Какие
примеси содержатся в воде
Природная
вода содержит большое количество различных примесей. В 1 см.3 питьевой воды содержится
приблизительно 10 тыс. млрд молекул примесей, поступающих в воду на разных этапах
ее природного круговорота. При конденсации влаги в атмосфере, выпадении воды в
виде дождя и снега в ней растворяются кислород, азот, диоксид углерода, а также
составные вещества различных дымовых и отработанных газов. Проходя сквозь почву,
вода встречается с составными частями пород (солями, силикатами) и органическими
веществами, растворяя их.
В присутствии кислорода неметаллы преобразуются в
минеральные и другие кислоты (угольную, азотную, серную, фосфорную). Кислоты,
взаимодействуя с известняками и другими породами, создают бикарбонаты кальция,
магния, железа, которые хорошо растворяются в воде. Силикаты из-за малой растворимости
переходят в воду в меньшем количестве. При фильтровании воды через почву происходит
ионообменная адсорбция, почвенные комплексы хорошо задерживают фосфаты; происходит
обмен ионов Na+, адсорбированных почвой, на ионы К+. Вот почему в воде поверхностных
источников концентрация ионов Na+ в среднем в 10 раз превышает концентрацию ионов
К+. Минеральный состав поверхностных вод (рек, озер, водоемов) зависит от характера
почв, из которых собираются речные воды, а также от метеорологических условий
и времени года. В весенний паводковый период вода содержит минимальное количество
солей при значительном содержании взвешенных частиц, которые увлекаются потоками
талых вод из поверхности почвы. В природную воду рек могут попадать разные промышленные
и бытовые стоки, также вносящие в нее примеси. По
химическому составу примеси природных вод делятся на минеральные и органические.
К минеральным примесям относятся азот, кислород, углерод, сера в виде аммиака,
метана, сероводорода; разные соли, кислоты и их основы, которые в водном растворе
в значительной степени диссоциированы на ионы. При применении природной воды для
технологических нужд в пищевой промышленности необходимо принимать во внимание
способность этих катионов образовывать труднорастворимые соединения с анионами
пищевого сырья. В значительных количествах природные воды могут содержать ионы
Na+ и К+, которые, в отличие от ионов Са2+ и Мg2+, не образуют труднорастворимых
соединений с анионами пищевого сырья. Ионы железа в природной воде могут быть
в форме (Fе2+) и окисленной (Fе3+) форме. В подземных водах железо обычно находится
в ионной форме в виде Fе2+, которое в присутствии растворенного кислорода окисляется
до Fе3+ и гидролизируется в труднорастворимый гидроксид, образующий коллоидный
раствор или тонкодисперсную суспензию. В поверхностных водах железо может входить
в состав органических веществ, в присутствии которых развиваются железобактерии.
Значительной частью солевых компонентов воды являются НСО3-, СО2- и гидратированный
диоксид углерода Н2СО3 (угольная кислота). Их соотношения в водном растворе подчиняются
закономерностям диссоциации и зависят от рН. При рН=4,3 весь диоксид углерода,
который содержится в воде, представлен СО2 и Н2СО3. С возрастанием рН часть СО2
уменьшается с одновременным повышением части НСО3-; при рН=8,35 практически весь
диоксид углерода находится в форме НСО3-, а при рН=12 - только в форме СО32-. Для
поддержания в растворе определенной концентрации НСОз необходимо присутствие в
воде эквивалентного количества СО2. Это равновесие может смещаться при контакте
водного раствора с воздухом или в процессе сатурации (насыщения СО2) раствора.
В результате содержание СО2 может стать больше или меньше величины, которая отвечает
равновесному содержанию в системе НСО3- - СО2. В присутствии Са2+ избыток СО32-
предопределяет выпадение из раствора твердой фазы СаСО3, а недостаток ионов СО32-
- растворение СаСО3. Хлорид-ионы (Сl-) не создают с катионами труднорастворимых
солей. Сульфат-ионы (SО42-) создают труднорастворимую соль только с Са2+. При
высокой температуре концентрации органических примесей и отсутствии кислорода
сера аниона SО42- может восстанавливаться до S2-. В этом случае вода приобретает
неприятный запах сероводорода (Н2S). В
природных водах распространены кислотные соединения кремния. Эти кислоты при обычных
для вод значениях рН малорастворимы и способны образовывать коллоидные растворы
(растворимость H2SiO3 при 20°С составляет 0,15 г/кг). В воде в очень малых концентрациях
(до 10-5 г/кг) содержатся бром, мышьяк, молибден, свинец и некоторые другие микроэлементы.
Состав минеральных примесей природных вод принято характеризовать по превосходящему
аниону. В гидрокарбонатных водах превосходящими являются анионы НСО-, в сульфатных
- SО42-, в хлоридных - Сl-Органические примеси попадают в воду в результате отмирания
объектов растительного и животного мира, а также с бытовыми и производственными
отходами, сточными водами предприятий пищевой промышленности. В результате вымывания
почвы и торфяников в открытые водоемы попадают гумусовые вещества, в том числе
гуминовые кислоты и их соли. Такая вода имеет желтый цвет. Содержание отдельных
соединений гуминовых соединений может существенно влиять на процесс очистки воды.
Органические примеси являются главной причиной неприятного цвета, вкуса и запаха
воды. Примеси
природных вод отличаются по степени дисперсности. В зависимости от размера частиц
растворы бывают истинные (диаметр частиц 10-'7 см), коллоидные (диаметр частиц
10-7-10-5 см) и суспензии (диаметр частиц 10-5 см). Истинные растворы представляют
собой гомогенные системы, в которых частицы распределены в воде в виде отдельных
молекул и ионов. Коллоидные растворы гетерогенны, в них частицы распределены в
виде агломератов из большого количества молекул и поверхностью разделения между
твердой фазой и водой. По причине мелких размеров коллоидных частиц они не выделяются
из воды в осадок силой тяжести и не теряют способность к диффузии. Коллоидным
растворам свойственно рассеивание света, которое и вызывает опалесценцию воды.
Грубодисперсные (взвешенные) частицы имеют массу большую, чем коллоидные, и практически
не способны к диффузии. Со временем эти примеси выпадают в осадок или всплывают
на поверхность. Такие примеси определяют мутность воды. В природных водах во взвешенном
состоянии находятся ил, песок, частицы растений. Природная вода содержит также
различные газы природного происхождения, растворимость которых в воде зависит
от химической природы газов, температуры, степени минерализации воды и давления,
под которым газ находится над водой. Хорошо растворимы в воде СО2 и Н2S, которые,
как правило, образуют с водой угольную и сероводородную кислоты. Плохо
растворяются
СН4, N2, O2, Н2, Ar, Не. Они практически не вступают с водой в химическое взаимодействие
и находятся в ней в молекулярно-дисперсном состоянии. С повышением температуры
и увеличением состава минеральных веществ растворимость газов уменьшается. При
постоянной температуре растворимость газов согласно закону Генри изменяется прямо
пропорционально давлению. Поэтому, как правило, чем глубже осуществляют водозабор
артезианских скважин, тем больше вода насыщена газами. При выходе такой воды на
поверхность, когда упругость газа в воде становится больше, чем в атмосфере, наблюдают
его интенсивное выделение. Такой газ называют спонтанным, а воду - газирующей.
Природную воду, кроме минеральных и органических веществ, загрязняют примеси биологического
характера. Вода содержит разные микроорганизмы. Кроме того, в ней могут находиться
плесени, бактерии, дрожжи, грибы, водоросли, инфузории, яйца гельминтов и др.
Развиваясь в воде, микроорганизмы могут уменьшать в ней содержание органических
веществ, минерализируя их, что содействует ее очищению.
Патогенные (болезнетворные)
микроорганизмы могут вызывать инфекционные заболевания человека (дизентерия, холера,
брюшной тиф, полиомиелит и др.), поэтому питьевую воду обязательно следует очищать
биологическим способом.
|
