Качество воды и требования к ней

В 1 л воды, как правило, содержится около 1 г солей. В морской воде их значительно больше – от 5 гл до 35 гл. Пресные и морские воды различаются по суммарному содержанию солей, а также соотношением в них хлоридов, сульфатов и карбонатов. Речные воды делятся на маломинерализованные (до 200 мгл), среднеминерализованные (200-500 мгл) и повышенной минерализации (свыше 1000 мгл). Наряду с солями, вода содержит некоторое количество сложных природных органических соединений – гумусовых веществ. Содержание этих примесей в речных водах 5-10 мгл, в озерных – до 150 мгл. В водах содержится значительное количество твердых взвесей, коллоидных веществ и примесей биологического характера (микроорганизмов, водорослей и др.).

Существует несколько классификаций примесей воды. Согласно наиболее известной и признанной классификации примесей по фазово-дисперсному составу (по Л.А. Кульскому), они делятся на следующие группы:

1. вещества, которые образуют с водой взвеси, суспензии, эмульсии – удаляются с использованием сил тяжести и адгезии;

2. вещества в коллоидом состоянии и вирусы – удаляются окислением О₂, О, Сl₂, адсорбцией на золях Al(OH)₃, Fe(OH)₃;

3. молекулярные растворы, образованные газами и органическими веществами – удаляются окислением, десорбцией газов и легколетучих веществ, адсорбцией на золях, гелях, твердых сорбентах (уголь), экстракцией (углеводородами), биологической очисткой;

4. ионные растворы (растворы солей, кислот и щелочей) – удаляются переводом в труднорастворимые соединения, ионным обменом, перегонкой, экстракцией, вымораживанием, электродиализом или электроосмосом.

Содержание растворенного кислорода в воде определяется ее температурой и реакциями, протекающими в водной среде: фотосинтеза (содержание кислорода увеличивается), и окисления органических соединений – химического и микробиологического (содержание кислорода уменьшается).

В зависимости от состава вод меняется рН. Для рек и озер этот показатель колеблется в пределах 5,0-8,5.

Содержание различных примесей, как растворенных, так и находящихся в виде взвеси в природных водах, обуславливает образование отложений, накипи и шлама на поверхностях теплообменной аппаратуры и парогенераторов, что приводит к их коррозии и ухудшению теплообмена. В условиях работы оборотных систем водоснабжения многократный нагрев воды до 40-45 С и охлаждение ее в вентиляторных градирнях приводит к потерям диоксида углерода и отложению на поверхностях теплообменников и трубопроводов карбоната кальция в соответствии с реакцией

Са²⁺ + 2НСО₃^-  СаСО₃ + СО₂ + Н₂О.

Во избежание этого в производственных циклах используется специально подготовленная подпиточная вода, качество которой должно удовлетворять определенным техническим требованиям. В качестве примера в таблице 1 указаны основные показатели качества воды, используемой для охлаждения продуктов в теплообменных аппаратах в некоторых отраслях промышленности.

Требования к питательной воде паровых котлов (парогенераторов) энерготехнологических процессов обусловлены необходимостью предотвращения накипеобразования и коррозии поверхностей нагрева. К основным показателям качества питательной воды относятся: значение рН, общая жесткость, содержание кремниевой кислоты, растворенного кислорода, свободной углекислоты, железа, меди и других соединений. Качество питательной воды зависит от параметров генерируемого водяного пара.

Требования к воде, используемой в качестве реагента, экстрагента, абсорбента и т. д., связаны с особенностями проводимых процессов и указываются в технологических регламентах конкретных химических производств.

Таблица 1 – Показатели качества воды в системах охлаждения

Показатели качества	Рекомендуемые величины
	в России			в США
	ВНИИ Водгео	азотная промышленность	хлорная промышленность
Температура, С	25-40	28-30	25-30	-
Жесткость, мг-эквл: общая карбонатная	 7  2,5	1,5-2,5 15,-2,5	5,5  3	- 2,5-5,0
Щелочность, мг-эквл	3-4	-	2-4	2,5
Общее содержание солей, мгл	1300-2000	1200	800-1200	500
Окисляемость перманганатная, мг О2л	 20	 15	8-10	-
Химическое потребление кислорода, мг О2л	 200	-	70	75
Содержание, мгл: взвешенных веществ масел и маслообразующих веществ поверхностно-активных веществ (ПАВ) анионов Сl- (хлоридов) анионов SO42- (сульфатов) анионов РО43- (фосфатов) соединений азота в пересчете на ионы тяжелых металлов растворенного кислорода остаточного активного хлора	 50  20 не нормир. 150-300 350-500 - 6 - до 1,0	20-30 0,3 0 до 350  500  6  2,4 - -	10-20 0 0 150-300 350-500 1,5-9,0 0,12-2,64 6-8 до 1,0	5 - - 500 200 - - - -
рН	6,5-8,5	6,5-8,5	6,5-8,5	6,5-8,5

Питьевая вода в соответствии с ГОСТ 2874 должна содержать не более чем: бактерии – 100 штл; свободного хлора – 0,3 мгл; рН – 6,8-7,3; жесткости – 7 ммоль  эквл; солесодержание – менее 1 гл; кроме этого ограничено количество тяжелых (Мо, W, Cr), легких (Ве, Al), радиоактивных (Sr, Ra) и ядовитых (As, Ta) элементов. Вода должна быть прозрачной, без цвета и не иметь запаха.

Для большинства производств основным показателем служит жесткость воды, обусловленная присутствием в ней солей кальция и магния. Жесткость выражается в ммоль  экв ионов Са и Mg в 1 л воды. Различают три вида жесткости: временную, постоянную и общую.

Временная жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эти соли сравнительно легко удаляются из воды кипячением за счет образования нерастворимых средних и основных солей, которые выпадают в виде плотного осадка (накипи), согласно следующим химическим реакциям:

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + Н₂О + СО₂;

2Mg(НСО₃)₂ = MgСО₃  Mg(OH)₂ + Н₂О + 3СО₂.

Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния. Эти соли при кипячении из воды не удаляются.

Временная и постоянная жесткости в сумме дают общую жесткость.

Природные воды по жесткости классифицируются следующим образом (ммоль-экв. Са и Mg на л): очень мягкая – 0,5-1,5; мягкая – 1,5-3,0; средняя – 3,0-6,0; жесткая – 6,0-10,0; очень жесткая – более 10,0.

Окисляемость воды характеризуется присутствием в воде органических примесей и выражается в милимолях кислорода, который расходуется на окисление веществ, находящихся в 1 л воды.

Природную воду перед использованием в производстве подвергают очистке различными методами в зависимости от характера примесей и требований, предъявляемых к воде.