Вещества, загрязняющие воду: причины их попадания, классификация и способы их удаления

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Количественный химический анализ вод. Методика измерений мутности проб питьевых, природных поверхностных, природных подземных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и формазину.

Оглавление

Введение. 2

1. Физико-химическая характеристика природных вод. 3

2. Вещества, загрязняющие воду: причины их попадания, классификация и способы их удаления. 7

3. Количественный химический анализ вод. 14

4. Методика измерений мутности проб питьевых, природных поверхностных, природных подземных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и формазину. 21

Заключение. 34

Список литературы.. 35

Введение

Исследования по химическому составу речных вод под влиянием хозяйственной деятельности и современных природно-климатических изменений являются актуальными в настоящее время. Особенно актуально решение такого рода проблем на территории Западной Сибири, где велико влияние болот на водный баланс и режим территорий, на химический состав речных и подземных вод.

Аналитический контроль природных, питьевых и сточных вод, без которого невозможно судить об их качественной характеристике, обязателен при любой работе с водными системами, которая ведется как в лаборатории, так и на производстве. Химический анализ таких систем подробно описан во многих отечественных и зарубежных изданиях.

Целью данной дипломной работы является изучить количественный химического состава вод.

Для достижения данной цели были поставлены задачи:

- Проанализировать физико-химическую характеристику природных вод

- Изучить вещества, загрязняющие воду: причины их попадания, классификация и способы их удаления

- Изучить количественный химический анализ вод.

- Проанализировать методику измерений мутности проб питьевых, природных поверхностных, природных подземных и сточных вод турбидиметрическим методом по каолину и формазину.

Физико-химическая характеристика природных вод

Природная вода это сложная система, в состав которой входят растворенные вещества в виде ионов и молекул, в виде коллоидов минеральные и органические соединения, суспензии и эмульсии. Вода содержит растворенные газы, которые входят в состав атмосферы, вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности водных организмов, а также продукты химического взаимодействия в самой воде. Состав природной воды формируется в результате ее взаимодействия с окружающей средой – атмосферой, почвой, горными породами. Указанное взаимодействие проявляется такими процессами как:

- Химическое взаимодействие с водой и водными растворами;

- Растворение соединений;

- Коллоидно-химическое взаимодействие;

- Биохимические реакции.

Протекание того или иного процесса определяется такими параметрами как температура, давление, геологические особенности. На состав природных вод в значительной мере влияет практическая деятельность человека.

Природная вода представляет собой раствор многих веществ в воде. В состав природной воды входят соли, газы, органические вещества и др. С помощью химического анализа определяется качество природной воды.

Главными характеристиками природной воды являются жесткость и соленость. Соленость природной воды это масса солей в г, содержащаяся в 1 л. Содержание солей зависит от состава грунта, на котором расположен водоем. Самыми распространенными среди растворенных солей являются хлориды и сульфаты натрия, кальция и магния. В зависимости от содержания солей все природные воды делятся на:

- пресные, соленость которых менее 1г/л;

- минерализованные с содержанием солей от 1 до 50г/л;

- рассолы, в которых содержание солей выше 50г/л.

На нашей планете содержание пресной воды составляет 3%, остальные 97% - соленая вода [10].

Показатель жесткости воды характеризует содержание в воде ионов кальция и магния. Жесткость воды выражается в мэкв/л. Она подразделяется на временную или устранимую и неустранимую или постоянную жесткости. Карбонатная или временная жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂). Постоянную некарбонатную жесткость определяют присутствующие в воде сульфаты, хлориды и гидросиликаты кальция и магния (CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂, Ca(HSiO₃)₂, Mg(HSiO₃)₂).

В зависимости от уровня жесткости вода подразделяется на мягкую, у которой показатель жесткости ниже 4мэкв/л. Вода средней жесткости имеет жесткость в пределах от 4 до 8мэкв/л. Жесткой называют воду с показателем жесткости в пределах от 8 до 12мэкв/л. При уровне жесткости свыше 12мэкв/л ода считается очень жесткой. Масса 1 мэкв Ca²⁺ составляет 20 мг, 1 мэкв Mg²⁺ равна 12 мг.

Щелочность воды обуславливается наличием в воде солей слабых кислот и сильных оснований. Гидролиз этих солей способствует образованию щелочной среды:

Na₂CO₃ + H2O = NaHCO₃ + NaOH.

Наличие газов в природной воде объясняется растворением атмосферных газов, а также как результат химических процессов протекающих в водоемах. Содержание кислорода в природной воде составляет 2 – 8 мл на 1 л, что в 160 раз меньше, чем в воздухе [9]. Однако относительное содержание О₂ в воде больше: С(O₂) : C(N₂) воздух 1 : 4 вода 1: 2 где С(O₂), C(N₂) – концентрации соответствующих газов. Углекислый газ хорошо растворяется в природной воде, что отражается химической реакцией:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃ = Н⁺ + НСО₃ ^- .

Все природные воды подразделяются на три вида: материковая вода, атмосферная влага и морская вода. Материковая вода это реки, озера. В ней содержатся вещества, которые попадают из почвы и грунтов. Минеральный состав речной воды зависит от химического состава пород, которые слагают бассейн реки, климата и рельефа. Материковые воды бывают поверхностными и подземными. Поверхностные воды содержат 0,05 – 1,6 г/л солей. Основная часть их представлена катионами Са²⁺, Mg²⁺ и Na⁺ и анионами НСО₃^-, SO₄ ^2- и Cl^- . В материковых водах чаще всего наблюдается соотношение концентраций анионов: НСО₃ ^- >SO₄ ^2- > Cl^- катионов: Са²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺. Наибольшее содержание Са²⁺ и Mg²⁺ наблюдается в реках и озерах, на дне которых присутствуют известковые породы, такие как известняк СаСО₃ и доломит MgСО₃. В этих водоемах вода жесткая. По уровню солености воды рек делятся на четыре группы [8]:

- малая соленость до 0,2 г/л;

- средняя соленость 0,2 – 0,5 г/л;

- повышенная соленость 0,5 – 1 г/л;

- высокая соленость выше 1 г/л.

Большая часть рек нашей страны имеет невысокие соленость и содержание ионов солей жесткости Са²⁺ и НСО₃ ^-.

Атмосферная влага это дождевая вода, лед, снег. Эта вода содержит минимальное количество примесей, которые попадают в нее как пыль или растворенные газы.

Характерной особенностью подземных вод является высокая минерализация – высокое содержание солей. Морская вода это вода морей и океанов. Она представляет собой полностью ионизированный раствор солей, основная доля приходится на хлорид натрия – 78%. Также в морской воде содержится небольшое количество взвешенных частиц, газов и органических веществ. В морской воде обнаружено 70 химических элементов. Основная особенность морской воды состоит в ее высокой минерализации, средняя соленость составляет 35 г/кг и слабощелочная реакция, рН находится в диапазоне 7,6 – 8,4. Единицей измерения солености морской воды является промилле. Она представляет собой суммарную массу всех солей, содержащихся в 1 кг воды, и обозначается 1%. В морской воде соотношение катионов Na⁺ > Са²⁺ > Mg²⁺ и анионов Cl^- > SO₄ ^2- > НСО₃ ^-. Поступление соли в воды океана происходит с материковым стоком, а также за счет растворения береговых пород и донных осадков. Уровень солености морской воды колеблется от 32 до 39%. У внутренних морей соленость несколько ниже, так как за счет притока пресной воды из впадающих рек, происходит снижение концентрации соли. Имеются на планете моря, у которых соленость выше, например Красное море - 40-41%, это объясняется тем, что в данном регионе испарение преобладает над количеством выпадающих осадков. Примером может быть Балтийское море, в которое впадает около 200 рек, а испарение небольшое. В связи с этим соленость его воды очень низкая 7%.

Вещества, загрязняющие воду: причины их попадания, классификация и способы их удаления

Как указано выше, природные подземные и поверхностные воды это сложные системы, содержащие минеральные, органические и газообразные вещества. Загрязняющие вещества попадают в природные воды в результате взаимодействия воды с объектами окружающей среды атмосферой, горными породами, почвой и как результат практической деятельности человека. Химический состав природных вод разнообразен, что вызывает необходимость их систематизировать. В зависимости от выдвинутой цели существует несколько классификаций природных вод: по отдельным частным характеристикам (содержанию и соотношению ионов, по величине минерализации, цветности, мутности), или общим характеристикам (видам и концентрациям примесей, их фазово-дисперсным и санитарно-гигиеническим характеристикам).

Классификация по показателю цветности,которая зависит от содержания окрашенных органических загрязнений (гумусовых кислот). В соответствии с данной классификацией природные воды делятся на малоцветные менее 35 град, средней цветности 35 – 120 град, высокой цветности более 120 град.

Классификация по показателю мутности,которая определяет содержание взвешенных веществ в природной воде. Воды поверхностных источников подразделяются на:

- маломутные до50 мг/дм³;

- средней мутности 50 – 250 мг/дм³;

- мутные 250 – 1500 мг/дм³;

- высокомутные более 1500 мг/дм^3.

Содержание взвешенных веществ в природных водах колеблется по сезонам года и достигает максимальных значений в период паводков и сильных дождей.

Классификация по содержанию солей.В соответствии с данной классификацией поверхностные воды делятся на пресные, в которых содержание солей до 1 г/дм³ и минерализованные с содержанием солей от 1 до 25 г/дм³. Маломинерализованные речные воды содержат преимущественно ионы Са²+ и НСО^3- в количестве до 500 мг/ дм³. Содержание гидрокарбонат ионов НСО^3- редко превышает 250 мг/дм³ и в среднем составляет 50-70 мг/дм³.

Широко применяется классификация О.А. Алекина [10] по содержанию основных ионов таблица 1.

Классификация химического состава природных вод О.А. Алекина

Таблица 1

классы	группы	типы
Гидрокарбонатный (С)	Кальциевая (Са)	I II III
	Магниевая (Mg)	I II III
	Натриевая (Na)	I II III
Сульфатный (S)	Кальциевая (Са)	II, III, IV
	Магниевая (Mg)	II, III, IV
	Натриевая (Na)	I, II, III
Хлоридный (Cl)	Кальциевая (Са)	II, III, IV
	Магниевая (Mg)	II, III, IV
	Натриевая (Na)	I, II, III

Данная классификация основана на делении по преобладающим катионам и анионам в сочетании с делением по соотношению между ионами. Все природные ионы поделены по преобладающему аниону (по эквивалентам) на три класса:

- гидрокарбонатные и карбонатные (НСО₃^- + СО₃^2-);

- сульфатные (SO₄^2-);

- хлоридные (Cl^-).

По преобладающему катиону каждый класс делится на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на три типа вод, который определяется соотношением между ионами в мг-экв.

Первый типхарактеризуется соотношением (НСО₃-)> (Са²+ + Мg²⁺). К ним относятся мягкие воды с небольшим солесодержанием и преобладанием ионов Na⁺ и К⁺.

Второй типхарактеризуется соотношением (НСО₃^-)< (Са²⁺ + Мg²+)<(НСОз^- + SO₄^2-). Это воды большинства рек и озер и подземные воды с малым и средним солесодержанием.

В водах третьего типанаблюдается соотношение между ионами: (НСО₃^- + SO₄^2-) < (Са²⁺ + Мg²⁺) или Cl^- > Na⁺. Это сильноминерализованные воды морей и океанов.

К четвертому типуотносятся кислые воды (НСО₃^{- -}= 0). Они могут быть только в сульфатных и хлоридных классах, в группах Са и Мg.

Использование такой классификации позволяет выяснить происхождение природных вод и охарактеризовать их свойства.

Классификация по видам загрязнений и концентрациям растворенных загрязнений. Данная классификация представлена в таблице 2 и 3.Эта классификация основана на делении загрязнений природных вод на нерастворимые вещества таблица 2 и растворимые вещества таблица 3. К нерастворимым веществам относятся твердые вещества разной степени дисперсности и микроорганизмы. Растворимые вещества разделены на 5 классов. Первые четыре класса выделены по уровню концентрации, а к пятому классу относят, как правило, трансформируемые вещества, которые изменяются в результате протекающих в водной среде химических и биохимических реакций: окисления, восстановления, гидролиза, ионного обмена, выщелачивания, карбонизации и др.

Классификация нерастворимых веществ

Таблица 2

Класс нерастворимых веществ	Название	Характер примесей
Класс 1	Твердые вещества	Плавающие, взвешенные, осаждающиеся
Класс 2	Микроорганизмы	Водоросли, бактерии, грибковые организмы, вирусы

Классификация растворимых веществ [10]

Таблица 3

Класс	Концентрация, мг/дм³	Компоненты (содержание, мг/дм³)
1 класс Первичные компоненты	Обычно>5	Кальций (2-200), магний (10-50), натрий(10-100), бикарбонат(5-500), сульфат (5-200), хлорид (10-100), диоксид кремния (1-100), органическое вещество (цветность, окисляемость). Общее солесодержание (25-5000)
2 класс Вторичные компоненты	Обычно более 0,1 (0,1-5)	Аммиак, железо, калий, стронций, борат, фторид, нитрат.
3 класс Третичные компоненты	Обычно более 0,01 (0,01-0,1)	Алюминий, марганец, цинк, медь, свинец, литий, барий, мышьяк, бромид, фосфат.
4 класс Следовые компоненты	Обычно менее 0,01	Сурьма, кадмий, хром, кобальт, ртуть, никель, олово, титан
5 класс Трансформируемые компоненты	Переменная концентрация	Кислотно-щелочные компоненты. Компоненты, участвующие в природном круговороте: углерод, кислород, азот, сера. Компоненты, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях: кислород, сера, хлор, железо (2+), марганец(2+), сульфит-ион, сернистый газ (SO₂)). Радионуклиды

Первые четыре класса выделены по уровню концентрации, а к пятому классу относят, как правило, трансформируемые вещества, которые изменяются в результате протекающих в водной среде химических и биохимических реакций: окисления, восстановления, гидролиза, ионного обмена, выщелачивания, карбонизации и др.

Классификация по типу растворенных примесей, предложенная Алекиным О.А., охватывает все химические растворенные компоненты природных вод, которые разделены по виду примесей на следующие 5 групп: главные ионы, растворенные газы, биогенные вещества, микроэлементы и органические вещества. Главные анионы (НСО^3-, SO₄^2-, С ^-, СО₃^2- , НSiO^3-) и катионы (Na⁺, Са²⁺, Мg²⁺, К⁺, Fe²⁺) составляют 90-95% от общего солесодержания воды. К наиболее распространенным газам, присутствующим в поверхностных водах, относятся О₂ и СО₂, в подземных водах при дефиците растворенного кислорода содержится в основном углекислый газ, сероводород Н₂S и метан. К биогенным элементам, необходимым для жизнедеятельности водных организмов и образующимся в процессе биохимических процессов, относятся соединения азота (аммонийный азот, нитриты и нитраты) и фосфора (Н₂РО₄^- и НРО₄^2-). Основную часть органического вещества природных вод составляют гумусовые соединения (гуминовые и фульвокислоты), которые определяют цветность воды. Микроэлементы, содержание которых в воде менее 1 мг/л, разделены на 5 групп: типичные катионы (Li⁺, Cs⁺, Ba²⁺, Sr²⁺), ионы тяжелых металлов (Cu²⁺, Ag⁺, Ni²⁺, Cd²⁺), амфотерные комплексообразователи (Cr, Mo, V), типичные анионы (I^-, F^-, Br^-) и радиоактивные элементы.

Классификация по фазово-дисперсным характеристикам загрязнений Кульского Л.А. позволяет с единых позиций оценить свойства загрязнений и технологические процессы их извлечения из воды. Согласно этой классификации все загрязнения разделены на 4 группы:

- нерастворимые грубодисперсные;

- нерастворимые коллоидные загрязнения;

- растворимые молекулярные;

- растворимые ионные загрязнения.

Для очистки воды от грубодисперсных примесей первой группы наиболее эффективны механические методы осветления воды, такие как отстаивание, фильтрование, флотация. Коллоидные загрязнения второй группы могут быть удалены коагуляцией и флокуляцией. Третья группа растворимых загрязнений молекулярной степени дисперсности включает газы и молекулярные или слабо диссоциированные органические соединения, для удаления которых применяют методы окисления, коагуляции, адсорбции, биохимического окисления. Ионные примеси четвертой группы могут удаляться осаждением, ионным обменом, мембранными методами.

Органолептическими показателями воды являются запах, привкус, цветность и мутность. Благоприятные органолептические свойства воды характеризуются нормативами, представленными в таблице 4.

Нормативы качества питьевой воды по органолептическим показателям

Таблица 4

Показатели	Единца измерения	Нормативы, не более
Запах	Баллы	2
Привкус	Баллы 2	2
Цветность	Градусы	20
Мутность	ЕМФ (единицы мутности по формазину) или мг/дм³ (по каолину)	2,6 1,5

Химическими показателями качества воды являются загрязнения природного и антропогенного происхождения (солесодержание или сухой остаток, общая жесткость, активная реакция среды, наличие катионов и анионов), а также примеси, поступающие или образующиеся в воде в процессе водоподготовки.

Дата добавления: 2022-07-01; просмотров: 55; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!