Железо
Оно ннаходится в воде в следующих формах:
— двухвалентное — растворенное в виде ионов Fe
— трехвалентное (хотя хлориды и сульфаты хорошо растворимы в воде, ионы Fe
полностью гидролизуются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)3, который находится в виде взвеси или осадка)
— органическое железо (находится в виде различных растворимых комплексов с природными органическими кислотами (гуматов), имея, как правило, коллоидную структуру)
— бактериальное железо — продукт жизнедеятельности железобактерий (железо находится в их оболочке).
В подземных водах присутствует, в основном, растворенное двухвалентное железо в виде ионов Fe2+.Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах водораспределения при контакте воды с поверхностью труб. В поверхностных водах железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав органических комплексов и железобактерий.
Конечно, потребителю воды неважно, в какой форме железо находится в воде, ведь, он сталкивается с последствиями высокого содержания железа в любой его форме. Так, например, норматив содержания железа общего в питьевой воде — не более 0,3 мг/л. Содержание железа в воде выше норматива способствует накоплению осадка в системе водоснабжения, интенсивному окрашиванию сантехнического оборудования.
Железо придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Высокое содержание железа в воде приводит к неблагоприятному воздействию на кожу, может сказаться на морфологическом составе крови, способствует возникновению аллергических реакций.
Если в результате анализа воды обнаружено содержание железа общего выше 0,3 мг/л, такая вода нуждается в корректировке состава путем обезжелезивания. Процесс удаления железа из воды основан на реакциях окисления железа (2+). При контакте подземной воды с воздухом двухвалентное железо окисляется кислородом воздуха в трехвалентное, которое при рН воды более 3,5 гидролизуется. Коллоид гидроксида железа при рН 6,5-6,8 коагулирует с образованием бурого хлопьевидного осадка. С повышением рН воды возрастает как скорость окисления закиси железа в основное, так и скорость гидролиза и коагуляции гидроксида железа. Поэтому освобождение воды от железа ведут при рН больше 7. С этой целью путем аэрации из воды удаляют углекислый газ и сероводород.
Жесткость воды
(суммарное содержание солей кальция и магния)
По нормам ВОЗ, оптимальная жесткость питьевой воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л.
Как правило, уровень жесткости природных вод значительно выше этих значений. В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающихся поверхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехарматуре и выводу её из строя, а также оставляет налет на волосах и коже человека, создавая ощущение их «жесткости». При стирке, взаимодействуя с ПАВами мыла или стиральных порошков, соли жесткости связывают их и требуют большего расхода. В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадение солей при хранении.
В энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды в систему очень быстро выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы. Даже небольшой слой отложений солей на поверхности теплообменного оборудования приводит к резкому снижению коэффициента теплопередачи и увеличению расхода топлива. Поэтому жесткость воды для этих целей ограничена очень малыми значениями 0,03-0,05 мг-экв/л.
Процессы извлечения из воды солей кальция и магния в водоподготовке называют умягчением. Относительно селективное удаление солей жесткости проводится путем реагентного умягчения (известкованием и содо-известкованием), ионного обмена (контакт воды с сильнокислотным катионитом в натрий — форме, в результате чего из воды извлекаются катионы кальция и магния, а замещаются ионом натрия) и нанофиль грацией (используются мембраны с определенным размером пор, которые и задерживают соли жесткости).
Медь
Медь и её соединения широко распространены в окружающей среде, поэтому их часто обнаруживают в природных водах. Концентрации меди в природных водах обычно составляют десятые доли мг/л, в питьевой воде могут увеличиваться за счет вымывания из материалов труб и арматуры. Медь придает воде неприятный вяжущий привкус в низких концентрациях, что и лимитирует её содержание в питьевой воде. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе источника водоснабжения для производства бутилированной питьевой воды. В случае обнаружения меди в питьевой воде в количестве более 1,0 мг/л, проводят корректировку состава воды с помощью катионообменных смол.
Органические соединения
В воде источников водоснабжения обнаружено несколько тысяч органических веществ разных химических классов и групп.
Органические соединения природного происхождения (гуминовые вещества, различные амины) и техногенного происхождения (поверхностно-активные вещества) способны изменять органолептические свойства воды (запах, привкус, окраска, мутность, способность к пенообразованию, пленкообразование). что позволяет их выявить и ограничить содержание в питьевой воде. В то же время огромное число органических соединений весьма неустойчивы и склонны к непрерывной трансформации, поэтому непосредственное определение концентрации органических веществ в питьевой воде затруднительно, поэтому содержание их принято характеризовать косвенным путем в мгОг/л, определяя, например, перманганатную окисляемость питьевой воды.
Значение перманганатной окисляемости выше 2 мгОг/л свидетельствует о содержании в воде легко окисляющихся органических соединений, многие из которых отрицательно влияют на печень, почки, репродуктивную функцию организма. При обеззараживании такой воды хлорированием образуются хлоруглеводороды, значительно более вредные для здоровья населения.
Если при анализе пробы воды обнаружено, что значение перманганатной окисляемости выше 5, а тем более 2 мгОг/л, такая вода требует очистки от органических загрязнений.
Очистка в таком случае осуществляется двумя способами:
1. извлечением путем сорбции, коагуляции и с помощью мембран
2. окислением (разрушением) до углекислого газа и воды с помощью хлора, кислорода, озона и жесткого ультрафиолетового облучения.
Нитраты
В поверхностных и подземных источниках воды присутствуют соединения азота в виде нитратов и нитритов. В настоящее время происходит постоянный рост их концентрации из-за широкого использования нитратных удобрений, избыток которых с грунтовыми водами поступает в источники водоснабжения. Согласно санитарным правилам и нормам, в воде централизованного водоснабжения содержание нитратов не должно превышать 45 мг/л, нитритов — 3 мг/л.
Нитраты в концентрации более 20 мг/л оказывают токсическое действие на организм человека. Постоянное употребление воды с повышенным содержанием нитратов приводит к заболеваниям крови, сердечно-сосудистой системы.
При обнаружении в пробе воды нитратов в количестве выше норматива прибегают к очистке воды с помощью обратного осмоса или ионного обмена.
Вода, имеющая отклонения от нормативов по содержанию тех или иных химических элементов и веществ, имеет, как правило, запах и привкус. Среди веществ, влияющих на органолептические показатели, можно выделить железо, марганец, сульфаты, хлориды, хлор остаточный, сероводород, а также большинство органических соединений.
Опытные специалисты, прошедшие специальную подготовку по дегустационному анализу воды, проведут идентификацию запаха и привкуса, а с помощью количественного химического анализа определят компоненты, способные вызывать привкус и запах.
