Основные характеристики качества воды
Качество воды определяется наличием в ней различных веществ неорганиеского
и органического происхождения, а также микроорганизмов. Примеси могут
содержаться в воде в различном состоянии:
а) во взвешенном — в виде отдельных частиц (грубодисперсная взвесь);
б) в коллоидном;
в) в растворенном.
Рассмотрим основные свойства воды природных источников, указывая попутно
их значение для различных потребителей и требования к отдельным качественным
характеристикам воды.
Содержание взвешенных веществ. Мутность
Количественное содержание взвеенных веществ в воде может быть опеделено или непосредственно — весовым способом, или косвенно — путем
определения мутности (или прозрачности) воды. Мутность воды обуславливается наличием в ней различного рода
механических примесей, находящихся
во взвешенном состоянии: частиц песка,
глины, илистых частиц органического
происхождения и др. Мутность обычно
свойственна воде поверхностных источников и, главным образом, рек. От хактера грунта дна и берегов рек и от
скорости течения воды зависит степень
вымывания частиц грунта, увлекаемых
водой. Чем меньше размеры частиц
грунта, тем большее количество их несет
река. Чем больше скорость течения, тем
больших размеров частицы могут увлекаться водой. При определенной скоости течения воды частицы эти поддерживаются во взвешенном состоянии и
придают воде мутность.
Мутность воды определяют специьными приборами — мутномерами. В
настоящее время для определения мутности стали применять приборы, основанные на действии фотоэлементов, —
нефелометры. Прозрачность воды измеяют в стеклянном цилиндре или стекянной трубке с сантиметровой шкалой.
При этом определяют толщину слоя воды (в см), через который еще виден нанесенный черной краской на белой
пластинке условный знак в виде двух
крестообразно расположенных линий
толщиной 1 мм (крест) или специальный
стандартный шрифт. Таким образом,
прозрачность измеряется в см вод. ст.
Содержание взвешенных веществ в
речной воде (а следовательно, ее мутность и прозрачность) меняется в течение года, возрастая в период дождей и
доходя до максимума в период паводков. Наименьшая мутность (наибольшая
прозрачность) речной воды наблюдается обычно в зимнее время, когда река
покрыта льдом. В озерах и искусственных водохранилищах мутность, как правило, незначительна и обуславливается
поступлением мутной воды из рек, питающих данные водоемы, а также поверхностных стоков с их берегов. В больших
водоемах замутнение воды происходит
в результате взмучивания осадков со
дна при волнении в ветреную погоду.
Мутность некоторых рек достигает весьма значительной величины (до нескольких тысяч мг/л). Повышенной мутностью отличаются реки южных районов, в частности реки среднеазиатских
республик. Реки средней и северной
частей и многие реки Сибири имеют
значительно меньшую мутность. Водам
подземных источников, как правило,
свойственна большая прозрачность. Исользование мутной воды (без ее предварительного осветления) для некотоых категорий потребителей нежелательно или даже недопустимо. Требования к качеству воды, подаваемой водооводами для хозяйственно-питьевых
нужд, регламентируются государственными стандартами. Количество взвеенных веществ в воде, подаваемой для
хозяйственнотьевых целей централизованными водопроводами, не должно
быть более 1,5 мг/л. Многие производственные потребители могут использовать воду с содержанием взвешенных
веществ более высоким, по сравнению с
допускаемым для питьевой воды. Однако для ряда производственных потребителей использование мутной воды нежелательно. Так, использование воды,
содержащей механические примеси,
для охлаждения влечет за собой в некоторых случаях быстрое засорение охждающей аппаратуры. Допускаемое
содержание взвеси в охлаждающей воде зависит от типа этой аппаратуры.
Цветность
Желтоватый, коричневый или желтоеленый оттенки воды природных источников объясняются главным образом
присутствием в воде гумусовых веществ.
Цветность свойственна воде рек, питающихся частично болотной водой, а
иногда и воде водохранилищ. Измеряется цветность в градусах по так называемой платино-кобальтовой шкале путем
сравнения исследуемой воды с водой,
имеющей эталонную цветность. Цветность питьевой воды, подаваемой водопроводом, не должна превышать 20
град. В исключительных случаях, по согласованию с органами санитарного
надзора, может быть допущена цветность воды до 35 град. Использование
воды со значительной цветностью на тех
предприятиях, где происходит непоседственное соприкосновение воды с
фабрикатами в процессе их изготовления (например, в текстильной промышенности), может вызвать ухудшение
качества продукции.
Запахи и привкусы воды
Наличие запахов и привкусов у воды
природных источников обуславливается
присутствием в ней растворенных газов,
различных минеральных солей, а также
органических веществ и микроорганизмов. Запах и привкус имеют болотные и
торфяные воды, а также воды, содержащие сероводород; в ряде случаев запах
обуславливается присутствием в воде
живых или гниющих после отмирания
водорослей. Неприятный запах имеет
вода после хлорирования при наличии в
ней некоторых количеств остаточного
хлора. Интенсивность запаха, как правио, увеличивается с повышением темпетуры воды. Привкус солоноватый и
даже горько-солоноватый часто имеют
сильно минерализованные воды подемных источников. Для количественной
оценки запаха и привкуса воды применяют обычно условную пятибалльную
шкалу. Следует, однако, отметить, что
эта оценка в значительной мере субъективна, так как зависит от индивидуальной восприимчивости исследователя.
Питьевая вода при температуре ее 20°С
и при ее подогревании до 60°С не должна иметь запах более 2 баллов и привкус (при 20°С) более 2 баллов. В больнстве случаев при использовании воды для производственных целей запах и
вкус воды сами по себе несущественны.
Однако наличие их может указывать на
присутствие в воде нежелательных примесей.
Температура воды
Температура воды поверхностных
источников колеблется в течение года в
весьма широких пределах (от близкой к
нулю до 25°С, а иногда и выше). Воды
подземные, в особенности артезианские, имеют почти постоянную температуру в течение года. Для питьевых целей
наиболее желательно использование
воды температурой 7—12°С. Для некотоых производственных потребителей
температура воды источника имеет
большое значение. Так, низкая температура весьма желательна для воды, идущей на охлаждение или на конденсацию
пара, так как она позволяет уменьшить
количество расходуемой воды.
Жесткость воды
Жесткость воды обусловливается содержанием в ней солей кальция и магния. Различают карбонатную жесткость,
обуславливаемую наличием в зоде двуглекислых солей кальция и магния, и
некарбонатную, при которой в воде содержатся другие соли Са и Mg (сульфаты, хлориды, нитраты и др.). Суммарная
жесткость воды называется общей жесткостью. Вода разных природных источников имеет весьма различную жесткость. Речная вода, за некоторыми исключениями, обладает относительно небольшой жесткостью. Так, вода Волги
имеет жесткость 4,5-6 мг-экв/л, жесткость воды Москва-реки колеблется в
течение года от 2 до 5 мг-экв/л. Весьма
малую жесткость имеет вода Невы (окоо 0,7 мг-экв/л). Вместе с тем вода рек,
прорезающих толщу известковых и гипсовых пород, часто отличается весьма
большой жесткостью. Жесткость речной
воды обычно меняется в течение года,
снижаясь до минимального значения в
период паводков. Воды подземных источников в большинстве случаев имеют
более значительную жесткость, чем поверхностные воды. Для питья может исользоваться относительно жесткая вода, так как наличие в воде солей жесткости не вредно для здоровья и обычно
не ухудшает ее вкусовых качеств. Однако использование воды с большой жесткостью для хозяйственных целей вызывает ряд неудобств: обрауется накипь на
стенках варочных котлов и кипятильников, увеличивается расход мыла при
стирке, медленно развариваются мясо и
овощи и т. д. Поэтому общая жесткость
воды, подаваемой водопроводами для
хозяйственно-питьевых нужд, не должна превышать 10 мг-экв/л.
Использование жесткой воды для производственных целей во многих слуях не может быть допущено, так как связано с рядом нежелательных последствий. Применение жесткой воды не доскается для питания паровых котлов, а также для ряда производств (для некоторых отраслей текстильной и бумажной промышленности, предприятий искусственного волокна и др.). Значительная карбонатная жесткость не допускается для систем оборотного водоснабжения.
Содержание газов
В воде природных источников набюдается чаще всего присутствие следующих газов: кислорода О2, углекислоты
СО2 и сероводорода H2S. Содержание
кислорода и углекислоты даже в значительных количествах не ухудшает качества питьевой воды, но способствует корозии металлических стенок труб, реервуаров, котлов. Процесс коррозии
усиливается с повышением температуры
воды, а также при движении ее вдоль
металлических стенок (например, по
трубам). При значительном содержании
в воде агрессивной углекислоты корроодвергаются также стенки бетонных труб и резервуаров. В питательной
воде паровых котлов среднего и высокого давления присутствие кислорода не
допускается. Содержание сероводорода
придает воде неприятный запах и, кроме того, вызывает коррозию металлиеских стенок труб, баков и котлов. В
связи с этим присутствие H2S не допускается в воде, употребляемой для хозяйственнопитьевых и для большинства
производственных нужд.
Содержание соединений железа
Железо довольно часто встречается в
воде подземных источников, в основном в форме растворенного двухвалентного железа. Иногда железо содержится
и в поверхностных водах — в форме комплексных соединений, коллоидов или
тонкодисперсной взвеси. Наличие желев водопроводной воде может придавать ей плохой вкус, вызывает отложение осадка и зарастание водопроводных
труб. При использовании такой воды
для стирки белья на нем остаются пятна.
В воде, подаваемой централизованными системами хозяйственно-питьевого
водоснабжения, содержание железа доскается в количестве не более 0,3
мг/л. При использовании подземных
вод в исключительных случаях, по согсованию с органами санитарно-эпидемиологической службы, в воде, подаваемой в водопроводную сеть, может
быть допущено содержание железа в
количестве до 1 мг/л. На многих промышленных предприятиях, где вода
употребляется для промывки фабриката
в период его изготовления, в частности в
текстильной промышленности, даже невысокое содержание железа в воде ведет к браку продукции.
Содержание азотистых соединений
Наличие азотсодержащих соединений — нитратов (NO3, нитритов (NO2) и
аммонийных солей (NH4) — в воде повехностных источников или в подземных
водах может обуславливаться загрязнением этих вод сточными водами. При
этом наличие аммонийных соединений
указывает на свежее загрязнение, а налие нитритов — на относительно недавнее загрязнение. Содержание в воде ниттов может указывать на давнее (уже
ликвидированное) загрязнение источника
сточными водами. Однако нитраты, обнаженные в водах источника, могут быть и
неорганического происхождения и не свидетельствовать о загрязнении источника. В
питьевой воде допускается содержание
нитратов (по N) не более 10 мг/л.
Содержание сульфатов и хлоридов
Сульфаты — соли серной кислоты.
Сульфаты кальция и магния образуют
соли некарбонатной жесткости; сульфат
натрия, содержащийся в больших дох, вреден для желудка. Хлориды — сосоляной кислоты. Хлорид кальция
СаСl2 обуславливает некарбонатную жесткость воды. Хлорид натрия NaCl содержится в значительных количествах в
воде морей, а также некоторых озер и
подемных источников. Предельно достимое содержание в воде сульфатов
— 500 мг/л и хлоридов —350 мг/л.
Содержание кремнекислоты
Кремнекислота встречается в воде
как подземных, так и поверхностных источников в различной форме (от коллодной до ионнодисперсной). Воды, содержащие кремнекислоту, не могут быть
использованы для питания котлов высокого давления, так как образуют силикатную накипь на их стенках.
Содержание фтора
Содержание фтора в питьевой воде
должно поддерживаться в пределах
0,7—1,2 мг/л (в зависимости от климатиеских условий).
Содержание растворенных веществ (сухой остаток)
Общее количество веществ (кроме
газов), содержащихся в воде в раствоенном или коллоидном состоянии, хактеризуется сухим остатком, получаемым в результате выпаривания профильтрованной воды и высушивания
задержанного остатка до постоянной
массы. В воде источника, используемого
для хозяйственно-питьевых целей, сухой остаток не должен превышать 1000
мг/л и в особых случаях - 1500 мг/л. Вена сухого остатка лимитируется также в воде, идущей для питания паровых
котлов и используемой в ряде производств (синтетического каучука, искусственного волокна, кинопленки и др.).
Активная реакция воды (рН)
Активная реакция воды характериется показателем концентрации в ней
водородных ионов (рН). При нейтральной реакции рН=7; при кислой реакции. рН<7, при щелочной реакции
рН>7. Вода, подаваемая хозяйственнотьевым водопроводом, должна
иметь рН в пределах 6,5—9,5. Для вод
большинства природных источников
значение рН не выходит из указанных
пределов. Для правильной оценки каества воды, действия ее на водопроводные сооружения и выбора метода
ее очистки необходимо знать значение
рН воды источника в различные периоды года. При низких значениях рН, т.
е. при кислой реакции воды, сильно
возрастает ее корродирующее действие
по отношению к стали и бетону.
Бактериальная загрязненность воды
Общая бактериальная загрязненность воды характеризуется количеством бактерий, содержащихся в 1 мл воды. Питьевая вода не должна содержать более 100 бактерий в 1 мл (при
стандартном методе исследования).
Особую важность для санитарной оценки воды имеет определение наличия в
ней бактерий группы кишечной палочки. Присутствие кишечной палочки свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и, следовательно, о
возможности попадания в нее болезнетворных бактерий, в частности бактей брюшного тифа. Путем бактериологического анализа воды определяют
число кишечных палочек в 1 л воды (так
называемый колиндекс) или тот наменьший объем воды, в котором еще
обнаруживается кишечная палочка (ко-титр). Воды некоторых поверхностных источников бывают весьма загрязнены в бактериальном отношении. Согсно требованиям стандарта, в питьевой воде, подаваемой в сеть хозяйственно-питьевых водопроводов, может содержаться не более трех кишечных палочек в 1 л. В большинстве производств бактериальное загрязнение воды не препятствует ее использованию
для технических целей. Исключение
составляют предприятия пищевой промышленности, для которых требуется
вода питьевого качества.
Здесь перечислены лишь основные
свойства воды природных источников. В
практике использования воды водоемов
для различных потребителей приходится
встречаться еще с целым рядом специфических свойств воды. Например,
питьевая вода, подаваемая водопроводом, не должна содержать более 0,05
мг/л мышьяка, 1 мг/л меди, 5 мг/л цинка и 0 ,1 мг/л свинца. Следует отметить,
что данных, получаемых в результате
обычных физико-химических и бактериологических анализов природной воды,
еще недостаточно для проектирования
очистных сооружений. По этим данным
невозможно определить расчетные паметры технологического процесса
очистки воды (требуемые дозы химических реагентов, скорость процесса на отдельных его этапах, продолжительность
обработки воды в отдельных сооружениях и т. п.), а в ряде случаев и выбрать
технологическую схему очистки. Поэтому
исследуемую воду необходимо подвергать специальному технологическому
анализу, который дает дополнительные
данные для возможности выбора наибоее надежного и экономичного метода
ее очистки и проектирования соответствующих очистных сооружений.
Поверхностные источники характеются большими колебаниями качества воды и количества загрязнений в отдельные периоды года. Качество воды рек и озер в большей степени зависит от интенсивности выпадения атмосферных осадков, таяния снега, а также от загрязнения ее поверхностными стоками и сточными водами городов и промышенных предприятий.
Речная вода обычно характеризуется значительным содержанием взвешенных
веществ, т. е. мутностью, часто цветностью, малым содержанием солей, относительно
малой жесткостью, наличием большого количества органических веществ, относительно
высокой окисляемостью и значительным содержанием бактерий. Сезонные колебания
качества речной воды нередко бывают весьма резкими. В период паводков,
как указывалось ранее, сильно возрастает мутность и бактериальная загрязненность
воды, но обычно снижается ее жесткость (щелочность и солесодержание).
Сезонные изменения качества воды в значительной степени влияют на характер
работы очистных сооружений водоотвода в отдельные периоды года. Характерной
особенностью речной воды является ее способность к самоочищению. Она выжается
в том, что в результате ряда естественных биохимических процессов, протекающих
в речной воде, концентрация загрязнений от поступающих в нее стоков постепенно
уменьшается.
Морская вода (особенно вода окенов) отличается весьма высоким содержанием
солей. Сухой остаток колебется в пределах 3,3—3,6% массы воды. Общая жесткость
ее достигает 140 мгэкв/л; при этом только около 4 мг-экв/л приходится
на долю карбонатной жесткости. Морская вода в большой мере обладает коррозионным
действием. Воды подземных источников, особенно глубоко залегающие артезианские
воды, характеризуются большей прозрачностью, отсутствием цветности, значительным
содержанием различных минеьных солей (большой жесткостью и иногда наличием
железа, марганца и др.). Санитарное состояние подземных вод, если они
защищены водонепроницаемым слоем от проникания стоков с поверхности земли,
бывает иногда настолько хорошим, что эти воды можно без какой-либо очистки
подавать в сеть питьевых водопроводов.
Абрамов Н.Н.
