Показатели качества природных и сточных вод.

Качество воды обусловливается совокупностью растворенных в ней минеральных и органических веществ, газов коллоидов, взвешенных частиц, а также наличием микроорганизмов.

Качество воды, используемой для промышленного водоснабжения, определяется видом производства и ролью воды в технологическом процессе, где вода может быть использована как технологическое сырье растворитель теплоноситель и т.д.

В каждом конкретном случае предъявляются требования к качеству воды, как по химическому составу, так и по физическим показателям. В ряде отраслей производства (химическое, радиоэлектронная промышленность, питание паровых котлов) требования очень жесткие.

В целом, оценка качества воды производится по результатам анализа таких ее свойств как:

- физические свойства

- химические свойства

- бактериологические (отсутствие микроорганизмов)

Физические показатели качества воды:

- температура

- мутность

- прозрачность

- цветность

- запах

- вкус

1. Температура – зависит от местоположения источника, времени года, температура грунта. Для питьевой воды наиболее благоприятна температура 7-12 градусов Цельсия.

2. Мутность и прозрачность: является двумя показателями одного физического показателя. При содержании в воде взвешенных частиц <3мг/л определяют ее мутность, которую устанавливают в мутномере, сравнивая ее со стандартными в мг/л..

3. Цветность - чистая вода в тонких слоях бесцветна. В толстом слое она имеет голубоватый оттенок. Иные оттенки свидетельствуют о наличии в ней растворенных или взвешенных примесей: гуминовых веществ, коллоидных соединений железа, окрашенных веществ, массового размножения водорослей. Коллоидные железистые соединения придают воде оттенки придают воде оттенки от желтоватых до зеленых; гуминовых веществ (природные воды) оттенки желтого и бурого цвета и т.д.

Цветность определяется калориметрически, сравнивая цвет исследуемой воды с эталонной шкалой, имитирующей эту окраску.

4. Запах и вкус - зависят от температуры воды, растворенных в воде газов и химического состава примесей.

-соли железа или марганца придают воде железистый (чернильный) вкус;

- СаSO₄-вяжущий;

- MqSO₄-горький;

- NaCl- соленый;

- H₂S-тухлый.

Большую роль в формировании запаха и вкуса природных вод играет их органический состав наличие продуктов гниения, специфических органических соединений, выделяемых некоторыми водорослями и микроорганизмами, особенно при цветении водоема (массовое развитие водорослей и микроорганизмов).

Характер и интенсивность запаха и вкуса воды определяют органолептическим методом: дают качественную характеристику и оценивают ее интенсивность в баллах:

По характеру запахи делят на 2 группы:

Естественного происхождения

А-ароматный (цветочный); Б- болотный (илистый);

Г- глинистый (фекальный); Д- древесный (мокрые щепки);

З- землистый (прелый); П- плесневый (затхлый); Р- рыбный;

С- Сероводородный (тухлые яйца); Н – неопределенный) (10 категорий).

Искусственного происхождения

-фенольный

-хлорфенольный

-камфорный

-бензинновый

-хлорный и т.д.

Интенсивность запаха (от 0 до 5 баллов): 0-нет, 5-очень сильный.

Четыре вида вкуса: соленый, горький, сладкий, кислый либо вода без привкуса.

Химические показатели качества воды:

1) рН

2) содержание растворенных газов

3) жесткость воды

4) содержание Fe

5) содержание хлоридов

6) содержание сульфатов

7) соединение азотсодержащих веществ

8) окисляемость

Большинство природных вод имеет рН 6,8-7,3. Постоянство рН природных вод обеспечивается присутствием в них буферной системы (Н₂СО₃ + МеНСО₃). Более низкие значения рН наблюдаются в болотных почвах. Летом при интенсивном фотосинтезе рН может повышаться до 9.

Содержание так называемого активного хлора определяется в дезинфицируемой им питьевой воде, в сточных водах, воду приходится хлорировать или в воде присутствуют хлорсодержащие соединения или соединения, выделяющие хлор. Понятие активного хлора включает: Cl₂, NH₄OH, RCl, MеCl, MеOCl, и др.

Железо постоянно присутствует в поверхностных и подземных водах, где концентрация его зависит от геологического строения и гидрологических условий бассейна. Соединения железа не токсичны, но ухудшают качество воды, придавая ей неприятный запах и привкус железа, оставляя после мытья или стирки на посуде, одежде ржавые пятна.

Допустимая концентрация Fe в питьевой воде составляет 0.3 мг/л.

Жесткость воды зависит от содержания в ней растворенных солей Ca и Mg.

Эти элементы в природных условиях попадают в воду вследствие воздействия СО₂ на карбонатные минералы или в результате биохимического воздействия, происходящего в увлажненных слоях почвы.

Различают карбонатную (временную) жесткость и некарбонатную (постоянную) жесткость вод. Их сумма дает общую жесткость воды.

Карбонатная

1) СаНСО₃

2) MgHCO₃

Некарбонатная

1) MgSO₄, СаCl₂,Ca(NO₃)₂ и др.растворенных солей.

[Моль–экв/л.]- растворенных солей Mg и Са.

По жесткости воды подразделяют

-очень мягкие (0-1,5)

-мягкие (1.5-3)

-средней жесткости (3-4.5)

-довольно жесткие (4.5-6.5)

-жесткие (6.5-11)

-очень жесткие (>11 Ммоль-экв/л)

Допустимая жесткость воды для хозяйственно питьевого назначения не более 7 Ммоль/л.

Умеренно жесткие воды не опасны в гигиеническом отношении, т.к с водой в организм поступает 20-30% Са, необходимого для поддержания в норме обмена веществ в организме. Однако постоянное потребление жесткой и очень жесткой воды способствует возникновению мочекаменной болезни.

Большие количества солей делают непригодной для хозяйственного назначения. В жесткой воде плохо развариваются овощи, перерасходуются

СМС, выступает осадок в трубах и т.д. Такая вода не пригодна для питания паровых котлов и для охлаждения технологического оборудования из-за образования плотных слоев накипи на внутренних стенках.

Общую жесткость определяют в питьевых, подземных и поверхностных, сточных водах и водах хозяйственного пользования.

Окисляемостью называется общее содержание в воде веществ минерального и органического характера, реагирующих с сильными окислителями, и выражается числом мг О₂, идущего на окисление примесей, содержащихся в 1 л Н₂О (мг О₂/л)

В зависимости от окислителя различают бихроматную и перманганатную окисляемость.

Бихромат калия (К₂Cr₂O₇) окисляет почти все присутствующие воде вещества, в том числе и трудно окисляемые. Поэтому бихроматную окисляемость называют еще химическим потреблением О₂ (ХПК), который является важнейшим показателем качества воды.

Отношение значения ХПК сточной воды к содержанию в ней органического углерода (мг/л) – характерный показатель загрязнения сточной воды органическими веществами

Повышенное значение этого соотношения указывает на неполноту очистки промышленных сточных вод от характерных для них веществ.

Методы очистки сточных вод

 

В природных водах происходит естественный процесс самоочищения воды, протекающий достаточно медленно, поэтому не справляющийся с большим объемом загрязняющих сбросов. Следовательно, необходимы надежные методы очистки сточных вод.

Методы очистки сточных вод подразделяются на:

- механические;

- химические;

- физико-химические;

- биологические;

- комбинированные.

Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75%, а из промышленных до 95%, нерастворимых примесей, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки сточных вод весьма перспективен биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов.

Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод:

- биофильтры;

- биологические пруды;

- аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

Коагуляционные методы особенно широко применяются для очистки сточных вод. Для коллоидных частиц природных вод характерен отрицательный дзета-потенциал (около 70 мВ). Поэтому для их коагуляции применяются коагулянты, продукты гидролиза которых имеют положительный заряд. При рН= 5,5-7,5 обычно применяют Al₂(SO₄)₃ в дозе подобранной экспериментально, составляющей для большинства поверхностных вод стран СНГ 0,5 - 1,2 мг-экв/кг. При рН= 10-10,5 используют FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, доза для FeSO₄ - 0,1-0,5 мг-экв/кг. Оптимальная температура для коагуляции 30-35⁰С. Для ускорения коагуляции широко применяются флокулянты. Флокулянт (например, 0,1% раствор полиакриламида) сорбирует на себя предварительно скоагулировавшие частицы и при этом образуются быстроопадающие крупные хлопья.

Эмульсии нефтепродуктов удаляются с помощью гетеро- (внесение солей) и электрокоагуляции (с помощью электролитов). Для ускорения коагуляции используют такие флокулянты как: неионогенные (крахмал, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и пр.), анионные (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, лигносульфонаты и др.), катионные (полиэтиленамин, четвертичные аммониевые соли на основе полистирола и поливинилтолуола), амфотерные (полиакриламид, белки и др.). Для электрокоагуляции используют алюминиевые и железные электроды-аноды. Преимущества метода состоят в том, что он не требует применения реагентов, не увеличивает солесодержание воды, используется простое оборудование.

Особым физико-химическим методом является флотация. Флотационная очистка эффективна при извлечении природногидрофобных примесей. При флотации извлечение эмульгированных нефтепродуктов осуществляется пузырьками воздуха или углеводородных газов, введенных в воду разными способами. По способу диспергирования воздуха выделяются следующие виды флотации:

1) при выделении газа из воздуха (вакуумная, напорная);

2) с механическим диспергированием воздуха (импеллерная, безнапорная и пневматическая);

3) при подаче воздуха через пористые материалы;

4) электрофлотация;

5) био-, вибро- и химическая флотация.

Ионо-обменные методы

При загрязнении грунтовых вод тяжелыми металлами и сульфидами часто применяется их инактивация с помощью ионообменных смол, при этом образуются хелатные соединения.

Сорбционные методы

Сорбция практически единственный метод, позволяющий очищать воду от нефтепродуктов до любого требуемого уровня без внесения вторичных загрязнений. Наиболее широко применяются следующие сорбенты: асбестосодержащий материал (после использования регенерируется прокаливанием), пористый полимерный сорбент сополимер стирола и дивинилбензола (нефтепродукты из него могут быть эмонированы растворителем), пенополиуретан с гранулами ферромагнетика (сорбент регенерируется отжимом), сорбент на основе базальтового волокна и гидрофобизатора (регенерация отжимом или сжиганием углеводородов), древесные опилки, стружки, волокна, помещенные в пористые тканированные оболочки (утилизируется сжиганием), активированный уголь.

Сорбенты очень эффективны при аварийной очистке от нефти, в таких случаях используют торф, органический сапропель, молодые бурые угли, получают сорбенты также из коры, жмыха, смолы. Пестициды сорбируются на активных центрах с помощью ковалентных связей в почвах с органическим веществом и глинистыми минералами с высокой сорбционной емкостью.

Со временем пестициды стареют и разлагаются микроорганизмами, поэтому извлечения загрязнителя из массива в данном случае не требуется.