Виды жёсткости воды

Жёсткость воды

Водородный показатель – pH

В воде часть молекул всегда находится в диссoциированном состоянии в виде ионов H ⁺ и OH ^-. Концентрация недиссоциированной воды считается постоянной, поэтому количество ионов водорода и ионов гидроксила при данной температуре будет тоже величиной постоянной. При t 22⁰ С эта величина равна 10^-14. Чистая вода имеет нейтральную реакцию и количество ионов H ⁺ должно быть равно количеству ионов OH ^-.

[H ⁺ ] = [OH ^- ] = 10^-7

Это выражение показывает, что при 22⁰ С в 1 л чистой воды содержится 10^-7 грамм-молекул воды в ионизированном виде, т.е. 10^-7 грамм-ионов водорода и 10^-7 грамм-ионов гидроксила.

Если [H+] = 10^-7, то lg [H ⁺ ] = -7, а – lg [H ⁺ ] = 7

Выражение – lg [H ⁺ ] означает pH – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов.

Если pH < 7 – реакция воды кислая;
Если pH > 7 - реакция воды щелочная;
pH < 4,5 – сильнокислая;
4,5 – 5,5 – кислая;
5,5 – 6,5 – слабокислая;
6,5 – 7,5 – близкая к нейтральной;
7,5 – 8,5 – слабощелочная;
8,5 – 9,5 – щелочная;
> 9,5 – сильнощелочная.

Жёсткостью воды называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция (1/2 Ca ²⁺) и магния (1/2 Mg ²⁺). Единицей жёсткости воды является моль на кубический метр (моль/м ³). Числовое значение жёсткости, выраженное в моль /м ³ равно числовому значению жёсткости, выраженному в мг · экв /л. 1 мг/л жёсткости воды отвечает содержанию ионов кальция (1/2 Ca ²⁺) 20,04 мг/л и ионов магния (1/2 Mg ²⁺) 12,153 мг/л.

Различают жёсткость воды общую - общее количество содержащихся в воде ионов кальция и магния; устранимую – жёсткость воды, обусловленная наличием в воде карбонатных (CO ₃^2-) и гидрокарбонатных (HCO ₃^-) ионов солей кальция и магния, удаляемая при кипячении и определяемая экспериментально; неустранимую - разность между общей жесткостью и устранимой жесткостью; карбонатную – сумма карбонатных (CO ₃^2-) и гидрокарбонатных (HCO ₃^-) ионов в воде; некарбонатную - разность между общей жёсткостью и карбонатной.

По величине общей жёсткости (по А.О. Алекину) различают следующие природные воды:

очень мягкие до 1,5 мг · экв /л
мягкие 1,5 – 3 мг · экв /л
умеренно-жёсткие 3 – 6 мг · экв /л
жёсткие 6 – 9 мг · экв /л
очень жёсткие > 9 мг · экв /л

Минерализация воды. Минерализация (М) воды - концентрация растворённых в воде твёрдых неорганических веществ. Различают характер и степень минерализации.

Характер минерализации обусловлен химическим типом воды. По О.А. Алекину воды делятся на три класса по преобладающему аниону - гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные. Каждый класс подразделяется на три группы по преобладающему катиону - Na ⁺, Ca ²⁺, Mg ²⁺.

Степень минерализации. Степень минерализации выражают в мг/л или г/л (иногда г/кг) и определяют:

1). По сухому остатку, который получают путём выпаривания природной воды. Если количество воды выражено в мл, концентрацию солей в воде называют минерализацией - М (г/л, мг/л). Если количество воды взято в г, то концентрацию солей в воде называют с о л ё н о с т ь ю - S (г/кг, % 0).

2). По химическому составу природной воды. Определяют как арифметическую сумму весовых количеств всех ионов в 1 л воды:

По степени минерализации (по В.И. Вернадскому, 1931-36 гг.; И.К. Зайцеву, 1958 г.) природные воды подразделяются на:

пресные до 1 г/л;
солоноватые 1 - 10 г/л;
солёные 10 - 50 г/л;
рассолы > 50 г/л

Псевдодробь:

1. Из лаборатории получаем результаты химических анализов воды в мг/л.

2. Полученные исходные данные пересчитываем в мг · экв путём деления результатов анализа в мг/л на э к в и в а л е н т н у ю массу соответствующего иона (табл. 1).

Например: концентрация Ca ²⁺ 79 мг/л (результат химического анализа (табл. 2), чтобы получить эквивалентную массу кальция, нужно его атомную массу 40,08 разделить на валентность, т.е. 2, получим эквивалентную массу 20,04, затем 79:20,04 = 3,95 мг · экв/л.

Пересчитать в мг · экв форму можно другим способом. Для этого исходные данные в мг/л умножить на соответствующие пересчётные коэффициенты. Величину пересчётного коэффициента получим путём деления е д и н и ц ы на эквивалентную массу.

Пересчётный коэффициент для кальция: 1:20,04 = 0,0499. Для одновалентных ионов эквивалентной массой будет атомная масса.

Таблица 1

3. Для вычисления процент – эквивалентов (% · экв.) принимаем сумму мг · экв. анионов (ΣА), содержащихся в 1 л воды за 100 % и вычисляем процент содержания каждого аниона в мг?экв по отношению к этой сумме. Аналогично вычисляем % экв. катионов.

Например: (табл. 2) сумма катионов равна 8,51
8,51 – 100 %
1,52 – х
х = 17,9 % · экв. (Na)

Суммы катионов и анионов, выраженные в мг · экв /л, должны быть равны между собой. Часто точного совпадения цифр в виду погрешностей анализа не бывает. Допустимая неточность анализа (х) определяется по формуле:

Σ А – сумма мг · экв /л анионов;
Σ К – сумма мг · экв /л катионов.

Образец выполнения задания:

В таблицу 2 записываем результаты химических анализов воды, выраженные в 3х формах:

1) мг/л; 2) мг · экв /л; 3) % экв.

Таблица 2

ж = 3,95 + 3,04 = 6,99

Вода, близкая к нейтральной, жёсткая, пресная, гидрокарбонатно-магниево-кальциевая. В название химического состава воды входят ионы, содержание которых ≥ 25 % экв. и называют воду, начиная с анионов от 25 % экв. в возрастающем порядке, затем катионы в таком же порядке.

Вывод: вода пригодна для питья.
Вода не пригодна для питья:

1. с pH > 8,5 и < 6,5;
2. с ж > 7 мг·экв /л;
3. с М >1;
4. если хлоридов > 350 мг/л;
5. если сульфатов > 500 мг/л;
6. если Σ Cl + SO4 ≥ 450 мг/л.

Если вода не пригодна для питья, то в выводе перечислить, по каким показателям.

Химические анализы природных вод, мг/л
(в каждом варианте 3 задачи)

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА N 3
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ
ВОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Экономический ущерб Y (руб./год) от сброса примесей в водохозяйственный участок некоторым источником определяется по формуле

(1)

где γ – множитель, численное значение которого равно 400 (руб./уcл, т);

σ _к – константа (безразмерная), зависящая от водохозяйственного участка; некоторые значения приведены в приложении 1;

М - приведённая масса годового сброса примесей (усл. т/ год).

Величина М определяется по формуле

(2)

где i - номер сбрасываемой смеси,

N - число примесей;

А - показатель относительной опасности сброса i-го вещества в водоёмы (усл.т/т);

m _i - фактическая масса годового сброса i-й примеси, т/год.

Численное значение величины A _i для каждого загрязняющего вещества определяется по формуле, усл. т/т:

Ai = 1/ПДК i

(3)

где ПДК _i - ПДК i-го вещества в воде водных объектов рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого или культурно-бытового назначения (приложение 2).

Изложенный метод укрупнённой оценки ущерба от сброса примесей в водоёмы не применяется в случаях, когда сбросы носят залповый характер.

Дата добавления: 2015-07-13