Классификация показателей наличия загрязнений природных вод во взаимосвязи с методами их удаления

Системы классификации природных вод и способы как можно более краткой характеристики качества воды (индекс качества воды) разрабатываются более чем сто лет. Выделено 625 и даже более классов, групп, типов и разновидностей вод. В.И. Вернадский считал, что число видов природных вод больше 1500 единиц.

В настоящее время в нашей стране утверждены предельно допустимые концентрации загрязнителей и методики их определения более, чем по 1500 ингредиентам. Для утверждения того или иного источника для нужд питьевого водоснабжения требуется комплексное исследование и заключение на возможность использования в качестве источника водоснабжения, которое выдается органами Роспотребнадзора.

Для выбора технологических решений водоподготовки практический интерес представляет фазово-дисперсная классификация примесей воды, разработанная Л. А. Кульским [12,16,17]. Для задач, связанных с очисткой воды, эта классификация полезна тем, что, определив фазово-дисперсное состояние примесей в воде и установив ее принадлежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать комплекс методов и стадий очистки воды. При этом фазово-дисперсное состояние примесей должно устанавливаться после каждой стадии обработки воды и учитываться при проектировании всей схемы водоподготовки (табл. 2). Методы обработки воды, определенные Л. А. Кульским:

Группа I. Воздействие на взвеси (например, седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование, центробежная сепарация в гидроциклонах, флотация, фильтрование).

Группа II. Воздействие на коллоидные примеси, в том числе высокомолекулярные соединения, вирусы: коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция, адсорбция на высокодисперсных материалах, в том числе глинистых минералах, ионитах, окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетом.

Группа III. Воздействие на растворенные органические вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путем аэрирования, адсорбция на активных углях, природных и синтетических ио-нитах и других высокопористых материалах, пенная флотация, ректификация, окисление (электро-химическое, биологическое, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).

Группа IV. Воздействие на примеси ионогенных неорганических веществ: ионный обмен, электродиализ, реагентная обработка. мембранные фильтрование.

Группа V. Воздействие на воду: дистилляция, вымораживание, магнитная обработка, обратный осмос, напорная фильтрация.

Группа VI. Воздействие на водную систему в целом: (например, закачка в подземные горизонты).

Таблица 2. Классификация вод по фазово-дисперсному состоянию примесей.

Группа	Наименование примесей	Размер частиц, мкм	Характеристика примесей
I	Взвеси	>10-1	Суспензии и эмульсии, обусловливающие мутность воды, микроорганизмы и планктон
II	Коллоидно-растворенные вещества	10-1 10-2	Коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие окисляемость и цветность воды; вирусы
III	Молекулярно-растворенные вещества	10-2 10-3	Газы, растворимые в воде; органические вещества, придающие воде запах и привкус
IV	Вещества, диссоциированные на ионы (электролиты)	<10-3	Соли, кислоты, основания, придающие воде жесткость, щелочность

Все источники водоснабжения связаны с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач [14]. Основная классификация выделяет химическое, физическое (в основном, тепловое воздействие) и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы) и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностно активные вещества, пестициды). В табл. 3 и 4 представлены классы и подклассы поверхностных вод по природным и антропогенным загрязнителям. Соответствующая классификация для подземных вод представлена в таблице 14.

В практике наиболее часто встречающие в поверхностных и подземных источниках примеси влияющие на выбор перспективных для эффективной работы технологий водоподготовки следующие [11-13]:

Взвешенные твердые примеси

Присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов.

Железо.

В подземных водах присутствует, в основном, растворенное двухвалентное железо в виде ионов Fe2+. Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах водораспределения при контакте воды с поверхностью труб. В поверхностных водах железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав органических комплексов и железобактерий. Норматив содержания железа общего в питьевой воде - не более 0,3 мг/л.

Железо придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий.

Марганец.

Марганец относится к группе тяжёлых металлов, имеет природное происхождение. Встречается чаще всего в воде вместе с растворенным железом Fe2+. Содержание марганца в воде питьевого качества не должно превышать значений 0,1 мг/л.

Последствия превышения содержания марганца в воде - образование трудно выводимых темно-коричневых или черных пятен на поверхности оборудования, накопление отложений в трубопроводах.

Жесткость

Жесткость воды в природных водах обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.