Показатели, необходимые для характеристики качества воды, определяются характером использования воды различными потребителями. Например, качество воды хозяйственно-питьевого назначения характеризуют с помощью показателей, не применяемых во внимание при использовании воды на ТЭС и АЭС. Здесь рассмотрим основные показатели, используемые при анализе природных вод, применяемых в теплоэнергетике как исходное сырьё.
Минеральные примеси различных природных вод по количественному составу примерно постоянны и отличаются лишь концентрациями, установление которых и входит в задачу анализа природных вод. Важнейшие показатели качества воды, определяющие применимость для паротурбинных установок и метод её обработки – концентрация грубодисперсных примесей (взвешенные вещества), концентрация ионов Ca2+, Mg2+, Fe2+, , , , , , , , рН воды, удельная электропроводимость, технологические показатели (сухой прокаленный остаток, щелочность, жесткость, кремнесодержание, окисляемость), концентрация растворённых газов и .
|
|
Содержание грубодисперсных (взвешенных) веществ выражают в (мг/кг) и определяют фильтрованием 1 л пробы воды через бумажный фильтр, который затем высушивают при температуре 105-110 0С до постоянной массы
Прозрачность воды определяют с помощью методов шрифта и креста. Для первого способа применяют градуированный на сантиметры стеклянный цилиндр высотой 30 см, под дно которого подложен определённый шрифт. Столб воды в сантиметрах, через который ещё можно прочесть текст, и определяет прозрачность воды. Прозрачность по кресту определяют по той же методике, используя трубку длиной 350 см, диаметром 3,0 см, на дно которой помещают бумажный круг с крестом, имеющим ширину линий в 1 мм.
Мутность воды пропорциональна содержанию в ней взвешенных частиц, определяют, сравнивая анализируемую пробу с определенным эталоном мутности.
Удельная электропроводность растворов χ, характеризуемая электро-проводностью 1 см3 жидкости с размером граней 1 см и выражаемая в См/см, является важным показателем качества природной и обрабатываемой воды, указывающим на суммарную концентрацию ионгенных примесей. Удельная электропроводность воды, не содержащей примесей, при 25 0С составляет 0,063 мкСм/см и определяется переносом в электрическом поле только ионов H+ и . При постоянной температуре и данной степени диссоциации существует прямая зависимость между концентрацией электролита и его удельной электропроводностью. Так удельную электропроводность водных растворов различных солей концентрацией 500 мк/кг в условном пересчете на NaCl можно оценить из соотношения
|
|
1 мкСм/см↨≈ 0,5 мг NaCl/кг H2O.
Сухой остаток (СО) (мг/л) определяют путем выпаривания определенного объёма предварительно профильтрованной пробы и последующего просушивания остатка при температуре 110-120 0С.
Сухой остаток выражает содержание растворенных в воде минеральных и органических примесей, нелетучих при указанной температуре. Содержащиеся в природной воде Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2 при выпаривании разлагаются с выделением H2O и CO2 и в сухом остатке появляются CaCO3 и MgCO3; это надо иметь в виду, сравнивая сухой остаток с минеральным.
Минеральный остаток (мг/л) (общее солесодержание) подсчитывается путем суммирования концентраций катионов и анионов, определенных при проведении полного химического анализа воды.
Прокаленный остаток (мг/л) характеризует содержание в воде минеральных веществ; его определяют путем прокаливания при 800 0С сухого остатка. При прокаливании сгорают органические вещества и частично разлагаются карбонаты.
Окисляемость воды – это показатель, имеющий условное значение и представляющий собой расход какого-либо сильного окислителя, необходимого для окисления в определённых условиях органических примесей, которые содержатся в 1 л воды. Обычно для этих целей применяют перманганат калия () или бихромат калия (), различают соответственно перманганатную и бихроматную окисляемость. Окисляемость воды выражают в кислородных или перманганатных единицах (мгO2/кг, мг /кг), различающихся в 3,95 раза. Бихроматная окисляемость обычно превышает в 2-2,5 раза перманганатную, а разность между ними позволяет судить об устойчивости органических примесей к действию окислителей. При определении окисляемости обоих видов происходит окисление не только содержащихся в воде органических веществ, но и некоторых неорганических, например закисного железа, сероводорода, нитритов. Поэтому следует еще раз подчеркнуть, что окисляемость характеризует содержание в воде органических веществ лишь приближенно и условно.
Окисляемость чистых грунтовых вод составляет обычно 1-3 мгO2/л, в то время как в водах поверхностных источников окисляемость повышается до 10-12 мгO2/л. Реки болотного происхождения и поверхностные источники в период паводка отличаются очень высокой окисляемостью, превышающей, например, 30 мгO2/л. Сточные воды, содержащие органические вещества и сбрасываемые в водоемы, могут повышать окисляемость воды различных источников.
Для суммарной оценки органических загрязнений воды в последнее время начинают применять метод сорбции из воды органических веществ активированным углем с последующим его высушиванием и экстракцией из него этих веществ хлороформом (метод угольно-хлороформного экстракта). В массовых единицах (мг/кг) оценивают в ряде случаев содержание общего органического углерода в воде.
Жесткость воды – один из важнейших показателей её качества. Общей жесткостью называют суммарную концентрацию ионов кальция и магния, выраженную в единицах микрограмм-эквивалент (мг-экв/л) на 1 л воды.
Жо = Жк + Жн.к..
= +
Общую жесткость воды подразделяют на кальцевую и магниевую. Кальциевая жесткость определяется катионами кальция Ca2+ (мг-экв/л). Магнивая жесткость определяется катионами магния Mg2+ (мг-экв/л). Часть (в предельном случае при Що > вся жесткость), эквивалентная содержанию бикарбонатов, называется карбонатной жесткостью; разность между общей и карбонатной жесткостями называется некарбонатной жесткостью.
Общая жесткость подразделяется на карбонатную Жк и некарбонатную Жн.к. Карбонатная жесткость обусловливается наличием в воде бикарбонатов и карбонатов кальция и магния, некарбонатная жесткость – присутствием в воде хлоридов, нитратов, сульфатов кальция и магния (мг-экв/л).
|
|
Процесс выделения из воды ионов Ca2+и Mg2+ получил название умягчение воды. Воды с высокой жесткостью дают плотные отложения на теплопередающих поверхностях.
По значению общей жесткости природных вод установлена следующая класссификация: < 1,5 мг-экв/кг – малая жесткость, = 1-3,0 мг-экв/кг – средняя, = 3,0-6,0 мг-экв/кг – повышенная, = 6,0-12,0 мг-экв/кг – высокая, > 12 мг-экв/кг – очень высокая жесткость.
Общая щелочность воды Що – суммарная концентрация в воде растворимых гидрооксидов и анионов слабых кислот за вычетом концентрации ионов водорода.
= + - , мг/экв/л,
= + + + + + +
+ .
Общую щелочность Що выражают в миллиграмм − эквивалентах на 1 л. Её определяют титрованием пробы воды кислотой в присутствии индикаторов: фенолфталеина и метилоранжа. Для вод, в которых может содержаться гидратная форм щелочности (), карбонатная () или бикарбонатная (), вычисление отдельных форм (слагаемых) общей щелочности определяют по таблице в зависимости от результатов титрования пробы с фенолфталеином – и метилоранжем – .
Вычисление форм щелочности природной воды
Соотношение Щфф | Гидраты Щг | Карбонаты Щк | Бикарбонаты Щб |
Щфф = Щмо | Щфф; Щмо | Нет | Нет |
Щфф > 0,5 Щмо | 2Щфф-Щмо | 2(Щмо-Щфф) | Нет |
Щфф = 0,5 Щмо | Нет | Щмо; 2Щфф | Нет |
Щфф < 0,5 Щмо | Нет | 2Щфф | Щмо-2Щфф |
Щфф = 0; Щмо>0 | Нет | Нет | Щмо |
Природные воды в своем большинстве характеризуются бикарбонатной формой щелочности, которая численно близка к величине общей щелочности (Що~Щб).
В природных исходных водах соотношение между щелочностью и общей жесткостью могут быть различными, соответственно вычисляются значения карбонатной жесткости таблица:
Щелочность исходной воды | Карбонатная жесткость исходной воды |
Щи.в < о | Жк = Щи.в |
Щи.в = | Жк = |
Щи.в > | Щи.в − Жк = ; Щи.в − = [NaHCO3] |
Ионный состав воды. Вода всегда электрически нейтральна, поэтому сумма концентраций содержащихся в ней катионов равна сумме концентраций анионов при условии, что они выражены в мг-экв/л: åск=åса.
Этой закономерностью, называемой уравнением электронейтральности раствора, пользуются при проверке правильности выполнения анализа воды. В водах энергетических объектов могут присутствовать ионы, приведенные в таблице
|
|
Ионный состав воды
Катионы | Анионы |
Водород | Гидроксильный |
Натрий | Бикарбонатный |
Калий | Карбонатный |
Аммоний | Нитритный |
Кальций | Нитратный |
Магний | Хлоридный |
Железо двухвалентное | Фторидный |
Железо трехвалентное | Сульфатный |
Алюминий | Силикатный |
Медь | Ортофосфатный |
Гидросульфатный |
В природных водах обычно содержится катионы , , , и анионы , , , , реже , и , , .
Ионы натрия и калия с анионами природных вод не образуют труднорастворимых простых солей, практически не подвергаются гидролизу, поэтому их относят к группе устойчивых примесей. Концентрация ионов натрия и калия изменяется только в результате испарения или разбавления природной воды, при анализе воды ее часто выражают суммарно.
Ионы кальция и магния относятся к числу важнейших примесей воды и во многом определяют возможность ее использования для различных народнохозяйственных целей, так как эти ионы образуют труднорастворимые соединения с некоторыми находящимися в воде анионами. При использовании природной воды и связанном с этим изменении исходных концентраций катионов и анионов, например при упаривании или снижении растворимости с ростом температуры, происходит выделение труднорастворимых солей кальция и магния на теплопередающих поверхностях в виде твердой фазы.
Ионы железа характеризуются поливалентностью и могут находиться в различных формах: Fe2+ и Fe3+. Во всех природных водах с высоким рН ионы Fe3+ практически не могут содержаться и все соединения Fe3+ находятся коллоидной или грубодисперсной форме. В подземных водах железо обычно находится в ионной форме в виде двухвалентного железа, стехиметрически отвечающего формуле соединения , которое при условии удаления растворенной углекислоты (выдерживание в открытом сосуде) легко гидролизуется, а при наличии в воде растворенного кислорода окисляется с образованием краснокоричневой твердой фазы гидроксида железа Fe(OH)3:
В водах поверхностных источников железо может входить также в состав органических соединений; присутствие в воде соединений железа в повышенных концентрациях создает условия для развития железобактерий, образующих бугристые колонии на стенках трубопроводов.
Концентрация железа в исходной воде может увеличиваться в процессе загрязнения продуктами коррозии.