Скачать презентацию Состав природной воды Изотопы Вследствие существования изотопов водоро Скачать презентацию Состав природной воды Изотопы Вследствие существования изотопов водоро

1. Состав и свойства природных вод.ppt

  • Количество слайдов: 40

Состав природной воды. Изотопы Вследствие существования изотопов водоро да и кислорода молекулярная масса воды Состав природной воды. Изотопы Вследствие существования изотопов водоро да и кислорода молекулярная масса воды может отличаться от 18. В природной воде найдены три изотопа водорода и три изотопа кислорода. Ис кусственно созданы два изотопа водорода и пять изотопов кислорода. Теоретически сегодня можно говорить о 135 различных видах воды. Но только девять из них устойчивые. Соотношение этих стабильных изотопов в при родной воде, % мол. : 1 Н 16 О 2 99, 73; 1 Н 218 О 0, 20; 1 Н 217 О 0, 04; 1 Н 2 Н 16 О ~0, 03%. Другие изотопы присутствуют в ничтожном количестве.

Плотность – отношение массы жидкости к занимаемому ею объёму. Наибольшая плотность пресной воды будет Плотность – отношение массы жидкости к занимаемому ею объёму. Наибольшая плотность пресной воды будет при 40 С. Плотность чистой воды при температуре 150 С и атмосферном давлении составляет 999 кг/м 3. Плотность природной воды зависит от содержания растворенных веществ. Например, морская вода с концентрацией солей 35 г/л имеет среднюю плотность 1028, 1 кг/м 3 при 00 С (изменение солесодержания на 1 г/л изменяет плотность на 0, 8 кг/м 3).

Удельный вес (Н/м 3) – отношение веса жидкости к занимаемому ею объему , . Удельный вес (Н/м 3) – отношение веса жидкости к занимаемому ею объему , . Относительный вес ( ) – безразмерная величина, равная отношению веса жидкости к весу дистиллированной воды, взятой в том же объеме при температуре 40 С. Относительный вес зависит от температуры и давления.

Способность жидкости обратимым образом изменять свой объём под действием всестороннего давления называется сжимаемостью. Сжимаемость Способность жидкости обратимым образом изменять свой объём под действием всестороннего давления называется сжимаемостью. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия р=∆ /( ∆р)= ∆V/( V∆р).

Величина, обратная коэффициенту объёмного сжатия, называется модулем объёмной упругости жидкости Еж=1/βр. =ρ∆р/∆ρ. Модуль объёмной Величина, обратная коэффициенту объёмного сжатия, называется модулем объёмной упругости жидкости Еж=1/βр. =ρ∆р/∆ρ. Модуль объёмной упругости существенно зависит от количества газа, содержащегося в этой жидкости Е 0/Еж =1+ opа. Eo/p 2=1+ max RTE 0/p 2, где 0 и max объемное и массовое содержание нерастворенного газа в жидкости; Р давление в жидкости; Ра – атмосферное давление; Е 0 – модуль объемной упругости чистой жидкости, не содержащей нерастворенного газа.

Тепловое расширение представляет собой изменение объема тел при нагревании. Величина теплового расширения характеризуется температурным Тепловое расширение представляет собой изменение объема тел при нагревании. Величина теплового расширения характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения t, который равен приращению единицы объема тела при нагревании на 10 о. С t= V/(V t)= /( t).

Вязкость свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее частиц. Вязкость оценивается динамическим коэффициентом Вязкость свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее частиц. Вязкость оценивается динамическим коэффициентом вязкости = /(du/dn), где касательное напряжение на элементарной площадке, лежащей на поверхности соприкасающихся слоев движущейся жидкости; du/dn производная скорости U по нормам n к рассматриваемым слоям жидкости. Динамический коэффициент вязкости измеряется в Па·с (Нс/ м 2), или в пуазах: 1 П=100 с. П=0, 1 Па·с.

Отношение к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости и измеряется в м 2/с: = Отношение к плотности жидкости называется кинематическим коэффициентом вязкости и измеряется в м 2/с: = /. Часто встречаются другие единицы измерения , так называемые стоксы: 1 м 2/с=104 Ст.

С повышением температуры вязкость уменьшается. Для чистой пресной воды зависимость вязкости от температуры может С повышением температуры вязкость уменьшается. Для чистой пресной воды зависимость вязкости от температуры может быть выражена формулой =1775 10 9/(1+0, 0337 t + 0, 000221 t 2) o(1+0, 0158 t) 2, где t температура, 0 С o вязкость воды при 00 С, равная 179 10 8 м 2/с. Давление также оказывает воздействие на вязкость воды. При умеренном давлении и низкой температуре вода становится менее вязкой, чем другие жидкости. Это объясняется разрушением молекулярной структуры воды. При увеличении давления вода принимает структуру жидкости, на которую внешние воздействия не оказывают влияния; в этом случае вязкость воды начинает возрастать с повышением давления.

При наличии в жидкости твердой взвеси, она характеризуется эффективной вязкостью , отличной от вязкости При наличии в жидкости твердой взвеси, она характеризуется эффективной вязкостью , отличной от вязкости основной жидкости 0: = 0(1+2, 5 S+98 S 1, 5), где S консистенция гидросмеси, т. е. долевое содержание в ней твердых частиц (отношение мутности смеси к плотности мелкодисперсной фазы).

Растворимость газа в жидкости подчиняется закону Генри, по которому количество газа, способного растворяться, пропорционально Растворимость газа в жидкости подчиняется закону Генри, по которому количество газа, способного растворяться, пропорционально коэффициенту растворимости каждого газа, концентрации Sr газа в газовой фазе и общему давлению р газовой фазы над водой. Объём растворяющегося газа будет равен V= Srp. Растворимость газа обычно выражают коэффициентом Бунзена , т. е. объёмом газа в мг (при 00 С и 101323 Па), растворённого в 1 мл растворителя при данном давлении газа над жидкостью и данной температуре. Умножая коэффициент Бунзена на плотность газа при 00 С, получим количество растворённого газа в единицах массы при данном давлении.

Масса растворённого газа изменяется пропорционально давлению жидкости, а объём этого газа практически не изменяется. Масса растворённого газа изменяется пропорционально давлению жидкости, а объём этого газа практически не изменяется. Ангидриды (CO 2, SO 2) и различные кислоты (HCl), растворяясь в воде, вступают в реакцию с ней. Поэтому коэффициент растворимости этих соединений намного выше, чем у других газов. Например, коэффициенты растворимости при 100 С для N 2=0, 018; O 2=0, 038; CO 2=0, 194; H 2 S=3, 39.

Растворимость газов в растворах солей уменьшается с увеличением концентрации соли согласно уравнению Сеченова N Растворимость газов в растворах солей уменьшается с увеличением концентрации соли согласно уравнению Сеченова N =N 10 к. Sэ, где N и N содержание газа в минирализованной и чистой воде; Sэ концентрация соли в растворе, выраженная в эквивалентной форме (мг экв/л); к коэффициент Сеченова (высаливания), зависящий от природы газа и соли, температуры и давления.

Поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды испытывают действие межмолекулярного притяжения с одной стороны. Так Поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности воды испытывают действие межмолекулярного притяжения с одной стороны. Так как у воды силы межмолекулярно го взаимодействия аномально велики, то каждая «плавающая» на поверхности воды молекула как бы втягивается внутрь слоя воды. У воды поверхностное натяжение равно 72 м. Н/м при 25°С. В частности, этим свойством объясняется шаровая форма воды в условиях невесомости, поднятие воды в почве и в капиллярных сосудах деревьев, растений и т. д.

Показатели состава воды Показатели состава воды

Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды.

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутствует), слабая опалесценция, слабомутная, мутная и сильная муть. В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0 40 НЕФ (NTU), например для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измере ние единиц мутности поформазину (ЕМФ). Пределы измерений 40 400 ЕМФ. Индикатор по НЕФ (NTU) рассеивание излучения, по ЕМФ ослабление потока излучения.

Степень прозрачности часто используют для измерения содержания определённых видов примесей и эффективности очистки. Прозрачность Степень прозрачности часто используют для измерения содержания определённых видов примесей и эффективности очистки. Прозрачность выражается толщиной слоя воды (см), через который ещё возможно чтение стандартного шрифта (прозрачность по Снеллену) или различение креста.

Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы: естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др. ); искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод). Запахи второй группы (искусственного проис хождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т. д.

Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый. Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений привкуса Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый. Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений привкуса выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький сульфатом магния, кислый избытком свободного диоксида углерода и т. д. Порог вкусового восприятия соленых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: Na. CI 165; Ca. Cl 2 470; Mg. CI 2 135; Mn. CI 2 1, 8; Fe. CI 2 0, 35; Mg. SO 4 250; Ca. SO 4 70; Mn. SO 4 15, 7; Fe. SO 4 1, 6; Na. HCO 3 450. По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды: катионы: NH 4+ > Na+ > K+; Fe 2+ > Mn 2+ > Mg 2+ > Ca 2+; анионы: ОН > NO 3 > CI > HCO 3 > SO 42 .

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами. Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов

Минерализация суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды мине ральных веществ. Минерализация природных Минерализация суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды мине ральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность,

Электропроводимость это численное выра жение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость воды Электропроводимость это численное выра жение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость воды зависит в основном от концентрации раство ренных минеральных солей и температуры. Мине ральную часть воды составляют ионы. Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+, Cl-, SO 42 -, HCCy. Этими ионами и обусловли вается электропроводимость природных вод. При сутствие других ионов, например Fe 3+, Fe 2+, Mn 2+, Al 3+, NO 3 -, HPO 42 -, H 2 PO 4", не сильно влияет на электропроводимость, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно бытовых сточных вод). По значениям электропроводимости можно приближенно судить о минерали зации воды.

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са 2+), магния (Mg 2+), стронция Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са 2+), магния (Mg 2+), стронция (Sr 2+), бария (Ва 2+), железа (Fe 3+), марганца (Mn 2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех дру гих перечисленных ионов и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбо натов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов. По стандарту ИСО 6107 1 8: 1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом. В России жесткость воды выражают в ммоль/л. В жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло» , образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, обра зование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически до 530. Но, конечно, основные неприятности от накипеобразования. Международные своды нормативов качества воды не нормируют жесткость воды только отдельно содержание в воде ионов кальция (Са 2+) и магния (Mg 2+): нормы качества питьевой воды Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), такие же нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ИСО, а также Национальные нормы питьевой воды США.

Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбо натная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, р. Н которых обычно < 8, 35, зависит от присутствия в воде бикарбо натов, карбонатов, иногда игуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды. Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

Спектр органических примесей очень широк: ♦ группа растворенных примесей: гуминовые кислоты и их соли Спектр органических примесей очень широк: ♦ группа растворенных примесей: гуминовые кислоты и их соли гуматы натрия, калия, аммония; некоторые примеси промышленного происхождения; часть аминокислот и белков; ♦ группа нерастворенных примесей: фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли гуматы кальция, магния, железа; жиры различного происхождения; частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области. Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.

Окислители могут действовать и на неоргани ческие примеси, например, на ионы Fe 2+, S Окислители могут действовать и на неоргани ческие примеси, например, на ионы Fe 2+, S 2 , NO 2 , но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше. В подземных водах (артезианских) это соотношение обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально. Если содержание указанных восстановителей суммарно меньше 0, 1 ммоль/л, то ими можно пренебречь, в иных случаях нужно вносить соответствующие поправки. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК). Окисляемость перманганатная измеряется мг. О/л, если учитывается масса иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики» , или мг КМп. О 4/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики» Окисляемость бихроматная, мг. О/л, показатель, дающий более правильное представление о содержании в воде органических веществ, так как при определении ХПК окисляется около 90% органических примесей, а при определении перманганатной окисляемости 30 50%.

n. ХПК количество кислорода (или окислителя в пересчете на кислород) в мг/л, необходимое для n. ХПК количество кислорода (или окислителя в пересчете на кислород) в мг/л, необходимое для полного окисления содержащихся в пробе сточных вод органических веществ, при котором углерод, водород, сера, фосфор и другие элементы (кроме азота), если они присутствуют в органическом веществе, окисляются соответственно до СО 2, Н 2 О, Р 2 О 5, SО 3, а азот превращается в аммонийную соль. В англоязычной литературе ХПК обозначают термином COD (Chemical Oxygen Demand), в немецкой литературе CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf). При анализе ХПК наиболее надежные результаты получаются при ХПК = 300 600 мг. О/л. При этом анализе окисляются ионы Br , J , NO 2 , некоторые соединения серы и др.

n. БПК количество кислорода в мг/л, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды n. БПК количество кислорода в мг/л, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов При определении БПК 5 (температура воды 20°С, р. Н=6 8, обеспечен достаточный доступ кислорода к пробе воды) окисляется примерно 70% легкоокисляющихся органических веществ, за 10 20 сут соответственно 90 и 99% (как правило, но не всегда). Поэтому, когда определяют БПКполн, имеют в виду, что процесс окисления длится 15 20, в редких случаях до 35 сут.

Зависимость БПК от продолжительности экспозиции Зависимость БПК от продолжительности экспозиции

Общий органический углерод Содержание общего органического углерода (ООУ, по зарубежным источникам TOCTotal Organic Carbon) Общий органический углерод Содержание общего органического углерода (ООУ, по зарубежным источникам TOCTotal Organic Carbon) достаточно надежный показатель содержания в воде органических веществ, в среднем численно равный 50% массы органических веществ. В природных поверхностных водах значения органического углерода могут колебаться от 1 до 20 и даже до нескольких сотен мг/л (в болотистых водах).

Растворенный кислород Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом Растворенный кислород Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.