Физико-химич характеристика природных вод. Основные компоненты природных вод. Классифприр вод.

Физико-химич характеристика природных вод. Основные компоненты природных вод. Классифприр вод.

Общ. Кол-во воды сост 1350 млн.км³прибл 3 % приходится на использов чел-ом. Вода нах повсеместно: литосфера, атмосфера и гидросфера. Вода физически и химич связная. Она не участвует в круговороте воды в природе. Камни волуны тоже содержат воду. Вода в 3 агрегатных состояниях: твердое, жидкое и газообразное. В атм и из атмосферы вода выподает 70% дождей, града, снега на гидросферу, а остальные осадки вып на сушу. В круговороте не участвуют южные и северные полюса и снег с гор. Природная вода – раствор, кот содержит примеси (химич и биологич). Хим анализы готов из дистилеров воды.

Основные компоненты природных вод.

Хим примеси: аргонич и минеральные, котор нах в ионном, молекулярном и нерастворенном виде. Раствор газа в воде(О₂, N₂,H₂,CO₂,H₂S,NH₃,NO₂,SO₂, CH₄); катион(H⁺,H₃O⁺,Na⁺,Ca²⁺,K⁺,Mg²⁺, Al³⁺,Fe²⁺,Fe3+); анион(OH^-,Cl^-,SO₄^2-,CO₃^2-,HCO₃^-) В природных источниках имеются 7 эл-ов(Na+,K+,Ca2+,Mg2+, SO₄^2-,Cl^-,HCO₃^-). В приодной среде сод макро и микро элем-ты. Содержание конц NO₃ воды признак позднего загрязнение, а NO₂ – ранее. Арганич примеси(белки, жиры, углеводы, карбоновые к-ты, сложн эфиры, красители, СПАВы, фенолы и их производные, нефтепродукты, растворители, кислоты, альдегиды).

При хлорировании воды образуются фенолы.

Биологические примеси: все живые сущ гидросферы; к ним отн (млекопит, кит, морские котики, ракообразные, водоросли, микроорганизмы(рачки, черви), Гидробионт на глубине обр в толще воды – планктом. Организм обитающ на дне –бентос. Население данное – нектон.

Классиф природных вод.

1 по происхождению

- поверхностные (реки, озера,моря)

2 по кал-ву и хар-ру примесей:

Престные,мутные,соленые,прозрачные,мягкие,жесткие,бесцветные,окрашенные.

3 по целевым назначениям: пищевая, бродильная, охлаждённая вода, поливная, лечебная, техническая

4 по величене минерализации:

пресные 1000 мг/л, соленые >25г/л, солоноватые 1-25 г/л

5 по содержанию ионов: гидрокарбонатные, хлоридные Cl^-, сульфатные SO₂^-

 

Сущ 49 классов воды: HCO₃^- - SO₄^2- -Ca²⁺ -гидрокарбонатсульфаткальцевая вода.

Клас-я вод в зависимости от физ-хим.св-в примесей:

1.Примеси, образующие с водой нераств. Грубо-мелкодисперсн.взвесь(частицы глины, песка, почвы)

2.Орг. и минер. Коллоиды(белки,гумус,мыла)

3.Молекулярно-растворённые в-ва:все орг. В-ва и растворённые газы.

4.В-ва диссоциирующие на ионы(соли, основания,к-ты)

 

Вода, как химическое соединение.

H2O- гидрид кислорода. Имеет 3 агрегатных состояния, жидкое и газообр. Тв.

W(Н) = 11,19% W(О)=88,81%

М_Н2О = 18 г/моль

Состав, строение молекул воды. Молекулы воды состоят из водорода и кислорода. С современных позиций строение атома:электроные облака молекул воды расположены в форме неправильного тетрайдера. Атом кислорода оказывается при этом центре, а 2 атома водорода - в противоположных углах одной из граней куба. 2 из 8 электронов атома кислорода расположены около ядра, 2 других связаны с атомами водорода, а 2 неподелённые пары электронов обр-т ветви, распол в противоположном напр по отнаш к электроном облакам водорода.

Эти ветви электронных облаков явл. Оболастями состредоточения отриц. зарядов, они обусловл водородную связь между молек воды и др вещ-ми.

Свойства воды.

Физич св-ва – чистая вода предст собой бесцветнцю или голубоватую-зеленую, прозначная жидкость, не имеющ ни запаха ни вкуса. Теплопроводность воды очень не значит по сравнению с теплопроводн других в-в.

Химические св-ва. Вода – висьма реакционно способное вещ-во. Она взаимодейств с окислами металов и не металовобр гидраты основного кислотного хар-ра. Вода обломфотернымисв-ми при взаимод со елочами, она ведет себя как кислота, а с кислотами как с осн. Активн мет взаимод с водой, с выделением водорода, напр, калий и натрий разлог воду без нагревания, магний при нагревании, железо при сильном нагрев. Вода взаимод с некот солями, вызыв процесс обменного разложения – гидролиз.

Анамалии воды.

Химически чистая вода обладает рядом свойств, отлич от других природных тел. Эти особые свойства известны под назв аномалии воды.

1,При нагревании от 0 до 4 объем

не увеличивается, а уменьшается и максимальная плотность ее достигает не в точке замерзания 0 град, а при 4 град (точнее 3,98град).

2 вода при замерзании расширяется, а не сжимается, а все другие тела, плотность уменьшается.

3, Температура замерзания воды с увеличением давления понижается.

Все аномальные явления связаны с особенностями строениями молекул воды и с их особенностью образовывать молекулярные агрегаты

 

 

Требования, предъявляемые к качеству питьевой воды. Основные показатели химич и физические качества воды. ПДК веществ и физических показателей.

Вода должна быть безвредна для здоровья человека, иметь хорошие органолептические показатели и пригодна для хоз-бытовпроцесоов. Ее кач-ва должны отвечать ГОСТ(вода питьевая) общее кол-во бактерий в 1 мл неразбавленной воды, не более 100

Основные физические и химические показатели воды.

Физ. к ним относ: вкус, запах, привкус, прозрачность, цветность мутность, температура, плотность и т.д.

Темп, зав от поры года и от темпер в тех грунтах с кот она соприкосается. Оптимальн темпер воды идущей для питья должна не превыш 11 град С и не ниже 7’С вода с такой темпер имеет охложд и приятный вкус.

Вкус, привкус – органометрич показатели кач-ва воды. Приятн и освеж вкус воде придает расствор в ней газы (кислород и углекислота), а так же немного кальция. Различ 4 вида вкуса (соленный, горький, сладкий,кислый), остальные вкусовые ощущения привкусы. Определ в сырой воде. Привкус опредсоотв признаками рыбный, хлорный, металлический и т.д.

Запах Появл при цветении водоемов, водоросли во взвешенном сост потом водоросли опучкаются на дно и гниют с выдел пахнующихвеществ.запахопред по 5 бальной сис-ме. Дел на: запах от искусственпроисхождения(от попадания промышленной сточной воды); от естественного происхождения(от живущ и отмирающих в воде организмов). Характер запаха бывает (болотный, ароматный, глинистый, древесный, землистый, рыбный, травянистый, неопределенный)

Мутность- присудствие в воде частиц глины, песка, ила, органических взвесей. Мутность дают нерастворимые и коллоидные вещ-ва. По ГОСТу не выше 2 мг/л. Определяют методами: нефилометр-мутномер, по кольцу, по шрифту. Прозрачность – опред по 2 методам: - по шрифту, - по кресту.

Химич показатели: 1) взвешенные в-ва(крупные частицы, задерживаются бумажными фильтрами); 2) сухой остаток (хар-ет солесодержание и кол-во колойдно-расствор в воде вещ.)3) электропроводность (хим чистая вода почти не проводит электрич тока) 4) окисляемость (общее сод в воде востоновителей(неорганич и органич) реагирующ с сильными окислителями) 5) биохимичпотребл кислорода 6) проколенный остаток – сух остаток прокалив в муфельной печи.

ПДК веществ и физических показателей. Предельно допустимая концентрация вещества в воде (ПДК) – это такая концентрация в ней индивидуального вещества, выше которой вода непригодна для установленного вида водопользования, а при концентрации равной или меньшей ПДК вода остается такой же безвредной для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество.НОРМЫ КАЧЕСТВА ВОДЫ устанавливают для трех видов водопользования: хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового, рыбохозяйственного. Поэтому применительно к водной среде ПДК — это концентрация того или иного вещества в воде, при превышении которой вода не пригодна для установленного вида водопользования. Наиболее жестки ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Безопасность воды в эпидемическом отношении определяют по числу содержащихся в ней микроорганизмов (в 1 мм^ воды их должно быть не более 100) и бактерий группы кишечных палочек (в 1 л воды их должно быть не более 3).

Как протекает гидролиз соли,образованной сильным оснаванием и слабой кислотой;слабым основанием и сильной кислотой?Расчет константы,степени гидролиза и pH для такого типа солей.

Как протекает гидролиз соли,образованной слабым основанием и слабой кислотой,сильным основанием и сильной кислотой?Расчет к гидролиза,h и pH для такого типа солей.У каких солей гидролиз идет до конца?

Слабоеоснавание и слабая кислота: -Солислабоготипа:

NH₄CN,CH₃COONH_4,(NH₄)₂S,(NH₄)₂CO₃

NH₄CN: NH₄OH-слабый электролит Кд=1,8∙10^-5

HCN-слабая кислота К_д=7,2∙10^-10

NH₄CN+HOH↔NH₄OH+HCN

NH₄+HOH↔NH₄OH+H⁺

CN+HOH↔HCN+OH^-

Параллель протекают два процесса по катиону и аниону.Реакция среды-нейтральня.Определяется величиной К_д.(К_{д осн}>К_д.HCN) pH≥7,следовательно среда щелочная.

- соли в таблице растворимости прочерк (NH₄)₂SiO₃.

Al³⁺,Cr³⁺,Fe³⁺

S^2-,SO₃^2-,CO₃^2-,SiO₃^2-rfnzd94

Al₂S_3, Al₂SiO₃,Fe₂(CO3)₃,Cr₂(SO₃)₃

Соли,образованные трехосновными кислотными основаниями.Подвергютсяполному,глубокомугидролизу,образуется осадок и газообразное вещество.В уравнении реакции ставиться знак равенства.

(NH₄)₂SiO₃+HOH=NH₃↑+H₂O+H₂SiO₃(раз наSiO₂ и H₂O)

Fe₂S₃+6HOH=2Fe(OH)₃↓+3H₂S

2FeCl₃+3Na₂S→ Fe₂S₃ +NaCl

Расчет константы,степени гидролиза и pH

CN₃COONH₄ NH₄⁺+CH₃COO^- +HOH↔ NH₄OH+CH₃COOH

K_гидр=

CH₃COOH↔ H⁺+ CH₃COO^- NH₄OH↔NH₄⁺+ OH^-

K_д= K_д=

[NH₄OH]= [CH₃COOH]=

K_гидр= = =

h= ,концентрация соли не влият на степень гидролиза,Кгидр и pH

pH= 7+ 1/2Lg - 1/2Lg

Кривая падения потенциала.

При добавлении катионов и анионов мицелла будет разрушаться. Диффузный слой и гидратные оболочки разрушены. Тогда:

Озонирование воды.

2O₂↔2O₃ – Q

Озон обладает сильными бактерицидными свойствами. Имеет высокий окислительный потенциал, легко проходит через клеточную оболочку микроорганизмов и т.д. Окисляет органические и минеральные в-ва. ПДК_азона 0,1 мг на 1 м³воздуха. Доза вводимого азона в воздух сост. 0,5-4мг/л (зависит от типа воды).

Недостатки процесса озонирования: большие затраты электроэнергии, усиливает процесс коррозии.

27.Удаление из воды Fe, Mn, H₂SiO₃

Универсальных методов очистки воды от Fe не сущ., а выбор опр-х методов зависит от результатов хим. анализа. При анализе уст-т: 1. в какой форме нах-сяFe(минер-я FeSO₄(2), Fe(HCO₃)₂, Fe₂(SO₄)₃Fe(OH)₃- гидрозоль, гуматы железа и орган.форма).

2. примеси воды,

3. уст-т требуемую эф-ть очистки воды, вода для питья 0,3-0,5 мг/л, для крошения для производства лекарств, пищевая.

В хим. лабор. Производят пробное обезжелезивание. Исп-т методы фильтрации с реагентами-окислителями. А если в воде сод-ся только гуматы железа, то треб-сянеск-ко способов обезжелез-я.

Способы обезж-я: физич-е, реагентные, аэриров-е, озониров-е, хлорир-е, известков-е, катионир-е, коагулиров-е, фильтрование(окисл-е).

Физико-хим. процессы: окислит-восстан-е, ионный обмен, образ-е осадков, коллоидов, абсорбция, адсорбция, хемосорбция, седиментация(осаждение нераств-х частиц).

Схема аэрации воды: воду насыщ-т О₂. Процесс протекает быстро, если рН=7,5, конц-я железа общего 10 мг /л, а если 2-валентной формы-70%. Процесс обезжилез-я мешает повышения кисл-ть, CO₂ агрессивная, H₂S много, высокая окисл-ть. Сод-яFe(2+) окисл-ся до Fe(3+) и в виде осадка Fe(OH)₃ оседают на дно фильтра, устран-ся форма железа. При аэрации прот-т гидролиз Fe(HCO₃)₂+ 2H₂O«Fe(OH)₂+2H₂CO₃

4Fe²⁺(OH)₂+O₂+2H₂O®4 Fe³⁺(OH)₃¯(бурый ос-к).

Технолог-я схема

Н₂О®аэрация О₂возд.®отстаив-е осаждение®фильтр-е через песч-й фильтр.

Если в ПВ сод-ся устойчивые формы гуматы, то О₂возд. не может окислить и треб-ся более сильные окисл-ли.

Технол-я схема:

Н₂О®аэрация О₂возд.®отстаив-е осаждение®фильтр-е

Известков-е, коагулир-е

К воде доб-т известковое молоко Са(ОН)₂ и удал-сяFeSO₄.

FeSO₄ + Са(ОН)₂ =Fe(OH)₂+CaSO₄.

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O®4Fe(OH)₃¯(бурыйос-к).

Al₂(SO₄)₃, AlCl₃, FeCl₃, FeSO₄.

FeCl₃+(AlCl₃+NaOH)- смеш. коагул-т.

Алюминий образ-т коллоид, где гранула несёт отриц-й заряд, а Fe –полож-й. Примеси ПВ имеют отриц-й заряд.FeCl₃®Fe³⁺+3Cl^-, NaAlO₂®Na⁺+AlO₂^-

Строение гидрозоля

[mFe(OH)₃∙nFe³⁺ ∙3(n-x)Cl^-∙yH₂O]^3x+ 3x∙Cl^-∙zH₂Oý⁰

Строение гидрозоля Al

[(Al(OH)₃)_m∙nAlO₂^-(n-x)Na⁺∙yH₂O]^x-∙xNa⁺∙zH₂O}^-

Т. о. образ-ся гидрозоли с зарядом+и – и протекает совместная коагуляция.

Техн-я схема:

H₂O®аэриров-т®известков-е Ca(OH)₂®коагулир-е соли Al, Fe.®отстаив-е®фильтрац-я.

Фильтр-е через фильтры

-“чёрный песок”, взвеш-й фильтр.

-фильтр-е через кварцевый песок.

1.чёрный песок: фильтр зап-т песком ср крупности и проп-т р-р 2-5% KMnO₄. Образ-сяMnO₄ ®песок становится чёрным, бурым или исп-т прир. минерал-пиролюзит.

2.взвеш. фильтр, готовят высокодисперсную суспензию

CaCO₃ +(AlCl₃+NaOH)

100в.ч.16в.ч.

FeSO₄+ CaCO₃®FeCO₃+CaSO₄

FeCO₃+2H₂O=Fe(OH)₂ + H₂CO₃

4Fe(OH)₂ +O₂ + 2H₂O ®4Fe(OH)₃

4FeSO₄+ O₂ +6 H₂O+4CaCO₃®4Fe(OH)₃¯ + 4CaSO₄+4CO₂

AlCl₃ образ-т гидрозоль, Fe(OH)₂¯ - образ-т коллоид.

Техн-я схема:

H₂O®аэриров-т®хлорир-е®фильтр-е через взвеш-е фильтр®отстаив-е®фильтрац-я через песч. фильтр.

Метод катионного обмена

Исп-т катионид Са²⁺R₂, удал-ся 3-х валентная форма Fe.

Fe₂(SO₄)₃+ 3Са²⁺R₂®2FeR₃+3CaSO₄

Fe₂SO₄ +CaR^2-®FeR+ CaSO₄

Техн-ясхема:

H₂O®аэриров-т®хлорир-е®катионир-е®отстаив-е®фильтрац-я через песч. фильтр.

Доза ост-гоFe 0,1-0,5мг/л.

Mn в ПВ нах-ся в виде Mn²⁺, MnCl₂, MnSO₄, MnOH⁺, MnOHCl.

Удал-еMn²⁺ из воды осущ-ся в виде

Mn(OH⁺)₄ и MnO₂.

Техн-я схема:

H₂O®аэриров-т®хлорир-е®окисл-е®коагулир-е®отстаив-е®фильтрац-я через песч. фильтр.

Хим. процессы прот-т с большой скоростью, если рН=8,5 и кат-р,О₂- окисл-ль.

Техн-я схема:

H₂O®аэриров-т®®известков-е®”чёрн. песок” MnO₂®отстаив-е®фильтрац-я через песч. фильтр.

Воду аэрируют О₂возд.+ Ca(OH)₂ и фильтр-т через “чёрный песок” при этом MnO₂ок-сякисл-м воздуха и обр-т ок-ль

MnO₂+0,5O₂+ Ca(OH)₂®CaMnO₄

CaMnO₄+MnCl₂®2MnO₂+CaCl₂.

Обескремнивание воды

Кремний в прир. воде нах-ся виде Na₂SiO₃, NaHSiO₃, H₂SiO₃ золь. Сод-е в воде Siсост-т 1-50 мл гр/л. Обескремнивание необходимо: если вода для производства лекарств, целлюлозы, питания паровых котлов.

Методы удаления Si:

Реагентный -исп-т известкование воды, содово-известковый метод. При этом происходит умягчение воды, удаляется Si в виде KSiO₃, MgSiO₃(удаляется Fe, Mn). Процесс протекает более эффективно, если исп-ть избытки реагентов.

Фильтрац-й - воду пропускают через взвешан. фильтр.

CaCO₃ +(AlCl₃+NaOH)

100в.ч.16в.ч.

Исп-т фильтрование через зернистый песок. Подкисление воды:

Na₂SiO₃+2HCl®H₂SiO₃+2NaCl

Образ-ся гидрофильный гидрозоль.

Ионно-обменный- исп-т метод ионирования воды:HSiO₃^-, 2R⁺OH^-, R⁺Cl^-, Na₂SiO₃+ RCl®RCl+ R₂SiO₃+2NaCl.Глубокое удаление кремния.

Коагулирование- исп-т соли-коагулянты:

FeSO₄∙7H₂O(железный купорос), Fe₂(SO₄)₃∙18 H₂O(cульфатFe-3), Al₂(SO₄)∙24H₂O, FeCl₃∙6 H₂O, Fe(OH)₃. Удаляется Fe, Si, Mn.

Физико-химич характеристика природных вод. Основные компоненты природных вод. Классифприр вод.

Общ. Кол-во воды сост 1350 млн.км³прибл 3 % приходится на использов чел-ом. Вода нах повсеместно: литосфера, атмосфера и гидросфера. Вода физически и химич связная. Она не участвует в круговороте воды в природе. Камни волуны тоже содержат воду. Вода в 3 агрегатных состояниях: твердое, жидкое и газообразное. В атм и из атмосферы вода выподает 70% дождей, града, снега на гидросферу, а остальные осадки вып на сушу. В круговороте не участвуют южные и северные полюса и снег с гор. Природная вода – раствор, кот содержит примеси (химич и биологич). Хим анализы готов из дистилеров воды.