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 ведет к потерям диоксида углерода и отложению на поверхностях теплообменников и трубопроводов карбонатов кальция и магния в соответствии со следующими реакциями:

Са(HCO₃)₂ → CaСО₃¯ + СО₂­ + Н₂О;

Mg(HCO₃)₂ → MgСО₃¯ + СО₂­ + Н₂О.

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

Табл. 1. Показатели качества воды в системах охлаждения

Показатели качества	Рекомендуемые величины
в России	в США
ВНИИ Водгео	азотная промыш-ленность	хлорная промышленность
Температура, °С	25–40	28–30	25–30	–
Жесткость, ммоль × экв/л: общая карбонатная	£ 7 £ 2,5	1,5–2,5 1,5–2,5	5,5 £ 3	– 2,5–5,0
Щелочность, ммоль × экв/л	3–4	–	2–4	2,5
Общее содержание солей, мг/л	1300–2000		800–1200
Окисляемость перманганатная, мг О2/л	£ 20	£ 15	8–10	–
Химическое потребление кислорода, мг О2/л	£ 200	–
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 –     –   до 1,0	20–30   0,3   до 350 £ 500 £ 6     £ 2,4 –   –	10–20     150–300 350–500 1,5–9,0     0,12–2,64 6–8   до 1,0	–   – –     – –   –
рН	6,5–8,5	6,5–8,5	6,5–8,5	6,5–8,5

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.

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/л ионов Са и Mg. 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/л ионов Са и Mg): 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.