Полезная информация

 

Источники воды, используемые человеком

Количество и тип примесей в воде зависит, в конечном итоге, от источника воды. Источники бывают подземными и поверхностными.

Подземные — это скважины и колодцы различной глубины. Как правило, вода, добываемая из подземных источников, бывает прозрачной и бесцветной. Она очищается от взвесей и бактерий, которые вобрала в себя на поверхности земли, так как каменистые и песчаные породы, через которые она проходит, служат естественными фильтрами для воды. В подземной воде обычно содержится много растворенных минеральных веществ, часто присутствуют повышенные концентрации железа (Fe) и марганца (Mn). Количество минеральных веществ в воде из разных скважин может сильно различаться, даже если эти скважины расположены близко друг от друга.В глубоких скважинах вода относительно одинакова в течение всего года. Состав воды из неглубоких колодцев и скважин, а также родников подвержен сильным изменениям, как сезонным, так и зависящим от каких-либо иных причин. Принято считать, что родниковые воды абсолютно чистые. Однако в иных родниках можно найти множество посторонних включений, особенно после сильных дождей. Более того, в них могут содержаться болезнетворные бактерии, попадающие с разлагающимися организмами или с отходами животноводческих комплексов. Поэтому родниковая вода не может использоваться в качестве питьевой без проведения периодических бактериологических исследований.

Поверхностные источники воды — это озера, реки, водохранилища, пруды. Эти водоемы получают воду непосредственно от атмосферных осадков, а также, она стекает в них с поверхности земли. Небольшая часть воды поступает в них из подземных родников. Вода, стекающая с сельскохозяйственных полей, впитывает в себя различные химические вещества, например удобрения или пестициды. Часто в водоемы сбрасываются промышленные и прочие сточные воды. Именно эти сточные воды являются наиболее опасным источником загрязнения. В период разливов, наводнений и т.д. из болот в проточную воду попадает большое количество органических веществ — результат разложения растений. Органические вещества вызывают в воде рост водорослей и бактерий. Растворенных минеральных веществ в поверхностных водах значительно меньше, чем в подземных. Однако в целом поверхностные воды более загрязнены и нуждаются в тщательной очистке для использования в общественных системах водоснабжения.

Наличие в воде растворенных солей кальция и магния придает ей свойство, называемое жесткостью воды. А как мы уже говорили, растворенные соли распадаются на ионы. Суммарная концентрация катионов кальция (Ca2+) и магния (Mg2+) определяет общую жесткость воды. Справедливости ради следует сказать, что все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Но на практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+). Таким образом, под жесткостью мы подразумеваем ионы кальция и магния. При взаимодействии солей жесткости со стиральными порошками, мылом, шампунями происходит образование так называемых «мыльных шлаков». Во-первых, в этом случае моющих средств расходуется гораздо больше, во-вторых — после высыхания «мыльные шлаки» остаются в виде налета на сантехнике, белье, на волосах, на нашей коже. Они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа. Поэтому кожа «скрипит» и приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы. Это очень выгодно многочисленным косметическим компаниям. Придуманы различные маркетинговые ходы, не подвергается сомнению, что без всего этого просто не обойтись. В рекламах моющих средств часто обращают наше внимание на их водородный показатель, но не это является решением проблемы. Для сохранения естественной защиты кожи нужно мыться мягкой водой. Вызывающее у некоторых раздражение чувство «мылкости» после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. Однако следует помнить, что очень мягкая вода может просто-таки «растворять» железные водопроводные трубы, поэтому если после умягчителя вода не сразу попадает в кран, то дальше следовать она должна по пластиковым трубам. Высокий уровень жесткости характерен для скважинной воды. Высокая жесткость придает воде горьковатый вкус и оказывает отрицательное воздействие на органы пищеварения. Поверхностные воды, как правило, менее жесткие и уровень жесткости в них заметно колеблется. В конце зимы он максимален, а в период половодья, когда в реку попадает много мягкой талой воды — минимален. Вообще качество воды в Оби подвержено сильным изменениям, как в любом поверхностном водоеме, использование фильтра для воды в Новосибирске, становится просто необходимо. Разная вода — разный ресурс фильтра, разная эффективность фильтрации. Заявленный ресурс обычно определяется по «средней» и довольно чистой воде. Содержание в воде катионов кальция и магния, можно определить с помощью лабораторного химического анализа. Этот показатель в России выражают в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). В других странах (например, в Германии или Америке) жесткость выражается в градусах:

1 мг-экв/л = 2,804 d(немецкий градус) = 50,05 ppm (американский градус)

Один немецкий градус соответствует 17.86 мг/л СаСО3 в воде.

Один американский градус соответствует 1 мг/л СаСО3 в воде.

0-1,5 мг-экв/л — очень мягкая вода

1,5-3 мг-экв/л — мягкая

3-6 мг-экв/л — умеренно жесткая

6-9 мг-экв/л — жесткая

> 12 мг-экв/л — очень жесткая

Когда вода умеренно жесткая, многие люди просто не обеспокоены этим. Но как только они начинают пользоваться мягкой водой, они сразу замечают разницу. По требованию Санитарных Правил и Норм (СанПиН) содержание солей жесткости в водопроводной воде не должно превышать 7 мг-экв/л.

Жесткость воды может быть уменьшена с помощью обработки гашеной известью Са(OH)2 и кальцинированной содой Na2CO3. Известь осаждает карбонаты, сода осаждает другие соли кальция и магния. Затем образовавшиеся осадки удаляются фильтрацией. Этот способ довольно эффективен, но совершенно не подходит для использования в домашних условиях. Он применяется на городских водозаборах в тех случаях, когда жесткость превышает допустимые нормы. Требует довольно громоздкого оборудования и больших финансовых затрат.

Смягчение воды в домашних условиях производится исключительно с помощью ионообменного оборудования. Это могут быть автоматические устройства, которые устанавливаются на входе водопровода в квартиру или коттедж и могут длительно работать, умягчая всю воду, поступающую в дом. Это могут быть специальные фильтрующие загрузки, засыпающиеся  в колбы многоступенчатых систем. Загрузка представляет собой специальную синтетическую ионообменную смолу. Ионообменные смолы применяются в водоочистке с 60-х годов, но особенное распространение получили с конца 80-х. Это такие шарики, изготовленные из специальных полимерных материалов, только для простоты называемые смолой, поверхность которых как бы «заряжена» какими-либо ионами (в бытовой водоочистке это чаще всего ионы натрия или водорода). Когда вода течет мимо этих шариков двухзарядные Ca2+ и Mg2+ легко замещают однозарядный Na+ либо водород H— это и есть ионный обмен.

Ионный обмен — это обмен ионов между смолой и водой. Ионы кальция и магния, являющиеся причиной жесткости, связываются смолой, ионы натрия или водорода попадают в воду. После того, как заняты все возможные «посадочные места» устройство или картридж уже не может больше смягчать воду. Его необходимо восстановить (регенерировать). Процесс регенерации — обратное замещение ионов жесткости, связанных в смоле, на ионы натрия или водорода. Если смола изначально была «заряжена» натрием — регенерация проводится в крепком растворе поваренной соли — NaCl. Почему процесс идет в обратную сторону? Все дело в концентрации. Ионов натрия в насыщенном растворе соли настолько много, что они просто вытесняют ионы кальция и магния. При использовании смолы, «заряженной» ионами водорода, эти ионы водорода попадают в воду, заменяя в ней ионы кальция и магния. Но в воде, как мы уже говорили, содержатся и свои ионы водорода. Следовательно, их концентрация становится больше, изменяется значение рН — вода немного подкисляется. Теперь нужно вспомнить, чем легче всего убрать накипь со спирали чайника. Чаще всего мы пользуемся либо уксусом, либо лимонкой. То есть нерастворимый в обычной воде осадок растворяется в подкисленной воде. Более того, если в подкисленной воде содержится немного карбонатной жесткости, то даже при кипячении она не выпадает в осадок. Различают катионообменные смолы, производящие обмен катионов, все вышеизложенное относится именно к ним, и анионообменные, с помощью которых можно извлекать из воды анионы, такие как хлорид-ионы, сульфат-ионы, нитрат-ионы и др.Очень важно понимать, что любая ионообменная смола имеет свою емкость, то есть количество единиц жесткости, которое может извлечь из воды 1 литр смолы. Емкость смолы от разных производителей может отличаться друг от друга и составляет от 1000 до 2500 мг-экв на 1 литр смолы.

Железо существует в природе в различных формах, а также в виде различных сложных химических соединений:

  • Элементарное железо Fe0. Элементарное или металлическое железо, безусловно, нерастворимо в воде. В присутствии влаги и кислорода воздуха окисляется до трехвалентного, образуя нерастворимый оксид Fe2O3(процесс, известный в быту как «ржавление»).
  • Двухвалентное железо Fe2+. Почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи (при определенных редко встречающихся в природной воде уровнях рН), когда гидроксид железа Fe(OH)2способен выпадать в осадок.
  • Трехвалентное железо Fe3+. Гидроксид железа Fe(OH)3 нерастворим в воде (кроме случая очень низкого рН). Хлорид FeCl3 и сульфат Fe2(SO4)3 трехвалентного железа – растворимы и могут не подвергаться гидролизу даже в слабощелочных водах.
  • Органическое железо. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению.

Различают следующие виды органического железа:

  • Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий способны использовать энергию растворенного железа в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии.
  • Коллоидное железо. Коллоиды – это нерастворимые частицы очень малого размера (менее 1 микрона), в силу чего они трудно поддаются фильтрации на гранулированных фильтрующих материалах. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга, препятствуя их укрупнению) создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии.
  • Растворимое органическое железо. Также как, например, полифосфаты способны связывать и удерживать в растворе кальций и другие металлы, некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Примером такого связывания может служить удерживающая железо порфиритовая группа гемоглобина крови или удерживающий магний хлорофилл растений. Так, прекрасным хелатообразующим агентом является гуминовая кислота, играющая важную роль в почвенном ионообмене.

Необходимо только отметить, что «беда никогда не ходит одна» и на практике почти всегда встречается сочетание нескольких или даже всех видов железа. Учитывая, что нет единых утвержденных методик определения органического, коллоидного и бактериального железа, то в деле подбора эффективного метода (скорее комплекса методов) очистки воды от железа очень много зависит от практического опыта фирмы, занимающейся водоочисткой. К сожалению, очень часто достаточно очевидные стандартные методы не работаю в, казалось бы, простой ситуации. Решить проблему можно, подобрав необходимые системы водоочистки