Характеристика примесей природных вод

По степени дисперсности примеси природных вод могут быть разделены на

А) грубодисперсные,

Б) коллоидно-дисперсные

В) истинно-растворенные.

Грубодисперсные примеси (ГДП) представляют собой агломера­ты с размером частиц более 100 нм. Они образуют с водой гетерогенную систему. Сравнительно большая масса отдельных частиц таких примесей позволяет им заметно проявлять себя в поле сил тяжести, т. е. дисперсная система грубодисперсных веществ в воде обладает малой седиментационной устойчивостью. Грубодисперсные частицы распределяются в массе воды механичес­ки и практически не способны к диффузии. В зависимости от значения (где ∆ρ_ч и ∆ρ _в — соответственно плотность частицы и воды) они могут подразделяться на

а) тонущие (∆ρ >0),

б) взвешенные (∆ρ = 0)

в) всплывающие (∆ρ <0).

Система грубодисперсная примесь — вода может образовывать эмульсию, если грубодисперсная примесь—жидкость, или суспензию, если примесь — твердое тело. Следует подчеркнуть, что в нижней границе дисперсного спектра (ближе к 100 нм) грубодисперсные примеси выделяются из воды с большим трудом и могут пребывать в ней значительное время, обусловливая мутность воды. Именно из-за наличия в воде таких примесей пользуются выражением: взвешенные вещества. Грубодисперсные примеси обычно состоят из глинистых веществ, песка и органических веществ.

Коллоидно-дисперсные примеси также образуют с водой гетерогенную систему. Коллоидные частицы имеют весьма малые размеры (от 1 до 100 нм) и поэтому не теряют способности к диффузии (участвуют в броуновском движении) и обладают весьма развитой удельной поверхностью. Так, суммарная удельная поверхность коллоидных частиц диамет­ром 10 нм (10 ~⁸ м) каждая в 10⁵ раз превышает удельную поверхность грубодисперсной частицы равновеликой массы диаметром 10 м и составляет примерно 10"¹ м².

Коллоидные примеси в природной воде обладают очень большой седиментационной (равномерным распределением при­месей по объему воды), а также и агрегативной устойчивостью. Под последней следует понимать неизменяемость дисперсного состава в течение длительного времени.

Коллоидные частицы невидимы даже при самом большом увеличении в биологическом микроскопе. В природных водах в коллоидном состоянии обычно находятся различные формы кремниевой кислоты, соединения алюминия и железа, а также различные органические вещества.

Истинно-растворенные примеси представлены в воде в виде отдельных ионов, молекул или комплексов, состоящих из нескольких молекул. Частицы таких примесей имеют размер менее 1 нм. Так как такие примеси не имеют поверхности раздела, то вместе с водой они составляют гомогенную систему.

По химическому характеру примеси разделяются

а) Газовые примеси в природной воде составляют газы, растворенные в воде из-за ее контакта с атмосферой (О₂, СО₂, N₂), и газы, образующиеся в результате биохимических процессов (H₂S, SO₂, NH₃).

б) К минеральным примесям относятся растворенные минераль­ные соли.

в ) Органические вещества в природных водах представлены в основном гумусовыми веществами. Кроме того, в воде могут находиться таннины, белки, жиры, эфирные масла и др. Особенно богаты гумусовыми веществами болотные воды и воды торфяников. Именно эти вещества придают воде коричневую или желтую окраску. Гумусовые вещества в общем случае разделяют условно на гуминовые кислоты (находящиеся в воде в виде коллоидов), коллоидные фульвокислоты и ис­тинно-растворенные фульвокислоты. Соединения гуминовых кислот с ионами Na⁺ и К⁺ хорошо растворимы, а с Са^{2 +} и Mg²⁺ —трудно растворимы и могут образовывать в воде коллоиды. Фульвокислоты образуют хорошо растворимые соединения с ионами Na⁺, K⁺, NH4, Fe^{2 +} и плохо рас­творимые соединения с ионами А1³⁺ и Fe^{3 +}.

Кроме того, в результате сброса в водоемы сточных вод в природных водах могут присутствовать другие органические соединения: нефтепродукты, фенолы, поверхностноактивные вещества, ароматические соединения и т. п.

Ионный состав примесей воды характеризуется присутствием в ней соответствующих катионов и анионов (табл. 1.3).

Ионы Na⁺ и К⁺ относятся к числу устойчивых примесей воды, так как они не образуют труднорастворимых солей и не подвергаются гидролизу, т. е. не вступают в реакцию с водой. Обычно концентрация ионов К⁺ составляет менее 10% концентрации ионов Na⁺, и поэтому при анализе их не определяют отдельно, а выражают суммарное содержание ионов этой группы через концентрацию ионов Na⁺.

группа	катионы	анионы	Концентрация, мг/кг
	Na^+,K^+,Mg^2+,Ca^2^+	HCO^-3, Сl^-, SO^2^-4	От единиц до десят- ков тысяч
	NH^+4, Fe^2 ^+, Mn^2+	HSiO^-3, F^-, NO^-3 СО^2-3	От десятых долей до единиц
	Cu^2 ^+, Zn^2 ^+, Ni^2 ^+ Al^3^+	HS^-, I^-, NO^-2, H2PO^-4	Меньше десятых долей

Таблица 1.3. Важнейшие ионы в природных водах

Фактические значения рН, определенные экспериментально, могут относиться к значению рН в положении равновесия как рН^факт <> рН^равн. Разность между экспериментально найден­ным значением рН^факт и рН^равн называется индексом ста­бильности воды:

U _с = рН^факт - рН^равн.

При значении U_с = 0 вода стабильна, при U_c<0 вода агрессивна, а при U_c>0 она нестабильна и способна к образованию отложений.

Экспериментально стабильность воды можно определить также путем контактирования пробы воды с карбонатом кальция в течение 1—2 ч и измерения значения рН до (pH₁) и после (рН₂) контактирования. При этом принимается, что если отношение рН₁/рН₂ = 1, то вода стабильна. При рН₁/рН₂>1 вода нестабильна, а при рН₁/рН₂<1 она агрессивна.

Следует подчеркнуть, что состояние равновесия достигается в течение длительного времени, поэтому возможно также и пребывание описанной системы в состоянии некоторого пересыщения по СаСО₃, когда количество выпавшей твердой фазы оказывается меньше расчетного.

Дата добавления: 2014-01-13