Урок 12
Введение
В предыдущих уроках мы попытались четко и сжато охватить основы в сфере обработки воды. Цель этого курса не состояла в исчерпывающем рассмотрении предмета, но скорее в том, чтобы представить большую часть фактов, необходимых для понимания очистки воды на месте.
Самые важные моменты — которые должны быть на подхвате — это те, которые рассматриваются в этом 12-ом и последнем уроке курса «Основы обработки воды». То, что некоторые моменты выпущены, однако, не говорит о том, что они не важны. Цель этого урока — сделать ударение на важных моментах.
12 Общий обзор
Чистая вода
Термину «чистая вода» в чем-то недостает точного значения. В абсолютном смысле не существует воды, содержащей исключительно молекулы Н2O. Для широкой публики «чистая вода», без сомнения, означает воду, которая безопасна и вкусна... у нее приятный вкус, запах и вид. Для бактериолога чистая вода значит стерильную жидкость, не содержащую живых организмов. Для химика вода является чистой, если она не содержит минералов, газовых или органических примесей. Очевидно, что вода, подходящая под критерии чистоты бактериолога или химика, может быть только в лабораториях и даже там только в идеальных условиях.
Большая часть существующей воды содержит примеси в широком диапазоне комбинаций и количеств. Термин «удаление» в этом тексте значит существенное снижение или достаточную степень удаления конкретных примесей или загрязнителей.
Приемлемые уровни разных загрязнителей
В своих Первичных и вторичных правилах чистоты питьевой воды Агентства США по защите окружающей среды указаны максимальные уровни содержания примесей в воде. Хотя правила Агентства США по защите окружающей среды указывают конкретные лимиты присутствия загрязнителей, более общими требованиями к воде могут считаться следующие:
1. Она не должна содержать организмы, выделяющие жир.
2. Она должна быть бесцветной и не мутной.
3. Она должна быть мягкой, в разумных пределах.
4. Она должна иметь хороший вкус, не иметь запаха и, желательно, быть прохладной.
5. Она не должна содержать нежелательные газы, такие как сероводород, и нежелательные минералы, такие как железо и марганец.
6. Она не должна образовывать отложения и не должна быть едкой.
Примеси и загрязнители в воде
Воду часто описывают как «универсальный растворитель». Благодаря своему растворяющему эффекту, она вбирает или растворяет небольшие количества металлов, камня и минералов, газов, пыли и многочисленных прочих неорганических и органических веществ, с которыми она соприкасается. Кроме того, вода является прекрасной средой для бесчисленных организмов, некоторые из которых являются вредными для человека.
Как вода собирает загрязнители
Вода движется по непрерывному циклу от неба к земле и обратно к небу. Этот никогда не прекращающийся процесс известен как круговорот воды в природе. Когда миллионы частичек пара комбинируются в атмосфере, они превращаются в капли влаги. По мере увеличения в размере эти капли в конечном итоге становятся настолько тяжелыми, что падают на землю в виде дождя, снега, дождя со снегом или града. В сбалансированном природном цикле все эти осадки раньше или позже снова попадают в атмосферу в процессе испарения.
Фактически, приблизительно 70 процентов всех осадков быстро возвращается в атмосферу. На самом деле, даже в процессе выпадения влаги солнце приводит к частичному испарению. Оно также извлекает влагу из верхнего слоя почвы, поверхностных стоков, ручьев, озер, океанов и из листьев благодаря процессу транспирации. Лишь приблизительно 30 процентов всех осадков просачивается в грунт или становится частью океанов, рек и озер. Влага, выпадающая на землю, имеет очищающий эффект для атмосферы около поверхности земли и для самой земли. Но даже дождь содержит значительные количества материала, такого как газы, пыль, органические вещества и различные минералы. Поскольку очищающее действие воды продолжается после достижения ею земли и просачивания в землю, вода приобретает дополнительные количества жестких минералов в дополнение к глине, илу и разложившимся останкам животных и растений.
Поверхностные и грунтовые воды
Грунтовые воды
При большинстве условий грунтовые воды содержат более высокие уровни растворенных минералов, чем поверхностные воды. Но по мере просачивания воды сквозь песок, камень и глиняные пласты она теряет большую часть взвешенных веществ, цвета и бактериальных загрязнителей, которые она впитала на поверхности земли. Таким образом, глубокие скважины, скорей всего, будут иметь чистую и бесцветную воду, имеющую низкое содержание бактерий и высокое содержание минералов. Минеральные ключи также вытекают из грунтовой воды и, обычно, содержат большое количество растворенных минералов.
Основные соображения при использовании грунтовых вод включают:
1. Присутствие жестких ионов и прочих минералов, как правило, в больших количествах, чем в поверхностных водах в той же самой местности.
2. Железо и марганец во многих скважинах.
3. Иногда присутствует сероводород.
4. Стоимость перекачки скважинных вод обычно выше, чем перекачки поверхностных вод.
5. Содержание минералов в воде из нескольких скважин может сильно различаться, даже если скважины расположены близко друг от друга.
6. Количество такой воды неопределенно.
7. Вероятность бактериального загрязнения ниже по сравнению с поверхностными водами.
8. Как правило, температура и состав этой воды более постоянны, чем температура и состав поверхностных вод.
Поверхностные воды
Мы классифицируем озера, реки, резервуары и пруды, например, как поверхностные воды. Эти объекты получают воду непосредственно от осадков и поверхностных стоков. Часть воды в них происходит из подземных источников, соединенных с источниками грунтовых вод.
Хотя, как правило, в поверхностных водах содержится меньшее количество минералов, есть также определенные минусы, которые следует учитывать:
1. Присутствие большего количества примесей и загрязнителей канализационного типа, что делает воду непригодной для употребления человеком до надлежащей обработки.
2. Промышленное и муниципальное загрязнение многих источников.
3. Поверхностные стоки приносят в воду грязь и разлагающиеся растения.
4. Возможность присутствия экскрементов животноводства и людей в воде.
5. Потенциально благоприятная среда для грибка и бактерий.
Независимо от минерального и органического состава источника воды, каждый сезон как глубокие скважины, так и большие озера являются источниками воды более-менее постоянного качества. В отличие от этого, многие малые озера, неглубокие скважины и источники часто имеют сезонные, и даже дневные вариации содержания минералов.
Давайте теперь рассмотрим загрязнение воды минералами.
Вариации качества воды из разных
источников
Для понимания этих вариаций необходимо знать кое-что о химии воды.
Находясь в атмосфере водный пар приближен к пару дистиллированной воды. Он свободен от примесей и остатков до тех пор, пока остается в подвешенном состоянии. Когда водный пар конденсируется в достаточной степени, чтобы выпасть на землю, он приходит в соприкосновение с газами в окружающем воздухе — преимущественно с двуокисью углерода, азотом и кислородом, а также с возможными промышленными газообразными выбросами. При выпадении влага впитывает атмосферные газы, потому что они частично растворимы в воде. Атмосферная пыль также может содержать частички двуокиси кремния, оксидов железа, минералы и прочий материал вместе с пыльцой и некоторыми микроорганизмами.
Если мы составим химическую диаграмму того, как вода растворяет какую-то часть двуокиси углерода в воде, она будет выглядеть так:
Вода растворяет и вбирает двуокись углерода с образованием угольной кислоты
Обычно, когда такая вода достигает поверхности земли, она слегка кислотная, едкая и относительно мягкая. Здесь она может впитать дополнительное количество двуокиси углерода из разлагающихся остатков растений. После такой природной обработки вода приобретает еще большую возможность
растворять минералы и прочие примеси на поверхности земли или ниже. Если вода, теперь являющаяся слегка кислотной, имеет возможность просочиться в грунт и пройти сквозь слой известняка, кислотность в этом процессе будет нейтрализована и вода становится все более минерализованной.
Химическая диаграмма может быть такой:
Угольная кислота вступает в реакцию с нерастворимым карбонатом кальция с образованием растворимого бикарбоната кальция
Известняк, обычная геологическая формация, содержит различные количества карбонатов кальция и магния. Это невидимые жесткие минералы, которые встречаются в таком большом количестве источников. Базовая реакция, показанная на вышеприведенной диаграмме действительна для обоих минералов.
Железо и марганец обнаруживаются в источниках воды реже. Но опять же, их базовая химическая реакция в воде является похожей. Поскольку она является растворителем, вода также вбирает легко растворимые хлориды, сульфаты и нитраты кальция и магния. Подобным образом она растворяет соединения карбоната, бикарбоната, хлорида, сульфата и нитрата натрия, а также определенное количество диоксида кремния. Очевидно, что по мере растворения в воде этих различных минералов происходят изменения. Некоторые из таких изменений по своей природе являются физическими, другие — химическими.
Физические изменения
Если вы разобьете камень на какое-то количество частей, вы вызовете физические изменения. Превращение воды в эфирный лед или пар не является настолько очевидным физическим изменением, потому что здесь, кажется, происходит изменение качеств вещества.
Следует помнить: Когда происходит физическое изменение, структура молекул не изменяется.
В случае воды единственным различием между твердой, жидкой и парообразной формами является следующее: молекулы льда не имеют свободы. Они только вибрируют в кристалле. Молекулы в жидкой форме свободно перемещаются в пределах контейнера ограниченные гравитацией. Молекулы пара полностью свободны в перемещении в пределах контейнера. На них, по сути, не влияет гравитация.
Химические изменения
Химические изменения происходят, когда в результате химической реакции формируются новые молекулы. Например, когда натрий (металл) взаимодействует с хлором (газ) получается обычная соль. Молекулы соли не похожи на молекулы эфира натрия или хлора. Таким образом, произошло химическое изменение.
Перед тем, как идти дальше, вашему вниманию предлагаются некоторые определения, с которыми мы все должны быть знакомы.
Элемент
Элемент — это вещество, которое нельзя химически разложить на еще более базовое вещество. Хотя лишь немногие элементы существуют в элементарной форме в природе, химики обнаружили и изолировали более 100 таких веществ, из которых построена Вселенная.
Атом
Атом — это наименьшая возможная единица элемента. Он состоит из ядра, включающего нейтроны и протоны. Каждый протон имеет положительный заряд. Вокруг этого ядра есть один или более электронов. Они, в свою очередь, имеют негативный заряд. Сумма положительных зарядов в атоме равна сумме отрицательных зарядов. Иными словами, число электронов равно числу протонов, и атом является нейтральной частицей.
Молекула
Молекула может состоять из одного или более атомов. В некоторых случаях, например, элементарная сера, молекула элемента может состоять из одного атома. В других случаях два идентичных атома элемента формируют молекулу (Сl2). В случае соединений молекулы состоят из двух или более различных атомов, поскольку молекулы в соединении являются результатом соединения атомов двух или более различных элементов.
В результате химического процесса атомы или молекулы теряют или приобретают электроны. Когда это происходит, они превращаются в ионы.
Ион
Ион — это электрически заряженный атом или молекула. У него есть электрический заряд в результате приобретения или потери одного или более электронов, окружающих ядро атома. Несколько ионов могут объединяться в группу, заряд которой является суммой положительных и отрицательных зарядов индивидуальных ионов в группе. Большинство атомов имеют сильную склонность к ионизации (т.е. превращению в ионы). Почему? Кажется, что они стремятся потерять или приобрести электроны, чтобы достигнуть того же типа атомной структуры, которой обладают инертные газы. Все эти инертные газы, заисключением гелия, имеют восемь электронов на своей внешней орбите, что дает им замечательную стабильность.
Валентность
Валентность иона — это заряд, возникший в результате неодинакового количества электронов и протонов. Валентность — это малое целое число, такое как 1 или 2 или 3, и она может быть положительной или отрицательной. Валентность выражает комбинаторную способность иона с другими ионами. Чтобы получилось соединение, сумма отрицательных валентностей должна быть равной сумме положительных валентностей. Таким образом, два иона водорода (каждый с единичным положительным зарядом) комбинируются с одним ионом кислорода (имеющим заряд минус 2) для образования Н20 или воды.
По мере потери или приобретения электронов элементами или соединениями, происходит окисление-восстановление.
Окисление и восстановление
В широком смысле окисление атома или иона означает увеличение положительной валентности или уменьшение отрицательной валентности. Восстановление имеет в точности противоположный смысл — уменьшение положительной валентности или увеличение отрицательной валентности. На следующей диаграмме показано, что происходит в процессе:
Окисление:
Двухвалентное железо минус 1 электрон образовывает трехвалентное железо
Восстановление:
Хлор плюс два электрона образует два иона хлора
Как мы увидели в процессе растворения, многие элементы или соединения распадаются на два или более ионов, которые теоретически свободно перемещаются как независимые частицы. Слово «ион» происходит из греческого языка, где оно имело значение «бродить». Помните, ионы отличаются от молекул или атомов только тем, что они не являются нейтральными частицами. У них положительный или отрицательный заряд. В водной химии, если ион имеет положительный заряд, он называется катионом. Если заряд отрицательный, такой ион называют анионом. В воде общая сумма всех положительных зарядов (катионов) равняется сумме всех отрицательных зарядов (анионов).
Ниже приводятся некоторые распространенные катионы и анионы, знакомые в водообрабатывающей индустрии:
| КАТИОНЫ |
АНИОНЫ |
||
| Водород |
+1 |
Гидроксид |
-1 |
| Натрий |
+1 |
Хлорид |
-1 |
| Кальций |
+2 |
Бикарбонат |
-1 |
| Магний |
+2 |
Карбонат |
-2 |
| Алюминий |
+3 |
Сульфат |
-2 |
| Двухвалентное железо |
+2 |
Нитрат |
-1 |
| Трехвалентное железо |
+3 |
Фосфат |
-3 |
| Марганец |
+2, +4, +7 |
Кислоты, основания и соли
Кислоты можно определить как соединения, которые высвобождают ионы водорода (Н+) в растворе. В общем, они имеют (1) более-менее кислый вкус; (2) они меняют цвет индикаторов (например, лакмусовая бумага становится красной); и (3) они вступают в реакцию с основаниями с образованием соли и воды.
Однако, в дополнение к их общим свойствам кислоты имеют другие свойства, которые могут широко варьироваться. Эти особенные свойства каждой кислоты связаны с присутствующим анионом и недиссоциированными молекулами. Таким образом, молекулы различных кислот способны высвобождать различное количество свободных ионов водорода в растворе.
Примеры высвобождения ионов водорода (Н+) в растворе:
Основания — это вещества, содержащие (ОН-) ионы. Примерами являются гидроксид натрия (NaOH) и гидроксид аммония (NH4OH). Эти гидроксиды ионизируются следующим образом:
Существует очень большое количество оснований. Обычно их растворы (1) имеют скорее горький, чем кислый вкус; (2) на ощупь скользкие; и (3) обращают назад цветовые изменения, которые производят кислоты в индикаторах (например, основания делают лакмусовую бумагу синего цвета.
Как и в случае кислот, каждое основание имеет свои индивидуальные свойства. В каждом соединении они связаны с присутствующим катионом и неионизированными молекулами основания. Как и в случае с кислотами, основания имеют различные степени ионизации. Основания, которые ионизируются в незначительной степени, являются слабыми.
Сильные кислоты и основания разделяются на ионы и остаются в разделенном состоянии. Об этом свидетельствует единичная стрелка, показывающая в одном направлении, но свободные ионы также постоянно рекомбинируются, формируя молекулы. В какой-либо момент времени только часть кислоты или основания присутствует в виде ионов. Этот процесс равновесия показан стрелками, указывающими
в обоих направлениях.
Соли формируются из иона металла (положительно заряженного) и иона не металла (отрицательно заряженного). Соли бывают трех видов. Они классифицируются как нормальные, кислотные и основные. Соль — это соединение, образующееся в результате соединения катионов любого основания и анионов любой кислоты. Соли не имеют характеристик каких-либо ионов, хотя почти все они сильно ионизированы. Что касается их растворимости, она меняется в широких пределах. Одни растворяются в объеме менее одного миллиграмма на литр. Другие растворяются в объеме воды, масса которого значительно меньше их собственной массы.
Никакое обсуждение химии кондиционирования воды не будет полным без рассмотрения термина pH.
pH
pH показывает интенсивность воды с точки зрения щелочности или кислотности. Активность кислоты или щелочи измеряется по шкале от 0 до 14. Семь, средняя точка, показывает нейтральную воду, не кислотную и не щелочную. Значения pH выше 7 показывают щелочные растворы, щелочность которых увеличивается по мере возрастания числа. Значения pH ниже 7 показывают кислотные растворы, кислотность которых увеличивается по мере уменьшения числа.
Рассматривая pH, следует помнить о двух важных моментах:
1. Это мера интенсивности, не количества. Как термометр, который говорит вам о том, насколько холодно в помещении, а не о том, сколько теплого воздуха необходимо для того, чтобы нагреть его.
2. Это экспоненциальная функция. pH 10 в десять раз более щелочная, чем рН9, и в сто раз более щелочная, чем рН8. Подобным же образом, рН2 в сто раз более кислотная, чем рН4 и в тысячу раз более кислотная, чем рН5.
Теперь давайте рассмотрим конкретные проблемы воды и то, как водообрабатывающая отрасль может решить их в месте использования.
Проблемы воды
Наиболее часто встречающаяся проблема воды — это жесткость.
Снижение или устранение жесткости
В воде находятся ионы кальция и магния:
Карбонат кальция
Бикарбонат кальция
Сульфат кальция
Хлорид кальция
Карбонат магния
Бикарбонат магния
Сульфат магния
Хлорид магния
Классификация жесткости
Жесткость воды можно измерять в грейнах на галлон (gpg). Другими единицами измерения являются частицы на миллион (ppm) или миллиграммы на литр (мг/л). Поскольку по определению литр воды весит миллион миллиграмм, миллиграмм на литр является тем же, что частица на миллион. Вот что анализ в грейнах на галлон или частицах на миллион означает для вас согласно Министерству внутренних дел США и Ассоциации по качеству воды:
| Грейны на галлон ( gpg ) |
Миллиграммы на литр (мг/л) Частицы на миллион (ppm) |
|
| Менее 1,0 |
Менее 17,1 |
Мягкая |
| От 1 до 3,5 |
От 17,1 до 60 |
Слегка жесткая |
| От 3,5 до 7,0 |
От 60 до 120 |
Умеренно жесткая |
| От 7,0 до 10,5 |
От 120 до 180 |
Жесткая |
| От 10,5 и больше |
От 180 и больше |
Очень жесткая |
Говоря в общем, вода со значением жесткости до 60 мг/л или ppm не требует умягчения. Если вода слегка или умеренно жесткая, многие люди не способны это почувствовать. Тем не менее, когда они переходят на мягкую воду, им становится заметным улучшение качества воды.
В областях, где вода очень жесткая, водопровод частично может смягчить весь проходящий объем воды. В результате вода содержит от 5 до 10 грейн на галлон или больше жестких минералов — она все еще остается жесткой или умеренно жесткой. В результате обработки установкой по умягчению воды получается вода, содержащая менее одного грейна жестких минералов на галлон. Одним из уникальных преимуществ умягчения воды на месте использования является возможность для хозяев пить либо жесткую, либо мягкую воду. Этот выбор не предоставляется, если вода умягчается муниципальными установками.
Один довольно запутанный состоит в том, что бикарбонат кальция, бикарбонат магния и любые другие жесткие соединения как таковые в такой воде не существуют. Что происходит? В воде соединения ионизируются, то есть, они превращаются в ионы с положительным или отрицательным зарядом. Например, бикарбонат кальция и бикарбонат магния в воде существуют как ионы кальция, ионы магния и ионы бикарбоната. Их существование в воде в виде бикарбоната кальция или бикарбоната магния просто обозначения на языке гипотетических комбинаций.
Гипотетические комбинации
Гипотетические комбинации — это очень полезный метод описания различных растворенных в воде металлов. Хотя минералы в воде существуют только в виде ионов, лабораторный техник, производящий анализ воды, вероятно, покажет их в виде гипотетических комбинаций как соединения. Это даст возможность химику подготовить образец воды с теми же химическими характеристиками, показанными в анализе.
Когда рассчитываются гипотетические комбинации, ионы комбинируются в порядке возрастания растворимости. Поскольку соединения кальция, как правило, менее растворимы, чем прочие соединения, кальций обычно находится в начале перечня катионов. Магний второй, натрий или калий последние.
Подобным образом, анионы рассчитываются в таком порядке: гидроксиды, карбонаты, бикарбонаты, сульфаты, хлориды и нитраты.
Примечание: Остатки элементов или соединений обычно не учитываются в таких расчетах. Железо, например, не будет включено за исключением случаев, когда оно присутствует в чрезвычайно высокой концентрации.
Поскольку все соединения, приведенные по их гипотетическим комбинациям в воде, имеют различный эквивалентный вес или, другими словами, уникальный вес на валентный заряд химической активности, их нельзя сводить вместе в сумму. Концентрация ионов различных минералов выражена в виде карбоната кальция (СаСO3) и количества СаСO3 которое представляет равные химические значения каждого соответствующего минерала или компонента для упрощения расчетов подобно тому, как мы конвертируем 1/3,14 и 1/6 в 4/12,3/12 и 2/12 соответственно для простоты суммирования и вычитания. Таблица эквивалентных весов для многих соединений, растворенных в воде, приведена в Уроке 4. Для того, чтобы выразить эквивалентный вес соединения любого минерала через карбонат кальция:
Устранение жесткости
Жесткость можно устранить из воды ионообменным умягчением, деионизацией, дистилляцией, обратным осмосом или обработкой известью и кальцинированной содой. Давайте кратко рассмотрим каждый процесс.
Ионообменные умягчители
Умягчение воды для бытовых нужд производится почти исключительно на ионообменном оборудовании.
Внутри умягчителя находится слой ионообменного материала (обычно, смола в виде круглых и овальных зерен). Материал смолы состоит из постоянных нерастворимых анионов, с которыми химически связаны катионы натрия.
Жесткая вода попадает в обменную колонну (бак умягчителя). По мере протекания сквозь нее жесткие катионы притягиваются к анионам обменного материала. В этом процессе жесткие минералы адсорбируются, и химически эквивалентное количество ионов натрия высвобождается в воду. Вкратце, безвредные ионы натрия заменили проблемные жесткие ионы.
В процессе умягчения ионный обмен происходит буквально миллиарды раз между материалом в обменной колонне и минералами в воде.
После того, как значительное количество жестких ионов прикрепляются к умягчающему материалу благодаря притяжению положительный и отрицательных зарядов, а большая часть ионов натрия высвобождена, установка больше не может умягчать воду. Она временно исчерпала свой ресурс, хотя в реальной практике небольшое количество ионов натрия остается на умягчающем материале после того, как установка исчерпала свой ресурс.
Если в этот момент не запущена какая-либо новая химическая реакция, поступающие жесткие ионы протекают нетронутыми через установку. Необходима перезарядка или регенерация. Теперь запускается обратный ионообменный процесс. В этом обратном процессе необходимо бомбардировать обменный материал первоначальным видом катионов в концентрированном растворе. Таким образом, преодолевается химическое сродство обменной установки с жесткими ионами.
Что происходит во всех примерах ионного обмена — это сбалансированный обмен ионами. Жесткие ионы не разрушаются. Они просто заменяются химически эквивалентным количеством ионов натрия. Когда установка проходит регенерацию, эти жесткие ионы смываются в дренажное отверстие, а к смоле притягиваются ионы натрия из соляного раствора.
Производятся два основных вида ионообменных умягчителей: имеющие полностью автоматические модели регенерации (контролируемые реле времени) и запускаемые в случае потребности (контролируемые счетчиком или сенсором).
Мощность ионообменного умягчителя
Количество галлонов мягкой воды, которое можно обработать между регенерациями, можно определить, разделив паспортную мощность умягчителя на жесткость воды в грейнах на галлон. Таким образом:
Деионизация
Процесс, используемый для удаления всех минералов из воды (в основном, в промышленных целях), называется деионизацией. В этом процессе вода обрабатывается двумя ионообменными слоями для удаления всех растворенных солей.
Когда вода проходит сквозь первый ионообменный слой, удаляются все положительные ионы, которые заменяются ионами водорода, а не ионами натрия, как при умягчении. По мере того, как положительные ионы в воде прикрепляются к обменному материалу, он высвобождает ионы водорода на химически эквивалентной основе. Теперь, из-за относительно высокой концентрации ионов водорода в частично обработанной воде раствор является чрезвычайно кислотным.
На этом этапе процесс деионизации наполовину завершен. Хотя положительные ионы были удалены, вода теперь содержит положительные ионы водорода и анионы, изначально находившиеся в необработанной воде. Теперь частично обработанная вода пропускается через вторую установку, содержащую слой анионного обмена. Этот второй обменный материал, как правило, состоит из сменных анионов гидроксила и фиксированных нерастворимых катионов. На этом этапе отрицательные ионы в растворе (анионы) адсорбируются материалом анионного обмена. Вместо них высвобождаются анионы гидроксила. В результате обработки в такой системе, состоящей из двух установок, получается деминерализованная вода. В ней все еще содержатся положительные ионы водорода, высвобожденные при первоначальном обмене, плюс, отрицательные ионы гидроксила, высвобожденные при втором обмене.
Что произошло с этими двумя ионами? Благодаря волшебству химии они комбинируются (положительные с отрицательными) с образованием НОН или молекул воды (Н2O), которые не отличаются от воды, в которой они возникли.
Оборудование, используемое в процессе деионизации, может быть нескольких типов. Есть установки как со многими, так и с одним слоем. Установки со многими слоями имеют пары баков, один для катионного слоя, другой — для анионного. Установки с одним слоем включает как катионные, так и анионные обменники, смешанные в одном баке. Таким образом, гранулированная ионообменная смола (как катионного, так и анионного типа), как отмечалось выше, смешана. Это предоставляет миллионы возможностей для катионного и анионного обмена в одной установке, производящей чрезвычайно высококачественную деионизированную воду. В деионизаторе этого типа два вида смолы (катионная и анионная) должны быть разделены перед регенерацией, а затем снова смешаны перед использованием в процессе деионизации воды. На 40% меньшая масса, типичная для смол анионного обмена, облегчает их отделение от катионных смол. Иногда концентрированный соляной раствор используется для разделения, потому, что анионные смолы обладают плавучестью в соляном растворе, тогда как катионные смолы тонут. Как и в системе с двумя отдельными слоями, слой катионного обмена регенерируется при помощи кислоты с целью замены высвобожденных ионов водорода. В то же время слой анионного обмена регенерируется при помощи каустической соды с целью замены высвобожденных ионов гидроксила.
Дистилляция
Попытки получить воду с очень слабой проводимостью при помощи нескольких этапов дистилляции оказались чрезвычайно сложными и требующими сложного оборудования.
Обработка кальцинированной содой
Жесткость воды можно уменьшить при помощи обработки кальцинированной содой. Этот конкретный метод устранения жесткости воды иногда используется муниципальными установками по очистке воды для уменьшения содержания кальция и магния в воде. Хотя этот метод довольно эффективно уменьшает жесткость воды, это не полная обработка по устранению жесткости.
Часто, если у города есть источник сырой воды, где вода имеет от 35 до 40 грейн, местная система водоснабжения будет использовать обработку кальцинированной содой для уменьшения жесткости до значения от 5 до 10 грейн.
Железо
Железо является обычным загрязнителем воды. Железо в воде приводит к образованию пятен на фарфоре и ткани, когда его концентрация превышает 0,3 мг/л (частиц на миллион).
В своих нерастворимых формах железо может формировать отложения в резервуарах высокого давления, водопроводах, водяных обогревателях и других устройствах канализации и водоснабжения.
Железо может присутствовать в воде в нескольких формах:
1. Растворимые ионы двухвалентного железа;
2. Ионы трехвалентного железа, растворимые только в воде с большой кислотностью;
3. Гидроксид трехвалентного железа, нерастворимый в нейтральной или щелочной воде;
4. Оксид трехвалентного железа, который появляется в виде частиц ржавчины от труб;
5. В комбинации с органическими соединениями или как железобактерии.
В случае скважинной воды железо часто присутствует в воде в растворимом двухвалентном состоянии. При соприкосновении с воздухом молекулы кислорода начинают попадать в воду как выделения двуокиси углерода. Кислород затем окисляет ионы двухвалентного железа (Fe++), преобразовывая их в ионы трехвалентного железа (Fe+++). На этом этапе, ионы трехвалентного железа комбинируются со свободными ионами гидроксила (ОН-) с образованием нерастворимого желатинообразного соединения гидрата окиси железа [Fe(OH)3].
Когда вода первоначально перекачивается, она чистая и бесцветная, но по мере соединения отдельных молекул появляется характерный ржавый цвет (часто называемый «красной водой» или «ржавой водой»). В конечном итоге желатинообразные отложения гидрата окиси железа осаждаются на дно контейнера. Таким образом, растворимые ионы двухвалентного железа превращаются в нерастворимый гидрат окиси железа.
Когда железо обнаруживают в поверхностных слоях воды, вода может быть чрезвычайно кислотной или железо может быть комбинировано в различные сложные молекулы, сопротивляющиеся окислению. В некоторых поверхностных водах железо может присутствовать в органической хелатирующей форме. Такая вода обычно довольно сильно окрашена.
Железобактерии часто присутствуют в железосодержащей воде. По мере их развития эти бактерии формируют красновато-коричневый налет, который может засорять трубы и снижать расход водяного потока. Разлагающаяся масса этих железобактерий может вызывать плохой вкус и запах воды, а также серьезные проблемы с обесцвечиванием.
Химия удаления железа не является сложной, как только была четко определена причина. В некоторых случаях коррективные меры представляют собой определенную трудность лишь по той причине, что не всегда легко определить конкретный вид железа и, возможно, работа механического оборудования может быть незнакомой.
Удаление железа
Говоря в общем, существует три основных метода удаления железа из воды:
(1) Ионообменные умягчители воды
Использование установки по умягчению воды считается удовлетворительным способом удаления ограниченных количеств железа из воды. Никаких жестких правил нельзя сформулировать относительно количества железа, которое может быть удалено. Ответ в каждом случае зависит от конструкции умягчителя, а также от других переменных величин.
(1) Окисление и фильтрация
(а) Железные фильтры
Для средних концентраций железа использование окисляющего фильтра может быть самым эффективным средством обработки. При использовании такой фильтр размещается в трубе перед умягчителем. Окисляющие фильтры обычно содержат материал основы, покрытый диоксидом марганца. Это может быть обработанный марганцем глауконитовый песок, произведенный марганцевый материал, природная марганцевая руда и подобные материалы. Эти отложения окиси марганца преобразуют растворимое двухвалентное железо в воде в трехвалентное железо. В виде гидрата окиси железа оно отфильтровывается из воды зернистым материалом в резервуаре.
(6) Подача окислительных средств (хлора, озона, перекиси или перманганата калия плюс фильтр)
При высокой концентрации железа для подачи химических окислительных средств, таких как бытовой крахмал, озон, перекись водорода или раствор перманганата, могу использоваться малые насосы, эдукторы или прочие устройства. Как двуокись марганца в железном фильтре, эти химические окислительные средства превращают двухвалентное железо в трехвалентное. Загрязнитель может быть удален путем пропускания воды сквозь простой песчаный фильтр при использовании хлора, озона или перекиси, и сквозь железный фильтр, когда используется перманганат.
(в) Суперхлорирование-дехлорирование
Все популярнее становится применение суперхлорирования-дехлорирования для удаления железа из воды. Этот вариант концепции окисления-фильтрации использует два основных устройства: одно подает хлор в воду, другое удаляет избыток хлора.
(1) Секвестрация
(Использование таких материалов, как полифосфаты)
(а) Дозаторы раствора
Кроме того, существует еще несколько методов контроля растворимого железа в воде. Они используют полифосфаты для сохранения железа в растворе. Полифосфаты не удаляют железо из воды. Вместо этого они стабилизируют и изолируют железо таким образом, что вода остается чистой и не приводит к образованию железных пятен. Растворы сильно растворимых полифосфатов натрия могут подаваться в воду при помощи различных малых химических насосов, эдукторных установок и проч. В общем, эти установки обеспечивают пропорциональную расходу воды подачу вещества. Таким образом, они экономично расходуют полифосфат и аккуратно и последовательно контролируют его концентрацию.
(6) Патронные дозаторы
Простой патронный дозатор является более дешевой оригинальной установкой. Эти дозаторы используют полифосфаты, в которых обычно содержится кальций или магний, чтобы результирующий продукт растворялся медленно и равномерно. Дозатор устанавливается в водопроводной трубе, так что вся вода или ее часть проходит через патрон или резервуар. Вода собирает часть раствора полифосфатов и переносит его в водопровод.
Марганец
Марганец подобен железу и часто находится в железосодержащей воде, однако, реже, чем само железо. Химически его можно считать близко родственным железу, потому что он попадается, преимущественно, в тех же формах. При низкой концентрации он приводит к образованию нежелательных пятен. Правила Агентства США по защите окружающей среды устанавливают ограничение концентрации марганца в воде на уровне 0,05 мг/л (ppm).
Удаление марганца
Те же методы, описанные при удалении железа, в той же мере касаются решения проблем с марганцем. Небольшие концентрации могут быть удалены умягчителем. Большие количества требуют химической обработки плюс фильтрации.
Коррозия
Коррозию можно определить как деструктивную дезинтеграцию — «съедание» металлов в результате электрохимической реакции. Существует три основные вида коррозии. Они являются результатом:
1. Кислорода и прочих растворенных газов
2. Кислот
3. Гальванической реакции
Коррозионная вода становится еще более коррозионной, когда изменяются определенные факторы, среди которых:
1. Увеличение температуры воды.
2. Увеличение расхода воды.
3. Использование нескольких различных металлов в водопроводной системе.
4. Увеличение содержания в воде растворенных твердых веществ.
Иногда трудно определить конкретную причину коррозии в каком-либо
отдельном случае, но она может иметь губительные последствия для водопроводной системы.
Контроль коррозии
Если проблема возникла в результате кислотности воды, установите фильтр из известняка для поднятия pH. Карбонат известняка комбинируется с кислотой с образованием безобидных бикарбонатов. В случае подачи кальцинированной соды, раствор карбоната натрия нейтрализует кислотность воды. Когда разнородные металлы должны соединяться вместе в водопроводной системе используется изолирующий материал для устранения электрического тока между двумя металлами, таким образом, предотвращая или, по крайней мере, значительно сдерживая электрохимическую коррозию. Если проблема возникает в результате едкой жесткой воды, раствор полифосфата или медленно растворяющееся соединение фосфата обеспечивает возможное решение проблемы. В обоих случаях полифосфаты формируют стеклоподобное покрытие на внутренних металлических поверхностях водопроводной системы.
Поглотители кислорода широко используются для предотвращения коррозии, возникающей по причине растворенного в воде кислорода. Эти соединения (такие как сульфит натрия) широко используются при промышленной обработке, но не используются, когда вода предназначена для потребления человеком.
Различные виды металлических и неметаллических покрытий могут использоваться для контроля конкретных проблем коррозии.
Щелочность
Щелочность может возникать из-за гидроксидов, карбонатов или бикарбонатов в воде. Из них бикарбонаты преобладают в воде со значением pH между 4,3 и 8,5.Таким образом, бикарбонаты представляют собой наиболее распространенный источник щелочности. Щелочность не является особенно заметной, когда она вызвана ионами бикарбоната, за исключением случаев, когда они присутствуют в больших количествах. В отличие от этого, щелочность, являющаяся результатом довольно малого количества ионов карбоната и гидроксида, очень заметна.
Удаление щелочности
Нежелательная щелочность в домашних условиях наилучшим образом устраняется обратным осмосом. Другие методы включают умягчение кальцинированной содой, обменники с анионной смолой и подачу минеральной кислоты, которые в большей степени подходят для промышленного производства.
Свободная двуокись углерода
Почти вся природная вода содержит какое-то количество двуокиси углерода или угольную кислоту. В воде, имеющей сравнительно низкую концентрацию минералов, угольная превращается в проблему, потому что в воде недостаточно щелочных солей для того, чтобы нейтрализовать ее действие, и вода становится едкой.
Удаление угольной кислоты
Самым простым методом удаления угольной кислоты является пропускание воды через резервуар, содержащей фильтр из известняка. Известняк в фильтре вступает в реакцию с угольной кислотой с образованием бикарбоната кальция. Подобным образом формируется малое количество бикарбоната магния.
Декарбонизатор является эффективным устройством для удаления избытка угольной кислоты. Он состоит из колонны, в которую сверху подается вода, льющаяся вниз самотеком сквозь слой светофильтров с воздушным зазором. Поток воздуха, направленный вверх по колонне, удаляет двуокись углерода из воды. Это удаление можно проиллюстрировать следующим образом:
Хлорид и сульфат
Почти вся природная вода содержит ионы хлорида и сульфата. Низкие и средние концентрации ионов хлорида и сульфата придают воде вкусовую привлекательность и являются желательными. Чрезмерные концентрации могут привести к тому, что воду будет неприятно пить. Как хлориды, так и сульфаты участвуют в общем содержании минералов в воде. Общая концентрация может иметь разные последствия в быту, от чрезмерной жесткости воды до электрохимической коррозии. Чрезмерная концентрация сульфатов также может превратить воду в легкое слабительное.
Хлорид и сульфат могут быть удалены из бытовой воды обратным осмосом, деионизацией или анионным обменом, а также дистилляцией.
Флюорид
Флюорид в воде может быть вредным или полезным. Все зависит от концентрации. Исследования показали, что концентрация флюорид а в питьевой воде приблизительно один миллиграмм на литр (ppm) уменьшает разрушение зубов.
Когда питьевая вода содержит чрезмерную концентрацию флюорида выше двух ppm, она приводит к «эндемическому флюорозу зубов». На зубах появляются темно-коричневые крапинки или пятнышки, иногда называемые «коричневым пятном Колорадо», либо зубы становятся белыми как мел. Более четырех миллиграмм флюорида на литр воды могут вызвать флюороз скелета, серьезное костное заболевание, и остеопетроз или мраморную болезнь.
В настоящее время в водопроводную систему многих городов добавляются флюориды в концентрации один ppm для уменьшения разрушения зубов. Обратный осмос и дистилляция являются самыми простыми бытовыми методами уменьшения содержания флюоридов в воде.
Сероводород
Сероводород — это газ, иногда присутствующий в воде. Сомнений в том, присутствует он или нет, никогда не возникает по причине неприятного запаха «тухлых яиц», который появляется даже при концентрациях 0,5 ppm.
Существует несколько методов удаления сероводорода из воды. Большинство из них предполагают превращение газа в элементарную серу. Этот нерастворимый желтый порошок затем может быть удален при помощи фильтрации.
Низкие и средние концентрации сероводорода могут быть удалены с помощью окисляющего фильтра того же вида, который используется для удаления железа. Поскольку отложения элементарной серы могут засорить материал фильтра, обычно бывает необходимым время от времени этот материал заменять.
Химическая обработка рекомендуется для средневысоких концентраций сероводорода. В таких случаях растворы бытового крахмала, озона, перекиси или перманганата калия служат удовлетворительными окисляющими средствами.
Фильтр из активированного угля удалит остаточное количество сероводорода. В этом процессе уголь просто адсорбирует газ на его поверхности. Использование фильтра из активированного угля может быть экономичным, когда речь идет о малых количествах газа.
Нитрат (нитратный азот)
Многие грунтовые воды содержат небольшое количество нитратного азота. Концентрации находятся в диапазоне от 0,1 ppm до 3-4 ppm в большинстве регионов. Присутствие нитратов в воде говорит о возможном загрязнении воды экскрементами животных. При концентрациях от 10 до 20 миллиграмм на литр нитратный азот вызывает болезни и даже гибель потомства у животных и младенцев в возрасте до шести месяцев. Хотя это серьезная проблема, чиновники министерства здравоохранения также занимаются нитратами как сильным индикатором загрязнения воды. Естественно, если известно, что грунтовые воды содержат в природном состоянии небольшое количество нитратного азота или вообще его не содержат, какое-либо значительное повышение уровня, возможно, свидетельствует о загрязнении. В этом случае предотвращение загрязнения канализации является наилучшим возможным способом решения проблемы.
Бутилированная вода — это практический источник свободной от нитратов воды для младенцев. Наилучшими методами удаления нитратов в домашних условиях является обратный осмос, анионный обмен или деионизация.
Кислород
Растворенный кислород как причина коррозии может быть серьезным источником проблем в домашнем хозяйстве. Хотя его удаляют при помощи ряда химикатов, в домашних условиях для этого можно пользоваться полифосфатами или силикатом натрия.
Двуокись кремния
Двуокись кремния присутствует в воде в двух формах — как растворенная или активная кремниевая кислота и соответствующие анионы и нерастворенные или инертные частицы и коллоиды. В коллоидной форме она состоит из очень мелких частиц в суспензии. Обычно их можно удалить путем коагуляции и осаждения или фильтрации. В растворенной форме двуокись кремния имеет незначительную растворимость, и ее чрезвычайно трудно удалить как химическими, так и физическими средствами. К счастью, содержание двуокиси кремния в воде не так значительно, чтобы быть заметным при бытовом использовании.
Натрий
Соли натрия присутствуют в большей или меньшей степени во всей природной воде. Их концентрация варьируется от нескольких частиц на миллион (ppm) в некоторых поверхностных водах до нескольких сот грейн на галлон в некоторых скважинах и до 30 000 — 40 000 в регионах, прилегающих к океану.
Будучи чрезвычайно растворимыми, соли натрия не формируют налет при нагревании воды; также они не образуют сгустки при комбинировании с мылом. Высокие концентрации могут повышать коррозионные свойства воды и могут придавать ей неприятный вкус. В больших количествах ионы натрия также мешают работе ионообменных умягчителей воды. Когда вода очень жесткая и в ней много натрия, несколько грейн жесткости могут оставаться в умягченной воде.
Обратный осмос вместе с дистилляцией или деионизацией являются эффективными методами удаления натрия из бытовых запасов воды. И снова, хорошей альтернативой является использование свободной от натрия бутилированной воды.
Биологические загрязнители
Никакое обсуждение воды не будет полным без обзора вкусовых качеств воды и ее пригодности для питья. Хотя и то и другое — необходимые свойства питьевой воды, пригодность ее для питья является жизненно важным фактором, как сама жизнь.
Пригодность воды для питья
Вода пригодна, т.е. безопасна для питья тогда и только тогда, когда в ней отсутствуют болезнетворные организмы, а также токсические химические загрязнители.
Биологические организмы
Большинство организмов в воде безвредны. Некоторые даже чрезвычайно полезны для человека. Другие представляют небольшой интерес или немного неприятны. Однако, некоторые являются источником заболеваний. Потенциальные болезнетворные микроорганизмы в воде можно разделить на пять групп. Они включают бактерии, простейшие, черви, вирусы и грибки. Присутствие определенных организмов этих различных видов может привести к таким инфекционным заболеваниям как брюшной тиф, дизентерия, лямблиоз, криптоспоридиоз, холера, желтуха, гепатит, бруцеллёз и туляремия.
Есть много способов классификации всех переносимых водой организмов. Для наших целей достаточно сказать, что они могут принадлежать либо к флоре, либо к фауне. Существуют организмы, которые даже ученые не могут отнести к определенному классу.
Среди низших форм жизни, встречающихся в воде, есть водоросли, диатомеи, грибки, плесень, бактерии, черви, простейшие, нематоды и вирусы. Даже в случае, если есть вероятность, что вода может содержать патогенные организмы, эту воду необходимо считать загрязненной. Нельзя рисковать, употребляя такую воду, ведь речь идет о человеческой жизни.
Хотя существует большое количество разнообразных патогенных организмов, загрязненный источник воды, вероятнее всего, будет содержать лишь несколько из бесчисленного множества патогенных организмов. С одной стороны, это хорошо. В то же время это делает обнаружение патогенных организмов чрезвычайно трудным заданием с точки зрения рутинного анализа воды.
Поскольку важны как скорость, гак и точность, лабораторные техники ищут колиподобные бактерии как индикатор того, что вода загрязнена. Фекальные колиподобные бактерии размножаются в кишечном тракте человека и других теплокровных животных. Их присутствие в образце воды говорит о заражении канализации. Колиподобные бактерии используются в качестве биологических индикаторов заражения или загрязнения, потому что они удовлетворяют таким требованиям:
Они служат надежным мерилом заражения, показывая возможное присутствие конкретных контаминирующих организмов либо в природной воде, либо в воде, подвергающейся обработке. Кроме того, они реагируют в точности таким же образом, как должны реагировать контаминирующие организмы.
Колиподобные бактерии, как ожидается, могут присутствовать в загрязненной воде в больших количествах, чем контаминирующие организмы.
Их легко опознать в результате сравнительно простых анализов.
Помните, что колиподобные бактерии показывают, что вода загрязнена экскрементами животных и, возможно, загрязнена патогенными организмами. Колиподобные бактерии, за исключением редких штаммов, таких как 0157:Н7, не являются болезнетворными бактериями или патогенными организмами сами
по себе. С другой стороны, их отсутствие не является абсолютной гарантией того, что вода не содержит патогенных организмов.
В Первичных правилах чистоты питьевой воды Агентства США по защите окружающей среды указывается, что в воде должны отсутствовать колиподобные организмы или, во множественных пробах, должно быть не более одной положительной пробы на содержание колиподобных бактерий, когда на протяжении месяца анализируется от 5 до 39 проб, и не более пяти процентов положительных проб на содержание колиподобных бактерий, когда каждый месяц анализируется 40 и более проб.
Примечание: Стандарт от одного до пяти процентов положительных проб на содержание колиподобных бактерий, конечно, является стандартом целесообразности. При наличии в воде даже одного организма этого вида, всегда есть вероятность инфекции, хотя и невысокая. Признав опасность, что можно
сделать для обеспечения адекватной защиты от заражения?
Помимо всего этого, когда вода становится зараженной, решайте проблему немедленно. Основное правило санитарной профилактики воды — определить источник проблемы и устранить его. Если, например, заражен колодец, необходимо проследить заражение до его источника и исправить ситуацию. Наилучшим решением является защита источника водных ресурсов, нахождение нового источника или дезинфекция воды.
Существует ряд способов дезинфекции воды. Среди них кипячение, ультрафиолетовое облучение и ряд химикатов, наиболее часто из которых применяется хлор. Каждый метод имеет свои преимущества. При их оценке следует обратить внимание на следующие моменты:
1. Дезинфицирующее вещество должно быть способным уничтожить все виды патогенных организмов, присутствующих в воде в любом количестве.
2. Дезинфицирующее вещество должно уничтожать патогенные организмы в течение отрезка времени, отведенного на дезинфекцию.
3. Дезинфицирующее вещество должно нормально функционировать, независимо от каких-либо изменений состава или состояния воды.
4. Дезинфицирующее вещество должно функционировать при температурном диапазоне воды.
5. Дезинфицирующее вещество не должно приводить к тому, что вода становится токсичной или невкусной.
6. Дезинфицирующее вещество должно быть безопасным и легким в обращении.
7. Дезинфицирующее вещество должно быть таким, чтобы легко было определять его концентрацию в воде.
8. Дезинфицирующее вещество должно обеспечивать остаточную защиту от повторного заражения.
В настоящее время хлорирование в той или иной форме считается самым эффективным дезинфицирующим средством общего назначения.
Хлор обычно подается в воду при помощи дозировочного насоса для химических реагентов. Первая порция хлора, попадающая в воду, скорее всего, будет израсходована при окислении какого-либо железа, марганца или сероводорода, присутствующего в какой-либо воде, включая бактерии, если они присутствуют.
Когда потребность этих материалов в хлоре удовлетворена, то, что осталось — хлор, который не был израсходован — остается как «остаток хлора».
Скорость подачи обычно корректируется дозировочным насосом для химических реагентов так, чтобы через 20 минут после времени контакта сохранялся остаток хлора в объеме 0,5 — 1,0 ppm. Этого достаточно для того, чтобы убить колиподобные бактерии, однако, это может уничтожить, а может и не уничтожить все вирусы или споры.
Некоторые авторитеты считают, что подача большего количества вещества и более короткое время контакта являются более эффективным методом. По их мнению, один только осадок хлора в удовлетворительном количестве может обеспечить адекватный контроль. Это метод суперхлорирования-дехлорирования.
Система суперхлорирования-дехлорирования состоит из двух основных установок. Хлоратор дозировано подает хлор в воду, обеспечивая остаток хлора на уровне от 3,0 до 5,0 ppm. Затем дехлоратор удаляет излишек хлора из воды перед тем, как она достигает кранов в доме.
Оценивая применение хлора, помните:
1. «Свободные» остатки хлора более эффективны, чем «комбинированные» остатки или хлорамины.
2. Значение pH от 6,0 до 7,0 делает воду значительно более эффективной средой для хлора как для дезинфицирующего вещества, чем вода с более высокими значениями pH, выше pH 7,5 или 8.
3. Эффективность остатков хлора повышается при более высоких температурах в нормальном диапазоне температуры воды.
4. Все виды организмов не реагируют одинаково на хлорирование при различных условиях.
5. Повышение потребности воды в хлоре увеличивает количество хлора, необходимое для образования удовлетворительного остатка хлора.
Вкусовые качества
Чтобы быть вкусной, вода должна быть свободной от заметных вкусов и запахов. Она должна быть не мутной, а также не иметь заметного цвета. Вкусы и запахи можно проследить до одной из следующих причин: разлагающийся органический материал; живые организмы; железо или марганец; металлические продукты коррозии, загрязнение промышленными отходами, хлорирование; и высокие концентрации минералов.
Удаление вкуса и запаха
Некоторые вкусы и запахи, особенно связанные с органическими веществами, могут быть удалены из воды простым пропусканием ее через фильтр с активированным углем. Другие вкусы и запахи могут быть реакцией на окисляющие вещества, такие как хлор, озон и перманганат калия.
Во всяком случае, вы можете попробовать ряд методов, пытаясь избавить воду от нежелательных вкусов и запахов. Если методы, описанные в этом курсе, не сработали, может быть более экономичным найти другой источник питьевой воды.
Мутность
Заметные количества взвеси твердых веществ также могут влиять на удовольствие, получаемое нами от воды. Хотя мутная вода может быть безопасной для употребления, она вероятно для большинства людей будет невкусной. Промежуточные первичные правила чистоты питьевой воды Агентства США по защите окружающей среды рекомендуют, чтобы мутность воды была не выше 0,5 единицы мутности (ЕМ) или 5 ЕМ при особых условиях.
Если быть точным, термины «мутность» и «взвесь» не являются синонимами. Взвесь — это материал, который может быть удален из воды путем процесса фильтрации или коагуляции-фильтрации. Мутность — это мера света, поглощаемого водой по причине наличия в ней взвеси.
Устранение мутности
Механическая фильтрация убирает большинство форм мутности. Конечно, чем меньше частицы мутности, тем меньше должны быть отверстия фильтра. Во многих случаях эффективными являются фильтры, содержащие особым образом расположенные гравий и песок соответствующего размера. Все необходимое обслуживание — это периодическая промывка в обратном направлении для удаления всего отфильтрованного материала.
Некоторые производители фильтров устанавливают также вспомогательную фильтрующую присадку, которая добавляется поверх фильтрующего слоя непосредственно после промывки. Фильтрующая присадка улавливает мелкие частицы грязи, образуя более искрящуюся и чистую воду и препятствуя проникновению грязи в фильтрующий слой. Во многих случаях эффективны патронные фильтры, устанавливаемые на водопроводных трубах.
В этом уроке мы рассмотрели широкий спектр загрязнителей, которые могут находиться в воде. Но как определить виды и количества загрязнителей в воде?
Определение видов и количества загрязнителей воды
Лучший способ для этого — лабораторный анализ воды. Такие анализы могут включать физические, микробиологические и/или химические тесты в зависимости от их цели.
Химические анализы, проводимые лабораториями, показывают железо в миллиграммах на литр и жесткие минералы в грейнах на галлон или миллиграммах на литр.
Грейны на галлон и миллиграммы на литр (частицы на миллион) при анализе воды
Применение как грейн на галлон, так и миллиграммов на литр — этой практике следуют, преимущественно, для удобства составления отчетов о концентрации минералов, некоторые из которых присутствуют в воде в избытке, а некоторые можно обнаружить только в остаточных количествах.
Фактически, существует четыре единицы измерения, которые обычно используются в работе по анализу воды: миллиграмм на литр (мг/л) или частицы на миллион (ppm); грейны на американский галлон (gpg); эквиваленты на миллион (ерш); и грейны на имперский галлон (gpg imp).
Для конвертации из миллиграммов на литр или частиц на миллион в грейны на галлон, первое необходимо разделить на 17,1. Подобным образом, умножьте грейны на галлон на 17,1, чтобы получить миллиграммы на литр или частицы на миллион.
При любых конвертациях всегда необходимо иметь общую единицу измерения. Таким образом, 1 ppm должна быть переведена как одна унция в миллионе унций воды...не галлонов, кварт или фунтов.
Далее, различные жесткие минералы, как мы уже видели, обычно выражаются в виде гипотетических комбинаций как грейны на галлон карбоната кальция. Таблицы конвертации жесткости для различных минералов можно найти в Уроке 9.
После проведения анализа воды и продажи соответствующего корректирующего оборудования, последний шаг — установка продукта. Здесь также необходим научный подход для обеспечения идеальной воды на площадке установки. Для достижения таких результатов монтажники должны поместить оборудование таким образом, чтобы подавать мягкую воду ко всем точкам ее использования наиболее простым, чистым, недорогим и эффективным способом. При размещении оборудования необходимо учитывать расположение нагревателя воды, главного водопровода, кранов для шланга, дренажа и электрической розетки.
Кроме того, необходимо устанавливать агрегат надлежащей мощности. Неправильное определение необходимой мощности оборудования означает неудовлетворительную работу установки. Здесь определяющими факторами являются количество жесткости и число людей, использующих установку. В
случае каких-либо сомнений см. Советы по выбору в Уроке 10. Также крайне важно определить, насколько упадет давление в результате установки умягчающего оборудования. Если падение давления слишком большое, может быть необходимым параллельно установить еще один агрегат. Ниже обсуждаются процедуры определения потерь в результате падения давления.
При установке агрегата большое значение имеют следующие моменты.
1. Запорные вентили должны устанавливаться как на входной, так и на выходной трубе, а хомут электрического заземления должен устанавливаться поверх каких-либо разрывов в металлических водопроводных трубах, обустроенных для установки оборудования по обработке воды.
2. Обводной вентиль должен находиться на главной трубе между входным и выходным соединениями.
3. Дренаж умягчителя должен отводиться в бытовую канализационную систему.
4. Дренажная труба не должна непосредственно соединяться с водной системой, поскольку необходимо сохранять зазор, по крайней мере, в один дюйм или два диаметра дренажной трубы между трубой и выпускным отверстием.
5. Во время установки умягчитель следует дезинфицировать как предосторожность против какого-либо возможного загрязнения во время перевозки, хранения или установки агрегата. Для этой цели обычно используются гипохлорит натрия и гипохлорит кальция.
Падение давления в результате использования оборудования по кондиционированию воды.
Существует определенное измеримое сопротивление потока, связанное с трением на каждом футе трубы в системе. Каждое изменение направления потока, каждая насосная установка, каждое сужение приводит к определенной потере энергии, развитой в системе водоснабжения. Хотя некоторые потери в результате трение неизбежны, их необходимо поддерживать на минимальном уровне. В зависимости от размеров трубы, количества установок, высоты, на которую подается вода, умягчитель может быть адекватным, а может быть серьезно уменьшенным. Падение давления в системе варьируется в зависимости от длины трубы, количества и типа установок.
Это необходимо учитывать при определении того, насколько значительной может быть общая потеря давления.
Выводы
После изучения этих двенадцати уроков теперь должно быть достаточно очевидным, что кондиционирование воды — это большая и достаточно сложная сфера. Для ее понимания необходимо знание химии, гидравлики, математики, бактериологии и многого другого.
Мы искренне надеемся, что вы продолжите рассмотрение этого материала, с каждым разом глубже вникая в эту сферу, и будете использовать полученные знания на практике при каждой возможности.
Также помните, что этот курс может и должен использоваться в качестве справки в случае возникновения каких-либо вопросов, по которым вам нужна конкретная информация. Мы надеемся, что курс «Основы обработки воды» будет и дальше способствовать достижению не только вашего личного успеха, но и благосостоянию широкой общественности. Для всех нас целью должно быть обеспечение оптимального качества воды для каждого.
