Физико-химические показатели природных вод
Природные воды, находящиеся в непрерывном контакте с атмосферой, почвой, грунтом и недрами земли, представляют собой различающиеся по составу растворы минеральных веществ, газов и органических веществ. Кроме того, природные воды являются средой обитания микробов, растений и других живых организмов и, следовательно, содержат продукты обмена веществ. С совершенствованием аналитической техники в природных водах находят все большее число элементов. Так, в 50-е годы было известно 30—35 элементов, присутствующих в воде, а в настоящее время число известных элементов достигает 60—65. Имеется несколько классификаций природных вод. До того как обсуждать их, рассмотрим некоторые показатели, общие для всех вод.
Физические показатели качества воды. Температура воды значительно колеблется для вод открытых водоемов и весьма стабильна для подземных источников. Прозрачность и мутность вод открытых водоемов зависит от сезона (паводок) и сброса сточных и ливневых вод.
Желтовато-зеленый цвет разных оттенков объясняется присутствием в воде окрашенных органических веществ, главным образом гумусового происхождения (гуминовые и фульвокислоты) и коллоидных соединений железа. Различают четыре вкуса воды, обусловленные количеством, природой и соотношением солей и органических веществ: соленый, горький, сладкий и кислый. Запахи могут быть естественного и искусственного происхождения; для определения интенсивности запахов по действующему стандарту используют пятибальную систему.
Химические показатели качества воды. Водородный показатель рН природной воды колеблется в пределах 6,5—8,5. Буферность воды определяется растворенной в воде угольной кислотой и ионами НСО3.
Концентрация водородных ионов такой буферной системы с разбавлением меняется незначительно, так как рН ее определяется не концентрацией кислоты и ее соли, а отношением этих концентраций. Указанная буферная система играет большую роль как в процессах самоочищения воды, так и в процессах ее очистки и обеззараживания.
Окисляемость воды характеризуется присутствием восстанавливающих примесей, главным образом примесей органического происхождения. На практике для определения окисляемости применяют в основном два способа — перманганатный и бихроматный. Причем методика первого значительно проще, чем второго. Однако перманганатный метод позволяет определять меньше окисляемых органических веществ, чем бихроматный. Поэтому выбор способа зависит от поставленной задачи. Перманганатный метод можно рекомендовать для сравнения характера изменения во времени окисляемости одной и той же воды. Известно, что артезианские воды отличаются наименьшей окисляемостью, а поверхностные воды, содержащие много фульвокислоты и других органических примесей, — наибольшей.
В ряде случаев необходимо определить природу органических веществ. В настоящее время разработаны методики разной степени трудоемкости и точности для анализа следующих видов органических веществ: гуминовые, фульвокислоты и их соли, карбоновые кислоты, амины, амиды, сложные и простые сахара, сложные эфиры. Косвенным доказательством присутствия в воде ряда неокрашенных органических веществ служит непропорционально малое уменьшение окисляемости обесцвеченной воды по сравнению с необесцвеченной.
Азотсодержащие соединения образуются главным образом в результате разложения белковых веществ. Процесс разложения протекает через стадии образования аминокислот и их солей, аминов и амидов: чем больше в воде ионов NH4F и NO7, тем «моложе» источник загрязнения. В некоторых случаях эти загрязнения имеют минеральное происхождение.
Хлориды и сульфаты почти всегда в тех или иных количествах присутствуют в природных водах. Рост содержания этих ионов в данной природной.воде, как правило, определяется сбросом в нее сточных вод промышленных предприятий.
В природных водах различают бикарбонатную и карбонатную щелочность, обусловленную присутствием соответственно NaHCO3 и Cа2СO3. При некоторых приемах обработки воды появляется и гидратная щелочность. Из щелочных металлов преобладают ионы натрия.
Жесткость воды определяется присутствием солей кальция и магния. Их источником являются известняки и доломиты. Обогащение воды солями жесткости происходит в соответствии с реакцией СаСO3 + Н2O + СO2 = Са(НСO3)2
Некарбонатная жесткость определяется присутствием кальциевых и магниевых солей серной, соляной и азотной кислот.
Железо может присутствовать в природных водах в виде солей, гидроксидов Fe(II) и Fe(III) и в виде комплексных соединений с органическими веществами. Форма присутствия железа зависит от рН среды и природы органических веществ. Соотношение Fe2+ и Fe3+ определяется насыщенностью воды кислородом и диоксидом углерода. Несмотря на сравнительно малое содержание (от десятков мкг до нескольких мг в 1 л), присутствие железа вносит очень большие осложнения при использовании такой воды в технических целях.
Соединения кремния в природных водах обнаруживаются в трех состояниях: ионное, в виде полимерной кислоты и в виде коллоидных частиц. Содержание кремния в подземных водах, как правило, на порядок выше, чем в водах открытых водоемов. Несмотря на сравнительно малое содержание кремния (1—20 мг/л), он представляет большую опасность как накипеобразователь.
В чистой воде, контактирующей с воздухом, содержание кислорода при данном давлении зависит главным образом от температуры. Некоторое влияние на насыщение воды кислородом оказывает содержание солей.
Диоксид углерода встречается во всех водах. Сравнительно большое содержание диоксида углерода (в виде аниона солей) не может быть объяснено только поглощением его из воздуха, а связано и с жизнедеятельностью населяющих воду микроорганизмов.
Микроэлементами называют примеси, присутствующие в воде в количествах, значительно меньших 1 мг/л.