книги из ГПНТБ / Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник

Р а з д е л III ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ

Г л а в а VI

ПРИРОДНЫЕ ВОДЫ

ИИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

§29. Гидрологический цикл воды

Общее количество воды на земле очень вели­ ко— оно составляет около 1350 млн. км3. Однако не вся вода пригодна для использования человеком. Для большинства видов потребления необходима пресная во­ да, а ее запасы составляют менее 3% общего количества воды на земле.

Вода находится в постоянном движении. Большое количество воды непрерывно циркулирует над поверхно­ стью," на поверхности и под поверхностью земли. В ре­ зультате испарения воды с поверхности океанов и суши и выделения влаги растениями и живыми существами атмосфера насыщается парами воды. Неравномерное на­ гревание атмосферы вызывает в ней крупномасштабные перемещения воздушных масс над поверхностью з,емного шара, а вследствие конденсации вода снова возвраща­ ется на землю в виде росы, дождя, града и снега.

Подсчитано, что от 65 до 75% этой воды поступает не­ посредственно .в океаны, остальное количество распреде­ ляется на 146 млн. км2 суши. Часть воды испаряется не­ посредственно с почвы и покрывающей ее растительности сразу же после выпадения на землю. Другая часть про­ сачивается в почву, где она либо задерживается и ис­ пользуется растениями, либо проникает в подпочвенные горизонты, где соединяется с грунтовыми, а затем через них и с поверхностными водами. Наконец,.некоторое ко­ личество воды остается на поверхности почвы, постепен­ но стекая в поверхностные водотоки.

Не вся вода биосферы участвует в указанном круго­ вороте. Определенная ее часть сохраняется более или менее длительное время в растительных и животных тка­ нях, в толще приполярных льдов, в вечных снегах на вер-

71

шинах гор либо остается химически или физически свя­ занной с составными элементами почвы.

Некоторое представление о гидрологическом цикле воды может дать сопоставление запасов воды в отдель­ ных его звеньях по материалам ЮНЕСКО (1970 г.).

Запасы воды в различных звеньях гидрологического цикла

В качестве источников водоснабжения используются как поверхностные, так и подземные воды. Во всех ис­ точниках качество воды весьма различно. Нет двух оди­ наковых по качеству воды рек, двух артезианских сква­ жин, двух колодцев. Более того, в каждом водоисточни­ ке, особенно поверхностном, характер воды меняется с течением времени.

§ 30. Оценка качества природных вод

Качество питьевых и природных вод оценива­ ется комплексом различных химических, физико-химиче­ ских и санитарно-бактериологических показателей, опре­ деляемых соответствующим анализом.

Набор столь разнохарактерных определений обуслов­ лен сложностью состава воды и большим разнообрази­ ем целей, для которых выполняется анализ. Основными задачами, решаемыми на основе данных анализа, явля­ ются:

оценка степени и характера загрязненности воды; определение степени ее эпидемиологической и токси­

кологической опасности;

72

выявление возможности применения тех или иных методов очистки воды и пригодности воды для конкрет­ ного вида потребления;

управление процессами очистки воды и контроль ра­ боты сооружений;

оценка эффективности работы отдельных сооружений

ивсей очистной станции.

Вцелях управления процессами очистки и контроля кроме анализов воды выполняют ряд специфических оп­ ределений для характеристики работы отдельных соору­ жений.

Полный анализ воды включает несколько десятков определений; большая часть из них приходится па мик­

роэлементы и токсичные (для организма человека и жи­ вотных) вещества. К числу последних относятся, напри­ мер, свинец, мышьяк, ртуть, фтор, тетраэтилсвинец, неф­ тепродукты, пестициды, радиоактивные вещества.

Повседневный контроль качества воды обеспечивает­ ся значительно меньшим числом анализов, важнейшими из которых являются определение мутности, цветности, запахов и привкусов, величины рН, температуры, ионно­ го состава, жесткости, щелочности, содержания газов, соединений азота, железа, марганца, сульфатов, хлори­ дов, силикатов, сухого остатка, окисляемости, бактери­ альной загрязненности.

§ 31. Мутность. Взвешенные вещества

Мутность воды обусловлена присутствием нерастворенных и коллоидных веществ неорганического (кремнекислота, гидроокись железа и алюминия) и ор­ ганического (илы, микроорганизмы, планктон) проис­ хождения.

Измеряют мутность различными методами, основан­ ными на сравнительной оценке исследуемой пробы со стандартным раствором; мутность которого создается внесением в дистиллированную воду стандартной сус­ пензии двуокиси кремния SiC^-. Результаты определения мутности выражают в мг/л.

В речных водах мутность выше, чем в подземных. Мутность речных вод в значительной степени обусловле­ на наличием взвешенных веществ — частиц глины, мел­ кого песка, ила, планктонных организмов, остатков рас­ тений. В период паводков мутность речных вод может достигать десятков тысяч миллиграммов в 1 л.

73

J

В питьевой воде мутность, согласно действующим в нашейстране санитарным нормам, должна быть не вы­ ше 2 мг/л (в исключительных случаях допускается до 3 мг/л).

Наличие в воде нерастворенных и коллоидных приме­ сей можно оценить по степени прозрачности пробы. Прозрачность определяют в цилиндрах из бесцветного стекла высотой 30—50 см с плоским дном. При измере­ нии проба считается прозрачной, если через столб воды в цилиндре, помещенном на расстоянии 2 см от конт-

Рис. 15 Зависимость прозрачно­

сти по «шрифту» от со­ держания взвешенных, веществ

W 80 120 160 200 2h0 280 Взбешенные дещестба в мг/л

рольного текста, напечатанного специальным шрифтом, можно прочитать текст и различить указанные в нем цифры. Высота столба воды в сантиметрах и есть про­ зрачность воды по шрифту. Прозрачность воды, имеющей мутность 2 мг/л, очень высока и составляет более 30 см.

Для характеристики природной воды часто применя­ ют и другой показатель — содержание взвешенных веществ. Под взвешенными веществами понимается ко­ личество загрязнений, которое задерживается на бумаж­ ном фильтре при фильтрации пробы (при обычном дав­ лении или слабом разрежении). Для фильтрации загряз­ ненных вод используют самый пористый фильтр типа «белая лента», а при исследовании воды с малым содер­ жанием взвеси (не более 25 мг/л) —тонкие мембранные фильтры. Фильтр со взвесью высушивается при 105°G до постоянного веса, и по разнице веса фильтра со взве­ сью и без нее определяется количество взвешенных ве­ ществ в воде.

Между количеством взвешенных веществ и прозрач­ ностью однозначной связи нет. Прозрачность определя-

74

ется не только наличием взвеси, но и коллоидными при­ месями, которые не задерживаются фильтром, а потому не включаются в состав показателя взвешенных веществ. Кроме того, прозрачность зависит также от формы и размера взвеси, что для показателя взвешенных веществ значения не имеет. Несмотря на эти различия, для ори­ ентировочных определений в целях упрощения эксплуа­ тационного контроля по результатам длительных наблю­ дений строят график связи показателей прозрачности и количества взвешенных веществ для данного источника, с помощью которого на основании быстро и легко вы­ полняемого определения прозрачности можно с достаточ­ ной степенью точности определить количество взвеси в воде. Пример такой связи для одной из рек средней по-, лосы европейской части СССР представлен на рис. 15.

§ 32. Цветность

Поверхностные воды часто бывают окрашены. Цветность поверхностных вод вызывается присутствием гуминовых веществ и соединений трехвалентного железа.

Гуминовые вещества — органические соединения, об­ разующиеся в процессе химического и биохимического разложения остатков растений. Переходя из почвы в во- -ду, эти вещества окрашивают ее в желтый или коричне­ вый цвет в зависимости от их концентрации. В составе гуминовых соединений различают гуминовые кислоты (52—58% углерода, 3,3—4,8% водорода и 34—39% кис­ лорода) с молекулярным весом 1200—1400 и фульвокислоты (45—48% углерода, 5—6% водорода и 43^48% кислорода).

Количество примесей в воде, обусловливающих цвет­ ность, зависит от многих факторов и главным образом от наличия торфяников в бассейне водоисточника. Цвет­ ность воды, имеющей большую концентрацию взвеси, определяют после предварительного отстаивания пробы или в фильтрате.

Для природных вод желтоватых и коричневых оттен­ ков, цвет которых вызван присутствием гуминовых ве­ ществ, измерение цветности выполняется количественно; результаты определения выражаются в градусах. Изме­ рение производится путем сравнения пробы со стандарт­ ным раствором, приготовленным из смеси солей хлор-

75

платината .калия KoPtCU и хлорида кобальта СоС12 (платино-кобальтовая шкала).

Окраска воды, соответствующая окраске стандартно­ го раствора, который содержит 0,1 мг платины в 1 мл, оценивается 1 град цветности. В качестве стандартного можно применять также раствор, приготовленный из би-

только неорганические вещества, может быть запах се­ роводорода. Запахи присущи некоторым водным орга­ низмам, в частности плесеням и актиномицетам. Запах питьевых вод обусловлен свойствами сырой воды и спо­ собом ее обработки. Так, после хлорирования может по­

в баллах по пятибалльной шкале, либо на основе «поро­ гового испытания», при котором определяют степень разбавления до исчезновения запаха.

.При выполнении анализа на запах обязательно ука­ зывается температура, поскольку интенсивность запаха повышается с повышением температуры. По ГОСТу питьевая вода при температуре 20° С может иметь за­ пах интенсивностью не выше 2 баллов. Вода источников

76

Органолептйчески определяют вкус только питьевых вод. Описывают вкус как соленый, сладкий, горький, кислый. Отмечают также привкусы — щелочной, метал­ лический и пр. Это определение субъективно, так как зависит от вкусового восприятия и опыта исследовате­ ля. Для определения вкуса питьевой воды в рот наби­ рают 10—15 мл пробы, несколько секунд держат, не проглатывая, потом сплевывают. При анализе учитыва­ ется температура воды.

Чаще всего питьевая вода не имеет вкуса. Воды подземных источников могут иметь солоноватый и горь­ ко-солоноватый вкус вследствие содержания минераль­ ных солей в высоких концентрациях.

§ 34. Реакция среды. Температура

По ГОСТу вода хозяйственно-питьевого на­ значения должна иметь значение рН в пределах 6,5— 9,5. Для большинства природных источников показатель рН не выходит за эти пределы.

Температура воды природных источников колеблется

±0,5°. Функцией температуры является вязкость жид­ кости, а следовательно, и силы сопротивления частицам в процессе их осаждения.

Для питьевых целей желательно иметь воду с тем­ пературой 7—15° С.

в воде в незначительных количествах, хотя их влияние на - свойства и'качество воды иногда очень велико.

Поскольку вода электронейтральна, то можно напи­ сать, что

77

Для ряда процессов водоподготовки (например, умягчения, обезжелезивания, обессоливания) важно со­ ставить представление о возможности образования в во­

этот прием обработки, т.е. увеличение щелочности сре­

HCOf* е

Рис. 16

Диаграмма гипотетического состава солей в воде (концентрации ионов даны в мг-экв/л)

последовательности, в которой будут выпадать соли, и измерения их количества. Из рисунка ясно, что при по­ вышении значения рН вначале выпадает Ре(НСОз)2 в ко­

центрацию катионов двухвалентных щелочноземельных металлов, главным образом кальция и магния. В природ­ ных условиях эти элементы попадают в воду вследствие воздействия углекислого газа на карбонатные минера­ лы, а также в результате биохимических процессов, про­ исходящих в почве.

78

гидрокарбонатов НСOf, называется карбонатной жест­

Если же содержание ионов кальция и магния выше, чем количество гидрокарбонатов, то величина карбонат­ ной жесткости равна концентрации [HCOjf].

При

79