Іонізовані домішки природних вод.

Ø Йони Na⁺ та К⁺ не утворюють розчинних солей, не підлягають гідролізу — відноситься до важкорозчинних у воді.

Ø Йони Ca²⁺ і Mg²⁺ визначають жорсткість, мінімальна їх кількість у воді — 100 мг, максимальна — 200г.

Ø Йони у воді утворюються при розпаді органічних речовин, поступають у воду із стічних вод.

Присутність висококонцентрованого кисню О₂ призводить до окиснення з’єднань азоту у воді до нітрат йонів; при недостачі кисню — відновлення азотвмісних речовин до йонів .

Ø Йони : знаходиться у підземних водах, — у поверхневих водах.

Ø Йони — схожі на іони . Ці іони знаходяться у воді посезонно.

Ø Бікарбонат йони — одні з найважливіших йонів, що знаходяться у воді.

Вуглекислотна рівновага

Вода з фактичним вмістом , рівним його розрахунковим вмістом по рівнянню. Така вода називається стабільною. При вмісті більше його рівноважної концентрації, його надлишок здатний викликати розчинення при контакті з водою. Таку воду називають агресивною.

При недостачі в порівнянні з рівноважною концентрацією буде спостерігатися розпад частини бікарбонатних іонів з утворенням додаткової кількості карбонатних іонів і виділенням із системи твердої фази . Така вода називається нестабільною.

Ø Хлорид йони;

Ø Сульфат йони — при високій концентрації органічних речовин і важкому доступі в кисню сульфат йони легко відновлюються до елементарної сірки (S) або H₂S. Вода тут неприємний запаз — загниває.

Ø Кремнієва кислота — поширена у природних водах. У підземних водах силікатів більше, ніж у поверхневих. У поверхневих та артезіанських водах загальний кремнієвий вміст: .

ПРИРОДНІ ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ (ПОР)

ПОР — є важливим компонентом природних вод. ПОР можуть контролювати рух слідових металів. ПОР заважають осадженню колоїдних частинок; вони є їжею для мікроорганізмів; ПОР при дезинфекції води утворюють токсичні хлор-органічні з’єднання.

Видалення ПОР як прекурсора вторинних продуктів забруднення води мають велике значення, так як глибина видалення ПОР визначає так звану біологічну стабільність води.

Основним компонентом в природних водах органічних речовин є гумусові, роль яких у формуванні якості питної води є важливою.

Глибина видалення гумусових речовин залежить:

Ø Витрати окисника при знезараженні води;

Ø Кількості хлор-органіки в питній воді.

Основним джерелом утворення гумусових речовин є грунти. Їх утворення обумовлюється тим, що в природі вуглеводи та аміни рослинних залишків підлягають швидкому розкладу мікроорганізмами — утворюються гумусові речовини.

Гумусові речовини складаються із гумінових і фульво-кислот. Гуміни — залишок, що не вилучається із грунту, який нерозчиний при будь якому значенні pH. Гумінові кислоти — фракція, яка розчиняється при рН менше 2. Фульвокислоти (кренові апокренові) — фракція, яка розчинна майже у всьому діапазоні рН.

Джерелом екстракції для гумусових речовин є торф, буре вугілля.

Гумінові кислоти є високомолекулярними з’єднаннями і містять у складі ароматичне ядро та азотвмісне органічне з’єднання як у циклічних формах, так і в периферійних. Гумінові кислоти можуть мати відновні властивості. Молекула гумінової кислоти — продукт конденсації ароматичних з’єднань з продуктами розпаду білка за участі речовин вуглеводневих груп.

Гумінові кислоти різного походження не ідентичні. По мірі переходу від підзолистих грунтів (чорноземи) вміст карбону та кисню у гумінових кислотах зменшується. Для різних типів грунтів гумінові кислоти по-різному поводять себе по відношенню до окисників, коагуляції, сорбції, бо степінь окиснення цих речовин визначається співвідношенням їх гідрофільних і гідрофобних властивостей.

Гумінові кислоти різних грунтів розрізняються за оптичними властивостями: тон забарвлення гумінових кислот коливається від світло-бурого (червоноземи) до темно-бурого (чорнозему) кольору. Різний колір пояснюється різним вмістом хромоформних груп в структурі молекули (С - О, С = С, С = О). Різний вміст груп пояснює різне забарвлення природної води.

Фульфо-кислоти — високомолекулярні з’єднання, для яких характерний понижений (менше 50%) вміст карбону; вони володіють легкою розчинністю у воді, спирті, лузі, солі легко розчиняються у воді. За низьких концентрацій ці речовини мають слабо жовтий колір, в концентрованому розчині — оранжево – жовтий колір.

Для фульво-кислот характерна висока розчинність у більшості утвореними ними солей — солі Ca²⁺, Ba²⁺, Fe²⁺, AI³⁺ та утворених комплексних з’єднань з Fe²⁺ та AI³⁺.

Важкість молекул гумусових речовин визначає ряд важливих фізико-хімічних властивостей:

Ø Ступінь дисперсності;

Ø Стійкість до окиснення, сорбції;

Ø Коагуляційної дії електролітів.

Найбільш стійкими до коагуляційної дії електролі володіють фульфо-кислоти та гумінові кислоти і сильно підзолистих грунтів. Найбільш стійкі є гумінові кислоти з чорноземів. Проміжні положення займають гумінові кислоти із темно-сірого лісового грунту.

Стійкість гумінових речовин до окиснення і абсорбції підвищується у ряді:

Гумінові кислоти → колоїдно розчинні фульво-кислоти → істинно розчинні фульво-кислоти

Вміст органічних речовин в природній воді визначається за нуступними інтегральними показниками:

ü Хімічне споживання кисню(ХСК) — визначається з використанням біхромаку калію — біхроматна окисненість або перманганату калію — перманганатна окисненість. Розмірність — мгО/дм³.

ü Біохімічне споживання кисню — визначає зниження органіки у воді в результаті біохімічних процесів протягом 5 днів (БСК-5) або 20 днів (БСК-20). Розмірність — мгО₂/дм³.

ü Вміст загальної органіки — визначається згорянням зразка води. Розмірність — мгС/дм³.

При підготовці якісної питної води велике значення має визначення частки природних органічних з’єднань (ПОЗ) або розчинення загального органічного вуглецю, який являється біологічно доступним.

В складі біологічно доступного вуглецю розрізняють два типи біорозкладаючого органічного вуглецю:

ü Біологічно розкладаючий вуглець;

ü Асимілюючий органічний вуглець.

Біологічно розкладаючий вуглець — тверда частина карбону яка мінералізується гетерофазними мікроорганізмами. Його визначають за різницею між початковою та кінцевою концентрацією загальної органіки.

Асимілюючий органічний вуглець — та частина біологічно доступного вуглецю яка перетворюється в кліткову мікромасу.

Для поверхневих джерел централізованого водопостачання роль ПОЗ важлива. Для Дніпра характерна висока концентрація ПОЗ по ХСК (до 60-70 мгО/дм³). В процесі коагуляції максимально можна видаляти 50-65% ПОЗ. Залишковий вмсіт загального вуглецю в басейні Дніпра від 3 до 7.8 мг/дм³.

При оцінці вмісту ПОЗ необхідно мати дані про розподіл фракцій по масі, яка частка ароматичних з’єднань в складі ПОЗ, відношення гідфільного-фідрофобного балансу.

Це можна визначити по так званій SUVA. Величина SUVA — величина абсорбції при довжині хвилі 254 нм поділена на вміст загального органічного вуглецю. Параметр SUVA є показником ароматичності органічних речовин.

Вважається, що величина SUVA = 4 дм³/(м·мг)і вище в складі ПОЗ домінують гідрофільні органічні з’єднання з високою молекулярною масою. При значній SUVA менше 3 дм³/(м·мг) переважають гідрофобні з’єднання у воді з величиною SUVA від 2 до 4 дм³/(м·мг) — суміш гумусових та негумусових з’єднань. Якщо SUVA = 2 дм³/(м·мг) і менше — речовини негумусової природи.

Невисокі значення SUVA говорять про те, що у воді містяться органічні з’єднання гідрофільного характеру з низькою молекулярною масою.

На основі цієї градації можна очікувати високу, середню та низьку степінь видалення загального органічного вуглецю. Відомо, що гідрофобна високомолекулярна фракція ПОЗ добре видаляється у процесі коагуляції і являється більш суттєвим прекурсором утворення вторинних продуктів знезараження, ніж гідрофільна фракція.

Окисно-відновний потенціал (ОВП) — це міра хімічної активності елементів та їх з’єднань у зворотних хімічних процесах, які пов’язані зі зміною зарядів йонів в розчинах.

ОВП відомий під назвою редокс-потенціал Eh. Розмірність — мВ.

Значення ОВП будь якого хімічного з’єднання тим більше чим більша концентрація компонентів, що віддає свої електрони. Значення ОВП природної води знаходиться в межах від -400 до 700 мВ. Це пояснюється протіканням у воді різних окисно-відновних реакцій, в деякій мірі характеризує хімічний склад води. В залежності від значення ОВП розрізняють декілька ситуацій в природній воді:

1. Окиснювальна — характеризується ОВП більше 100-150 мВ, наявністб відновленого кисню, цілого ряду елементів вищого степеня валентності (Cu²⁺, Pb²⁺, V⁵⁺).

2. Перехідна окисно-відновна — визначається величинами ОВП від 0 до 100 мВ. Характерний нестійкий біохімічний режим, перемінний вміст H₂S і O₂, перебігає і слабке окиснення і слабке відновлення.

3. Відновна — характеризується значним ОВП менше 0, типова для підземних вод, де містяться метали низьких ступенів валентності (Fe²⁺, Mn²⁺, MO⁴⁺).

Значення ОВП залежить від температури і пов’язано з pH.