Водопроводная вода

ПОДГОТОВКА ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ

Подготовка водопроводной воды обычно включает пять стадий: механическую фильтрацию, отстаивание, фильтрацию через слой песка, аэрацию и стерилизацию (рис.6).

После механической фильтрации через решетку воде дают отстояться в больших отстойниках, где из нее осаждаются частицы песка и другие мелкие частицы. Для удаления очень мелких частиц воду сначала делают слегка основной, добавляя в нее СаО, а затем добавляют Аl2(SО4)3-При реакции сульфата алюминия с ионами ОНобразуется пористый желатинообразный осадок Аl(ОН)3. Этот осадок медленно осаждается, захватывая с собой взвешенные в воде частицы, благодаря чему из нее удаляются практически все тонкоизмельченные вещества и большая часть бактерий. Затем воду профильтровывают через слой песка. После фильтрации воду иногда разбрызгивают в воздухе, чтобы ускорить окисление растворенных в ней органических веществ. 

Рис. 6. Стадии подготовки питьевой водопроводной воды.

На последней стадии подготовки воду обычно обрабатывают каким-либо химическим веществом для уничтожения бактерий. Наиболее эффективен в этом отношении озон О3, но его приходится вырабатывать в том месте, где он используется. По этой причине более удобен хлор С12. Хлор поставляют к месту потребления в сжиженном виде в цистернах, а затем распределяют его через измерительное устройство непосредственно в водопроводную сеть. Расход хлора зависит от присутствия в воде других веществ, с которыми хлор может реагировать, а также от концентрации подлежащих удалению бактерий и вирусов. Стерилизующее действие хлора, по-видимому, обусловлено не самим Сl2, а хлорноватистой кислотой HOCl, образующейся в результате реакции хлора с водой:
С12(водн.) + Н2О(ж.) = НОСl (водн.) + Н+(водн.) + Сl(водн.)

Хотя хлор используется для стерилизации воды долгие годы, не оказывая заметного вредного воздействия на здоровье людей, пользующихся такой водой, недавно обнаружено, что он все же может наносить некоторый вред здоровью. При исследовании источников воды в ряде американских городов было обнаружено наличие в них незначительных количеств хлороформа СНС13 было обнаружено наличие в них небольшого количества хлороформа CHCl3 и четыреххлористого углерода СС14. Эти вещества обладают токсическим действием. Хотя уровень их содержания в водопроводной воде чрезвычайно низок, не исключена возможность, что долговременное потребление воды, содержащей эти вещества, может приводить к заболеваниям печени и почек. Эти вещества образуются в результате реакций молекул органических загрязнителей воды с хлором при стерилизации воды.

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ

Описанная выше подготовка питьевой воды обеспечивает удаление из нее всех веществ, потенциально опасных для здоровья. Но иногда воду приходится подвергать еще дополнительной обработке, чтобы снизить в ней концентрацию ионов Са2+ и Mg2+, которые вызывают жесткость воды. Эти ионы реагируют с мылами, образуя нерастворимые вещества. Хотя при их взаимодействии с синтетическими моющими средствами не образуется нерастворимых осадков, указанные ионы неблагоприятно сказываются на эффективности действия синтетических моющих средств. Кроме того, при нагревании воды, содержащей ионы Са2+ и Mg2+, в водонагревательных устройствах образуются минеральные отложения (накипь). При нагревании воды, содержащей Са2+ и бикарбонат-ионы, из нее выделяется часть диоксида углерода. В результате этого происходит повышение рН воды и образование нерастворимого карбоната кальция:
нагревание
Са2+(водн.) + 2НСО3> СаСО3(тв.) + СО2(г.) + Н2О(ж.)

Твердый СаСО3 покрывает поверхность водонагревательных систем и внутренние стенки чайников, что снижает их нагревательную способность. Особенно много накипи откладывается на стенках бойлеров, где вода нагревается под давлением в трубках, обвивающих печь. Образование накипи снижает эффективность теплопередачи и может привести к плавлению трубок.

Вода не всех источников питьевой воды требует умягчения. Обычно это необходимо для воды из подземных источников, где она достаточно долго соприкасается с известняком (СаСО3) и другими минералами, содержащими ионы Са2+, Mg2+ и Fe2+. Для крупномасштабного умягчения водопроводной воды применяют известково-содовый процесс. В этом процессе воду обрабатывают негашеной известью СаО или гашеной известью Са(ОН)2 и содой NaНСO3. Эти вещества вызывают осаждение кальция в виде СаСО3 и магния в виде Mg(OH). Роль Na2CO3 заключается в повышении рН воды и, если необходимо, в обеспечении ее ионами СО3-. Если вода уже содержит бикарбонат-ион в высокой концентрации, кальций можно удалить из нее в виде СаСО3 просто путем повышения рН в результате добавления Са(ОН)2: Са2+(водн.) + 2НСО3(водн.) + [Са2+(водн.) + 2ОН-(водн.)] = 2СаСО3(тв.) + 2Н2О(ж.)

Количество добавляемой негашеной извести зависит только от содержания бикарбоната: 1 моль Са(ОН)2 в расчете на каждые 2 моля HCO3-. В отсутствие бикарбоната добавление Na2CO3 вызывает удаление из воды ионов Са2+ в виде СаСО3. Сильно основной карбонат-ион также способствует повышению рН до значения, при котором происходит осаждение Mg(OH)2:
Мg2+(водн.) + 2СО3(водн.) + 2Н2О(ж.) = 2HCO3(водн.) + Mg(OH)2(тв.)

При проведении известково-содового процесса возникают две трудности: во-первых, большая продолжительность образования осадков СаСО3 и Mg(OH)2 и недостаточно хорошее их осаждение, во-вторых, слишком высокое рН полученной таким образом воды. Обычно для удаления осадков в воду добавляют квасцы Al2(SO4)3. В основном растворе ион А13+ образует желатинообразный осадок А1(ОН)3, при осаждении из раствора уносящий с собой тонкоизмельченные частицы твердых веществ. Чтобы предотвратить последующее осаждение оставшихся в воде Mg(OH)2 и СаСО3, через нее продувают СО2. Это позволяет снизить рН воды приблизительно до 8 и тем самым приостановить дальнейшее осаждение.

О.В.Мосин