• 5

6.1. СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ВОД

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекаю­щих в природе, и в обеспечении жизни человека. В промышлен­ности воду используют как сырье и источник энергии, как хладо- агент, растворитель, экстрагент, для транспортирования сырья и материалов и др.

Ресурсы воды. Общее количество природной воды на Земле составляет 1386 млн. км3. В основном (свыше 97,5%) это соле­ные воды. Количество пресной воды — 35 млн. км3. Однако подавляющая часть пресной воды является труднодоступной для людей, так как она в основном находится в полярных ледниках и водоносных слоях под землей. В СССР запас пресных поверх­ностных вод составляет 40,5 тыс. км3. Объем потребления прес­ной воды в мире достигает приблизительно 3900 млрд. м3/год. Около половины этого количества потребляется безвозвратно, а другая половина превращается в сточные воды.

Природная вода — это вода, которая качественно и количе­ственно формируется под влиянием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия. Ее качественные показатели находятся на естественном среднемноголетнем уров­не. В зависимости от степени минерализованности (в г/л) воды делятся: на пресные (с содержанием солей <1), солоноватые (1—10), соленые (10—50) и рассолы (>50). В свою очередь пресные воды подразделяются на воды малой минерализованно­сти (до 200 мг/л), средней минерализованности (200—500 мг/л) и повышенной минерализованности (500—1000 мг/л). По преоб­ладающему аниону все воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные.

Жесткость природных вод обусловливается присутствием в них солей кальция и магния и выражается концентрацией ионов Са2+ и Mg2+ в ммоль экв/л. Различают общую карбонатную и

некарбонатную жесткость. Общая жесткость представляет собой сумму двух последних, карбонатная — связана с присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния, а некарбонатная — суль­фатов, хлоридов, нитратов кальция и магния.

Физические свойства воды. Плотность чистой воды при 15 °С и атмосферном давлении 999 кг/м3. С увеличением кон­центрации примесей плотность воды возрастает. Морская вода с концентрацией солей 35 кг/м3 имеет среднюю плотность 1028 кг/м3 при 0°С. Изменение солесодержания на 1 кг/м3 изме­няет плотность на 0,8 кг/м3.

Вязкость р воды с повышением температуры t уменьшается следующим образом:

t °С      0 5 10 15 20 25 30 35

р, мПа-с         1,797 1,523 1,301 1,138 1,007 0,895 0,800 0,72$

С увеличением солесодержания вязкость воды повышается» Поверхностное натяжение о воды при 18 °С составляет 73, при 100 °С — 52,5 мН/м. Теплоемкость воды при 0°С составляет 4180 Дж/(кг-°С), а при 35 °С достигает минимума. Теплота плавления при переходе льда в жидкое состояние составляет 330 кДж/кг, теплота парообразования равна 2250 кДж/кг при атмосферном давлении и температуре 100 °С.

Электрические свойства воды. Вода — слабый проводник электрического тока: удельная электрическая проводимость при 18°С равна 4,9-Ю-8 См/м (4,41-Ю-8 1/Ом-см); диэлектрическая постоянная равна 80. Наличие растворенных солей в воде уве­личивает ее электрическую проводимость, которая изменяется в. зависимости от температуры.

Оптические свойства воды. Прозрачность и мутность воды зависят от содержания в ней механических примесей, находя­щихся во взвешенном состоянии. Чем больше примесей в воде, тем больше ее мутность и меньше прозрачность. Прозрачность определяется длиной пути луча, проникающего вглубь воды, и зависит от длины волны луча. Ультрафиолетовые лучи нрохо- дят через воду легко, а инфракрасные — плохо. Показатель прозрачности используют для оценки качества воды и содер­жания в ней примесей.

Загрязнение воды. Вследствие антропогенного воздействия, природная вода загрязняется различными веществами, что при­водит к ухудшению ее качества. Следует выделить следующие: тенденции в изменении качества природных вод под влиянием хозяйственной деятельности людей:

снижение рН пресных вод в результате их загрязнения сер­ной и азотной кислотами из атмосферы, увеличение содержания в них сульфатов и нитратов;

повышение содержания ионов кальция, магния, кремния в подземных и речных водах вследствие вымывания и растворения

184

подкисленными дождевыми водами карбонатных и других гор­ных пород;

повышение содержания в природных водах ионов тяжелых металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цин­ка, а также фосфатов (>0,1 мг/л), нитратов, нитритов и др.;

повышение содержания солей в поверхностных и подземных водах в результате их поступления со сточными водами, из атмо­сферы и за счет смыва твердых отходов (например, солесодер- жание многих рек ежегодно повышается на 30—50 мг/л и более; из 1000 т городских отходов в грунтовые воды попадает до 8 т растворимых солей);

повышение содержания в водах органических соединений, прежде всего биологически стойких (ПАВ, пестицидов, продук­тов их распада и других токсичных, канцерогенных и мутаген­ных веществ);

снижение содержания кислорода в природных водах, прежде всего в результате повышения его расхода на окислительные процессы, связанные с эвтрофикацией водоемов, с минерализа­цией органических соединений, а также вследствие загрязнения поверхности водоемов гидрофобными веществами и сокращения доступа кислорода из атмосферы (в отсутствие кислорода в во­де развиваются восстановительные процессы, в частности суль­фаты восстанавливаются до сероводорода);

снижение прозрачности воды в водоемах (в загрязненных водах размножаются вирусы и бактерии, возбудители инфекци­онных заболеваний);

потенциальная опасность загрязнения природных вод радио­активными изотопами химических элементов.

Природная вода, подвергаемая антропогенному загрязнению, называется денатурированной или природно-антропогенной. В случае необходимости перед использованием воды в промыш­ленности ее очищают в соответствии со специфическими требо­ваниями данного производства.

Классификация вод по целевому назначению. Воду, исполь­зуемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую (рис. II-1).

Вода часто служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65—80% расхода воды потребляется для охлаждения. На крупных химических пред­приятиях потребление охлаждающей воды достигает 440 млн. м3/год. Суммарное количество воды, заключенной в системах охлаждения на предприятиях химической промышленности, со­ставляет 20 млрд. м3/год.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующую воду исполь-

 

Рис. II-1. Классификация вод по целевому назначению

зуют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов произ­водства; промывающую — для промывки газообразных (абсорб­ция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий; реакционную — в составе реагентов, а также при азеотропной отгонке и аналогичных процессах. Технологическая вода непос­редственно контактирует с продуктами и изделиями.

Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагревания оборудования, помещений, продуктов.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я