21.2.3. Методы очистки и обработки воды

Для правильного и эффективного использования воды необходимо знать степень ее чистоты, способы получения воды требуемого качества, способы обработки сточных вод.

21.2.3.1. Очистка воды в природе

В естественных природных условиях водоемы самоочищаются. Очистка воды в природе происходит в три стадии.

1. Первый и основной способ очистки – дистилляция. Процесс испарения и конденсации воды (постоянно повторяющийся) приводит к тому, что из воды удаляются все примеси, кроме газообразных. В результате природа создает огромные количества пресной воды даже из самых загрязненных вод.

Важно, что процесс испарения и последующей конденсации обычно происходят не в одном месте, т.к. скорость испарения максимальна в тропиках, а конденсация происходит главным образом в умеренных широтах. В целом круговорот воды в природе приводит к охлаждению жарких зон

(Н_исп > 0) и нагреванию умеренных (Н_конд < 0).

1.1.Очистка воды происходит также в результате чередующихся процессов замерзания и оттаивания, в результате чего образуются ледники и айсберги – источники пресной воды.

2. Следующая стадия очистки воды (вторичная очистка) происходит под действием бактерий. Загрязненная дождевая вода растворяет как неорганические, так и органические вещества – результат жизнедеятельности организмов. Под верхним слоем почвы находятся бактерии, превращающие растворенные в воде органические вещества в более простые соединения – углекислый газ, воду. Однако эта стадия должна быть достаточно долгой.

3. Последняя стадия очистки – фильтрация через гравий, песок, скальные породы. На этой стадии удаляются все взвешенные вещества.

При определенных условиях вода в природе очищается достаточно хорошо. Но при перегрузке природные системы не всегда эффективно справляются с этой задачей.

21.2.3.2. Жесткость воды и способы ее устранения

Дождевая вода, как правило, имеет слабокислые свойства (рН  6,2). При фильтрации через породы, содержащие ионы кальция (Са²⁺), магния (Mg²⁺) и железа (Fe²⁺, Fe³⁺) происходит частичное растворение пород, и это приводит не к очистке воды, а добавлению к ней новых примесей. В этом случае вода может содержать слишком большое количество солей. Большим содержанием этих солей отличаются подземные воды.

Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленная повышенным содержанием в воде катионов кальция (Са²⁺), магния (Mg²⁺) и железа.

Если концентрация этих ионов велика, то вода называется жесткой, если мала – мягкой. Жесткая вода мешает мылу проявлять его моющие свойства, за счет образования нерастворимых кальциевых солей высших жирных кислот (см. тему 16). Эти соли можно заметить в виде хлопьев, налета на раковинах и ваннах, кроме того этот налет оседает на одежде, коже, волосах. Пенообразующая способность поверхностно-активных веществ в жесткой воде снижена. Необходимо использовать специальные марки пенообразователей.

В жесткой воде хуже развариваются пищевые продукты, теряется вкус чая. При большом содержании ионов магния (например, в морской воде) вода приобретает горьковатый вкус.

Жесткая вода непригодна для использования в паровых котлах; оседающий на стенках слой накипи плохо проводит тепло, что вызывает перерасход топлива, перегрев котлов и может вызвать аварийную ситуацию. Такая вода вредна и для металлических конструкций.

Различают постоянную и временную жесткость воды.

Таблица 21.6.

Жесткость воды

Карбонатная (временная)	Некарбонатная (постоянная)
Обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2.	Обусловлен наличием растворенных в воде хлоридов и сульфатов кальция, магнии и железа. CаCl2, CaSO4, MgCl2, FeSO4.
Устранение жесткости
1. Устраняется кипячением (именно поэтому называется временной): t0 Са(НСО3)2  СаСО3 +Н2О+СО2 2. Добавлением гидроксида кальция (гашеной извести):	1. Добавлением соды: СаCl2 +Na2CO3 СаСО3 +2NaCl MgSО4 +Na2CO3 СаСО3 +Na2SO4 При кипячении эти соли не удаляются (отсюда название – постоянная жесткость).
Са(НСО3)2 +Са(ОН)2 2СаСО3 +2Н2О 3. Добавлением соды: Са(НСО3)2 +Na2CO3 СаСО3 +2NaНCO3