Классификация природных вод

Министерство  образования и науки

ФГБОУ ВПО

Северо-Кавказский государственный технический университет

Кафедра технологии переработки нефти и промышленной экологии

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Химия окружающей среды».

На тему: «Классификация природных вод».

 

Автор работы:

Желябовская Н. Г.

3 курс, группа  ООС-091

Руководитель  работы:

Смольникова В. В.

 

 

 

Ставрополь, 2012

Содержание:

 

Дисперсные  системы 2

Системы классификации 2

Классификация С.А. Щукарева 3

Классификация Л.А. Кульского 3

Классификация О.А. Алёкина 6

Классификация А.И. Перельмана 7

 

 

Дисперсные системы

 

Природная вода – сложная  дисперсная система, содержащая множество  разнообразных минеральных и  органических примесей. Дисперсная система  состоит из мелких частиц вещества, распределенного в другом веществе (среде). Система называется гомогенной, если внутри нее нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части  системы, различающиеся по свойствам.

 Гетерогенные системы  – системы, внутри которых  есть такие поверхности раздела.  Гомогенная система – однофазная, гетерогенная – состоит из  не менее двух фаз. При размере  частиц примесей воды меньше 10-3 мкм – это гомогенная система  (однофазная из двух или более  индивидуальных веществ). Если размер  частиц ≥10-3 мкм, то примеси  образуют с водой гетерогенную (неоднородную многофазную) систему.  Истинные растворы, где примеси  находятся в молекулярно-растворенном  виде или в виде ионов, –  это гомогенные системы. Гетерогенные  системы – коллоиды (размер частиц: 10-2–10-1 мкм) или суспензии (частицы  >10-1 мкм). Суспензии могут быть  представлены взвесями, эмульсиями, пенами (частный случай эмульсий).  

 

Системы классификации

 

Вода – один из лучших растворителей. Изначально в Мировом  океане были, в той или иной степени, растворены все вещества Земли. И  это растворение продолжается: количество поровых вод илов и горных пород  составляет около 19% всей гидросферы.

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

Однако чем более детально разрабатывалась классификация  вод, тем больше исследователи удалялись  от желаемой краткости и ясности  в определении качества воды. Оказалось  невозможным оценить пригодность  воды для питьевых, технических, других целей только на основе предложенных универсальных индексов воды. По-прежнему качество воды, пригодность ее для  использования оценивается по комплексу  показателей, и нужно признать, что  такой подход дает лишь приблизительное  знание о качестве воды. Этим, в частности, можно объяснить большое (до нескольких десятков) количество нормируемых показателей  для каждого из возможных применений. Говорить о качестве воды имеет смысл  лишь в связи с конкретной областью ее дальнейшего использования.

К настоящему времени создано  несколько десятков классификационных  систем, рассматривающих большей  частью подземные воды и служащих основой для понимания взглядов авторов на генезис подземных  вод, на то, какие составляющие подземных  вод и вообще природных вод  главные или более важные. Почти  все они создавались гидрогеологами и отражают их пристрастия.

Для водоподготовки эти системы  имеют опосредованное значение –  для сравнительного анализа разных вод в основном в учебных и статистических целях.

Сегодня наиболее употребительны классификационные системы С.А. Щукарева, О.А. Алёкина и Л.А. Кульского. Ниже рассмотрены также системы А.И. Перельмана и фирмы Rohm & Haas («Ром и Хаас», США).

Классификация С.А. Щукарева

 

Классификация основана на принципе преобладания одного или нескольких из трех главных катионов (Na+, Ca2+, Mg2+) и трех главных анионов (Cl-, SО4 2-, HCO3 -). Вода относится к тому или другому классу в зависимости от содержания упомянутых ионов в количестве, превышающем 25%-экв. (суммы процент-эквивалентов анионов и катионов в отдельности принимают за 100).

Комбинируя типы вод по содержанию катионов, получают 49 классов  вод. Например, вода может называться гидрокарбонатной натриево-кальциевой или сульфатногидрокарбонатной кальциевой. По общей минерализации каждый класс разделен на группы: А – менее 1,5 г/л; В – от 1,5 до 10 г/л; С – от 10 до 40 г/л и D – более 40 г/л. Классификация Щукарева очень проста и удобна для сопоставления различных по химическому составу вод, но громоздка (49 классов, 4 группы). Кроме того, деление на классы носит формальный характер, вследствие чего часть классов – нереальная. 

Классификация Л.А. Кульского

 

Практический интерес  представляет фазово-дисперсная классификация  примесей воды, разработанная Л.А. Кульским (табл. 1.2). Для задач, связанных с очисткой воды, эта классификация полезна тем, что, определив фазоводисперсное 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.

Методы обработки воды, определенные Л.А. Кульским на основе фазово-дисперсного анализа примесей воды, описаны ниже (предложения Кульского дополнены А. Ашировым – V и VI группы). Часть перечисленных методов применяется в специальных промышленных системах и не применяется в коммунальном и энергетическом водоснабжении.

Группа I. Воздействие на взвеси (например, седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование, центробежная сепарация в гидроциклонах, флотация, фильтрование на медленных фильтрах и на скорых фильтрах по безнапорной схеме и др.).

Группа II. Воздействие на коллоидные примеси, в том числе высокомолекулярные соединения и вирусы: коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция, электроискровой (разрядный) метод, биохимический распад, адсорбция на высокодисперсных материалах, в том числе глинистых минералах, ионитах, окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетовым,  излучением, потоками нейтронов и др., ультразвуковая обработка, обработка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и др.).

Группа III. Воздействие на растворенные органические вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путем аэрирования, термической и вакуумной отгонки, адсорбция на активных углях, природных и синтетических ионитах и других высокопористых материалах, экстракция не смешивающимися с водой органическими растворителями, эвапорация (азеотропная отгонка, пароциркуляция), пенная флотация, ректификация, окисление (жидкофазное, радиационное, электрохимическое, биологическое, парофазное, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).

Таблица 1.2

Классификация вод по фазово-дисперсному  состоянию примесей

 

 

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

Группа V. Воздействие на воду: дистилляция, вымораживание, экстракция кристаллогидратами или смешивающимися с водой органическими растворителями, магнитная обработка, обратный осмос, напорная фильтрация.

Группа VI. Воздействие на водную систему в целом: закачка  в подземные горизонты, в глубины  морей, захоронение, сжигание. Эти методы применяются только в том случае, если методы первых пяти групп экономически неприемлемы.

Классификация фирмы Rohm & Haas («Ром и Хаас»), США

Классификация вод по материалам фирмы Rohm & Haas подобна классификации Кульского, но дополнительно содержит полезные сведения – табл. 1.3. (Цит. по: В.А. Кишневский). 

Таблица 1.3

Классификация примесей вод  по силам, удерживающим их в воде, и  методы их удаления 

Классификация О.А. Алёкина

 

Классификация О.А. Алёкина с поправкой Е.В. Посохова и Ж.С. Сыдыкова сочетает принципы деления вод по преобладающим ионам и по соотношению между ними. Все воды делятся на три класса по преобладающему аниону: гидрокарбонатные (карбонатные), сульфатные и хлоридные. Внутри каждого класса выделяют три группы по преобладанию одного из катионов: кальций, магний, натрий (или натрий + калий).

Классификация А.И. Перельмана

 

Определенный интерес  представляет классификация А.И. Перельмана, выделившего шесть главных таксонов, каждый из которых определяется на основе особого критерия:

группа – температура; 

тип – окислительно-восстановительные условия;

класс – щелочно-кислотные  условия;

семейство – общая минерализация;

род – растворенное органическое вещество;

вид – ведущие катионы и анионы (кроме Н+ и ОН-).

В этой классификации, в отличие  от многих других, в том числе  описанных классификаций Щукарева и Алёкина, учитываются температура, органические вещества, газы. А.И. Перельман предложил также изображать воду в виде шестизначного числа – по количеству таксонов и разновидностей, которых в каждом таксоне – не более девяти.