Основные источники и характеристики воды

Из всех природных ресурсов наибольшее значение в жизни и деятельности человека, несомненно, имеет вода. Площадь поверхности земного шара, покрытой водой, примерно в 10 раз превышает площадь суши.

Распределение воды характеризуется следующими данными:

мировой океан – 97,57 %,

высокогорные ледники и полярные льды – 2,14 %,

озера и реки – 0,29 %,

водяные пары в атмосфере – около 0,001 %.

Кроме того, значительны объемы подземных вод и воды, связанной химически в различных минералах, составляющей около 7 % массы земной коры. Для промышленных и бытовых нужд применяется только пресная вода, составляющая около 3 % всех запасов воды.

В настоящее время в связи со значительным развитием промышленности непрерывно уменьшаются запасы чистой воды и возрастают объемы бытовых и промышленных сточных вод. Расход воды на душу населения составляет в США 500 – 600 л. в сутки, а в некоторых странах Европы –300 – 400 л. В нашей республике обеспеченность водой на душу населения в два раза больше ее среднего мирового уровня.

Некоторое дополнение к существующим мировым запасам пресной воды можно получить за счет опреснения морских вод. Однако это не может обеспечить все потребности без привлечения обычных источников пресной воды.

Природная вода может использоваться как источник промышленного сырья. В морской воде содержатся почти все элементы периодической системы. Например, в воде содержится 2,8 млрд. т. урана. Если извлечь из воды только0,01 % содержащегося в ней урана, то его хватит для обеспечения энергией всего человечества в течение 100 лет.

К воде, употребляемой в технике и в быту, предъявляются определенные требования в отношении состава и свойств. Качество воды определяется ее физическими и химическими характеристиками, такими как жесткость, общее солесодержание, прозрачность, окисляемость и др. Для оценки пригодности воды для питьевых нужд большое значение имеет токсичность примесей, содержание в ней микробов, запах, цвет и вкус. Для промышленных вод важными показателями являются жесткость, содержание солей и растворенных газов, механических примесей и т. п.

Жесткость воды характеризуется содержанием в ней солей кальция и магния. Различают жесткость воды трех видов: временную, постоянную и общую. Временная (устранимая) жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция и магния. Эти соли сравнительно легко удаляются из воды при кипячении, так как при этом они переходят в нерастворимые углекислые соли и выпадают в виде плотного осадка.

Постоянная жесткость воды связана с присутствием в ней хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния. Эти соли не удаляются при кипячении воды.

Общее солесодержание, или сухой остаток – масса вещества, оставшегося после испарения воды и высушивания полученного остатка при 105 – 110 °С до постоянной массы.

Прозрачность воды характеризуется толщиной слоя воды, через который можно различать без или с помощью фотоэлемента определенное изображение.

Окисляемость воды определяется массой (в миллиграммах) перманганата калия, взаимодействующего с 1 л воды при кипячении.

Кислотность или щелочность воды характеризуется концентрацией водородных ионов или величиной рН. При рН = 6,5 – 7,5 вода считается нейтральной, при рН < 6,5 воду называют кислой, при рН > 7,5 – щелочной.

Допустимое содержание примесей в воде регламентируется соответствующими ГОСТами. Степень вредности примесей определяется их химическим составом и состоянием (дисперсностью). Грубодисперсные взвеси засоряют трубопроводы и аппараты, вызывают образование пробок, снижение производительности аппаратуры и могут даже стать причиной аварий. Примеси в виде коллоидных частиц вызывают вспенивание воды и выбросы в котлах и аппаратах.

Самым общим санитарно-бактериологическим показателем качества воды является количество микроорганизмов, содержащихся в единице ее объема. Эта величина может быть определена путем высева микроорганизмов из исследуемого образца воды небольшого объема на плотную питательную среду и подсчета выросших микробных колоний после определенного срока инкубации.

Классификация вод

Природные воды принято делить на три вида, сильно различающихся по наличию примесей.

Атмосферная вода – вода дождевых и снеговых осадков – характеризуется сравнительно небольшим содержанием примесей, главным образом растворенных газов: кислорода, диоксида углерода, сероводорода, оксидов азота, кислородных соединений серы, органических веществ, которые загрязняют атмосферу в промышленных районах. Атмосферная вода почти не содержит растворенные соли, в частности соли кальция и магния.

Поверхностные воды – речные, озерные, морские – содержат, кроме примесей, имеющихся в атмосферной воде, разнообразные вещества. Почти всегда в ней есть двууглекислые соли кальция, магния, натрия и калия, а также сернокислые и хлорные соли. При содержании солей менее 1 г на 1 кг воды она называется пресной, более 1 г – соленой.

Подземные воды – воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров – характеризуются разнообразием состава в зависимости от содержания растворенных солей, вида и структуры почв и горных пород, через которые просачиваются атмосферные воды и воды поверхностных водоемов, образуя подземные водоемы. Фильтрующая способность почв и горных пород обусловливает высокую прозрачность подземных вод и отсутствие в них примесей органического происхождения. Уникальным сырьем для химической промышленности являются минеральные воды, насыщенные различными солями. Так, подземные воды, насыщенные хлористым натрием, служат сырьем для производства соды, едкого натра и хлора. Из подземных рассолов получают также йодистые, бромистые и другие соли.

В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на промышленную и питьевую, в каждой из них содержание примесей регламентируется соответствующим ГОСТом. Питьевая вода в первую очередь освобождается от бактерий; к ней предъявляются особые требования в отношении вкуса, цвета, запаха. Промышленные воды не должны содержать примеси больше допустимой нормы, которая устанавливается в зависимости от вида производства. Вода для прямоточных паровых котлов не должна содержать диоксид углерода и кислород, вызывающие коррозионное разрушение труб, и может содержать сухой остаток не более 0,2 – 0,3 мг/л. Соли в паровых котлах, отлагаясь на внутренней поверхности труб в виде накипи, вызывают снижение теплопроводности их стенок, перегрев труб и преждевременное их изнашивание. Повышенные требования в отношении чистоты предъявляются к воде в производстве полупроводников, люминофоров и некоторых других материалов.