 

 

 

Н

Неопределенный

Запахи естественного происхождения, не подходящие под предыдущие определения

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.7

Характеристика вод по интенсивности запаха

Интенсивность запаха,

Характеристика

Описательные определения

баллы

 

 

0

Запаха нет

Отсутствие ощутимого запаха

 

 

 

1

Очень слабый

Запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый опытным

 

 

исследователем

 

 

 

2

Слабый

Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый им, если

 

 

указать на него

 

 

 

3

Заметный

Запах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относиться к воде с

 

 

неодобрением

 

 

 

4

Отчетливый

Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду неприятной для питья

 

 

 

5

Очень сильный

Запах сильный настолько, что делает воду непригодной для питья

 

 

 

ВОДОПОДГОТОВКА

Библиотека «Аква-Терм»

Соседние файлы в предмете Водоподготовка