Характеристики природных и технических вод

Основные принципы государственной политики в области контроля качества воды в нашей стране закреплены соответствующими статьями Водного кодекса Российской Федерации [1] и Федерального закона Российской Федерации от 10.01.02 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды». Большое значение при контроле качества продукции имеет также Закон №184-ФЗ от 27.12.02 «О техническом регулировании».

Источниками водоснабжения в большинстве регионов РФ являются поверхностные воды рек (водохранилищ) и озер, на долю которых приходится 65—68 % от общего объема водозабора. Ниже приводится оценка качества воды в них в зависимости от некоторых характерных показателей состава: рН, минерализованности (солесодержания), жесткости, содержания взвешенных и органических веществ, а также фазово-дисперсного состояния.

Сравнивая оценочные и фактические показатели состава воды в источниках Российской Федерации, можно отметить преобладание мягких и очень мягких, а также мало- и среднеминерализованных вод в азиатской ее части и северных районах, т.е. на большей части территории страны. Повсеместное загрязнение водных объектов примесями антропогенного и техногенного происхождения, наблюдаемое в последние годы, обусловлено поступлением в них неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод, хозяйственно-бытовых и промышленных, талых и ливневых вод с водосборов.

Под качеством природной воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером и концентрацией содержащихся в воде примесей. Ниже дана классификация вод по различным признакам: величине рН, минерализованности, жесткости, прозрачности, цветности и размеру содержащихся в воде частиц.

Таблица 1 – Минеральный состав вод

Среда pH Минерализованность (солесодержание) Сухой остаток, мг/дм 3 Сильнокислая ≤ 4,5 Малая < 200 Слабокислая 4,5 - 6,5 Средняя 200 - 500 Нейтральная 6,5 - 8 Повышенная 500 - 1000 Слабощелочная 8,0 - 9 Высокая 1000 - 2000 Сильнощелочная > 9 Очень высокая 2000 - 8000

Таблица 2 – Характеристики водных сред

Характеристика воды Жесткость, мг-экв/дм 3 Прозрачность По шрифту Снеллена Содержание взвеси, мг/дм 2 Очень мягкая ≤ 1,5 Прозрачная > 30 < 5 Мягкая 1,5 - 3 Слабомутная 25 - 30 5 - 20 Средняя 3 - 6 Среднемутная 20 - 25 20 - 50 Жесткая 8 - 10 Мутная 10 - 20 50 - 300 Очень жесткая > 10 Очень мутная < 10 > 300

Таблица 3 – Окисляемость водных сред

Характеристика окисляемости (цветности) Перманганатная окисляемость, мг/дм 3 O2 Цветность, град Pt-Co шкалы Очень малая ≤ 2,5 ≤ 25 Малая 2,5 - 6 25 - 50 Средняя 6 - 12 50 - 80 Высокая 12 - 20 80 - 120 Очень высокая > 20 > 120

Таблица 4 – Примеси в водных средах

Фазово-дисперсная группа Характер примесей Размер частиц, см Структурные системы I Взвеси Суспензии, эмульсии, микроорганизмы 10 -2 - 10 -5 Гетерогенные II Коллоидные растворы Коллоиды, высокомолекулярные 10 -5 - 10 -6 Гетерогенные III Молекулярные соединения Газы, растворимые в воде; органические вещества, придающие запах и привкус 10 -6 - 10 -7 Гомогенные IV Ионные растворы Соли, кислоты, основания 10 -7 - 10 -8 Гомогенные

По специфике требований к качеству очищенной воды различают воду, используемую для хозяйственно-питьевых целей, нужд пищевой промышленности, сельского хозяйства и промышленности.

Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения и правила контроля качества воды, производимой и подаваемой системами питьевого водоснабжения населенных мест в РФ, устанавливаются по [3].

Ее безопасность в эпидемиологическом отношении определяется нормативами, представленными в таблице 5.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных и химических веществ (таблица 6).

Таблица 5 - Нормативы по микробиологическим и паразитологическим показателям

Показатели Единицы измерения Нормативы Термотолерантные колиформные бактерии Число бактерий в 100 см 3 Отсутствие Общие колиформные бактерии Число бактерий в 100 см 3 Отсутствие Общее микробное число Число образующих колонии бактерий в 1 см 3 Не более 50 Колифаги Число бляшкообразущих единиц в 100 см 3 Отсутствие Споры сульфитредуцирующих Клостридий Число спор в 20 см 3 Отсутствие Цисты лямблий Число цист в 50 см 3 Отсутствие

Таблица 6 - Нормативы по обобщающим показателям и вредным химическим веществам, мг/дм 3

Показатель Нормативы (ПДК), не более Показатель Нормативы (ПДК), не более 1 2 1 2 Обобщенные показатели Мышьяк (As, суммарно) 0,05 Реакция среды 6 - 9 ед. рН Никель (Ni, суммарно) 0,1 Общая минерализация (сухой остаток) 1000 Нитраты (по N03 - ) 45 Жесткость общая 7 мг-экв/дм 3 Ртуть (Hg, суммарно) 0,0005 Окисляемость перманганатная 5 мг-экв/дм 3 Свинец (РЬ, суммарно) 0,03 Нефтепродукты (суммарно) 1 Селен (Se, суммарно) 0,01 Поверхностно-активные вещества (ПАВ) 0,5 Стронций (Sr 2+ ) 7 Фенольный индекс 0,25 Сульфаты (SO4 2 - ) 500 Неорганические вещества Фториды (F) для климатических районов: I и II III 1,5 1,2 Алюминий (Al 3+ ) 0,5 Хлориды (Сl - ) 350 Барий (Ва 2+ ) 0,1 Хром (Сr 6+ ) 0,05 Бериллий (Ве 2+ ) 0,0002 Цианиды (CN - ) 0,035 Бор (В, суммарно) 0,5 Цинк (Zn 2+ ) 5 Железо (Fe, суммарно) 0,3 Органические вещества Кадмий (Cd, суммарно) 0,001 γ-ГХЦГ(линдан) Марганец (Mn, суммарно) 0,1 ДДТ (сумма изомеров) 0,002 Медь (Cu, суммарно) 1,0 2,4-Д 0,03 Молибден (Mo, суммарно) 0,25

Кроме того, действуют нормативы по вредным химическим веществам, поступающим и образующимся в процессе обработки воды: хлору, хлороформу, озону, формальдегиду, полиакриламиду, активированной кремнекислоте и полифосфатам.

Благоприятные основные органолептические свойства воды определяются нормативами, приведенными в таблице 7.

Таблица 7 - Нормативы по органолептическим показателям

Показатель Единицы измерения Нормативы, не более Запах Баллы 2 Привкус Баллы 2 Цветность Градусы Pt-Co шкалы 20 Мутность мг/дм 3 (по каолину) 1,5

Радиационная безопасность питьевой воды определяется ее соответствием нормативам по показателям общей α- и β-активности.

При использовании воды для технических нужд различных видов промышленности различают воду, входящую в состав продукта, используемую в гидротранспорте, для мытья и охлаждения сырья и готовой продукции. Ее качество регламентируется отраслевыми нормативными документами.

Качество воды в значительной мере зависит от ее ионного состава. Для подавляющего большинства природных вод общее солесодержание достаточно точно определяется катионами Са 2+ , Mg 2+ , Na + , К + и анионами НСO3 - , SO4 2- , Сl - (макрокомпоненты). Остальные ионы обычно присутствуют в очень незначительных количествах, но могут существенно влиять на свойства и качество воды.

Данные анализов ионного состава воды удобно изображать графически. Для этого в определенном масштабе на двух параллельных соприкасающихся полосах в порядке, указанном на рисунке 1, откладывают концентрации катионов и анионов (1 см длины соответствует 1 мг-экв/дм 3 ). Графическое изображение результатов анализа позволяет представить гипотетический состав солей в воде. Например, в воде, по результатам анализа которой составлена диаграмма, приведенная на рисунке 1, в, гипотетически присутствуют Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, NaHCO3, Na2SO4, NaCl и KCl. При известных концентрациях катионов и анионов можно вы¬числить и концентрации этих солей.

Рисунок 1 - Диаграмма гипотетического состава солей в воде

Анионы на диаграмме располагаются в порядке увеличения их кислотных свойств. Расположение катионов обусловлено тем порядком, в котором они будут образовывать малорастворимые соединения при постепенном увеличении значения рН.

Огромное влияние на качество и свойства воды оказывают соединения угольной кислоты. Вместе с ионами кальция они образуют карбонатно-кальциевую систему равновесий, самую сложную в природных водах. В последние годы все чаще при оценке стабильности воды учитывают ионные пары, находящиеся в воде в молекулярной форме (рисунок 2).

Из рисунка 2 видно, что с карбонатно-кальциевой системой не¬посредственно связаны ионы водорода, и, таким образом, количественные соотношения между отдельными компонентами системы зависят от величины рН.

В условиях равновесия определенной концентрации бикарбонатов соответствует определенное количество свободной углекислоты, называемой равновесной. Вода при этом стабильна, так как не происходит ни выпадения карбонатов, ни их дополнительного растворения.

Рисунок 2 - Модель основных химических равновесий компонентов воды и состояния насыщения ее карбонатом кальция: ПРСаСO3 — произведение растворимости карбоната кальция; СаСO3(ТВ) — твердая фаза карбоната кальция; K1, K2 — константы соответственно первой и второй ступени диссоциации угольной кислоты; КW — ионное произведение воды; (CaSO4)°, (СаНСO3) + , (СаОН) + и (СаСO3)° — недиссоциированные комплексы соответствующих ионов (ионные пары)

Если количество растворенной углекислоты больше ее равновесной концентрации, то равновесие реакций (рисунок 2) сдвинется вправо, что приведет к растворению СаСO3. Избыток Н2СO3 сверхравновесной концентрации называется агрессивной углекислотой. Контакт агрессивной углекислоты с бетонными сооружениями приводит к вымыванию из них карбоната кальция. При недостатке Н2СO3 по сравнению с равновесной концентрацией реакция протекает справа налево, что приводит к дополнительному образованию и выпадению в осадок малорастворимого карбоната кальция. Стабильность воды может быть оценена экспериментально или путем вычисления индексов стабильности воды [4] по результатам определения в воде температуры, общего солесодержания, концентрации ионов кальция и общей щелочности и некоторых других ее компонентов. Основным и более точным методом является экспериментальный. Суть его состоит в определении общей щелочности или величины рН в исходной пробе и после встряхивания ее с карбонатом кальция в течение 1 - 2 ч.