Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Ознакомимся кратко с химическими реакциями, определяющими условия выполнения основных операций процесса водоподготовки. Известно, что ионы Ca2'1' можно осадить в форме CaCO3 с помощью Na2CO3. Однако для удаления из воды Са(НС03)2 (соль временной жесткости) требуется добавка Ca(OH)2. Осуществляется реакция
Ca2+(P)+ 2HCO3 (р) + Ca(OH)2(P) -> 2СаС03(к) + 2Н20(Ж). (б.ЗЗ)
Одновременно может происходить осаждение Mg(OH)2.
Ионы Ca2+ можно удалить из воды также с помощью ионов РОД.
5Са2+(р) н- ЗРОЛ<р) + ОН (Р) -> Ca5OH(POO3(K). (6.34)
Образующийся осадок напоминает по составу природный минерал апатит. В осадок переходят также ионы Fe(III) и Mn(II), если они присутствовали в воде. Для лучшего отстаивания осадка в воду вводят вещества, способствующие флокуляции (флокулянты).
Для удаления коллоидных частиц из воды проводят операцию коагуляции, В воду добавляют гидрат сульфата алюминия Al2(SO^)3-18H2O. Ионы алюминия в воде подвергаются гидролизу:
Химия окружающей среды
301
Al(H20)ft3+(p) + 3HC0,~(P) -» Al(OH)30C) + ЗС02(Г) + 6H2O010. (6.35)
Осадок Al(OH)3 имеет развитую поверхность и поглощает не только коллоидные частицы, но и ионы некоторых элементов. Однако в растворе могут оставаться ионы двухъядерного комплекса:
H
I
(Н20)4А1<о>1(Н20)44+ I
H
которые реагируют с протеинами вирусов, вызывая их гибель. Эти ионы представляют опасность и для других живых организмов.
Обеззараживание воды осуществляют путем ее обработки реагентами Cl2, ClO2 или O3. При хлорировании воды происходит реакция гидролиза хлора:
Cl2(P) + 2H2O010 -> НзО+(Р) + СГ(р, + Н0С1(Р). (6.36)
Образуется HOCl - слабая хлорноватистая кислота, которая испытывает частичную ионизацию (Кк = 2,7-10"-8):
НСЮф) + H2O010 -> H3O+(P) + ОСГ(р). (6.37)
HClO является очень сильным окислителем и легко убивает микробы. По концентрации HcIO и ClO- оценивают содержание в воде «свободного активного хлора». Но HClO способна также окислять органические примеси воды, переводя их в хлорпроизводные (трихлорметан, хлорфенолы, хлорпроиз-водные гуминовой кислоты и др.). Хлороргаиические производные нередко сами проявляют токсичные свойства. Поэтому воду перед хлорированием необходимо очистить от органических веществ. Иногда в воде, при ее обработке, создают условия для образования хлораминов (NH2Cl, NHCl2, NCl3), которые обладают более мягкими антимикробными свойствами и почти не хлорируют органические вещества.
При водоподготовке можно избежать хлорирования органических веществ, если в качестве антимикробного реагента использовать диоксид хлора ClO2. В молекуле ClO2 имеется один непарный электрон, она неустойчива в водном растворе, что усиливает ее окислительную способность, проявляющуюся входе полуреакции:
ClO2(P) + 4H3O+(P, + 5е- -> С1-(р) + 6H2O010. (6.38)
Такое превращение происходит в присутствии органического вещества (микробов), которые играют роль реагента-восстановителя и разрушаются.
В последние годы значительное внимание уделяют озонированию, т.е. обработке воды озоном. Озон может непосредственно окислять органическое вещество:
Оз + MRED -» M0X, (6.39)
где MR6(J и Mfjx - восстановленная и окисленная формы органического вещества, а также взаимодействовать с водой, образуя свободные радикалы. Среди них - радикал ОН', обладающий высокими окислительными свойствами и поэтому способный окислять практически все органические вещества. Продукты деструкции органических веществ под действием озона рекомендуется удалять из воды путем их адсорбции активированным углем. Нежелательным побочным эффектом озонирования воды может стать выделение в раствор ионов NO3-, которые образуются при окислении азотсодержащих органических соединений. Таким образом, при использовании любой технологии водоподготов-ки требуется контроль качества питьевой воды. Не следует также забывать, что питьевая вода может загрязняться непосредственно в водопроводных сетях.
Подземные воды. По многим характеристикам приближаются к поверхностным водам. Но подземные воды находятся в несколько иных условиях, чем поверхностные. Они изолированы от атмосферы и испытывают влияние газов, выделяющихся из земной
302
В. В. Вольхин. Общая химия
коры (часто газы под давлением). Скорость течения подземных вод значительно меньше, чем поверхностных. Микробиологическая активность в подземных водах обычно ниже, чем в поверхностных. Загрязнения, попавшие в подземные воды, часто сохраняются в них в течение долгого времени и в конечном итоге выносятся на поверхность. Растворенные в подземной воде вещества постоянно контактируют с поверхностью минеральных частиц, что порождает процессы их адсорбции и ионного обмена. Как следствие, растворенные вещества перемещаются медленнее, чем сама вода.
В подземных водах значительную роль играет процесс растворения ряда минералов, например CaCO3 и CaMg(C03)2. При более высоком парциальном давлении CO2 по сравнению с его парциальным давлением в атмосфере растворимость диоксида углерода в воде возрастает и равновесие реакции
С02(г) + Н20(ж) + CaCO3(K) Ca2+(P) + 2НС03-{р, (6.40)
