1. КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА
ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

1.1. Природные воды

1.1.1. Характеристика источников водоснабжения

Вода - самое распространенное в природе вещество, на ее долю приходится около 71 поверхности Земли. Вода представлена в литосфере, гидросфере, на суше в виде подземных вод, ледников, озер, почвенных вод, рек. В земной атмосфере содержится по различным оценкам [14, 15] 14,5-15 тыс. км³ воды, что составляет 0,0005 общего запаса свободной воды. Казалось бы, о каком дефиците воды может идти речь? Количество пресной воды оценивается в 35 млн. км³. Ежегодно на земную поверхность выпадает примерно 120 тыс. км³ пресной воды в виде дождя, снега, града. Однако существует несколько причин, обусловивших возникновение "водного голода". Подавляющая часть пресной воды является труднодоступной для людей, т.к. она в основном находится в полярных ледниках и водоносных слоях под землей. Другой причиной дефицита воды является неравномерность распределения водных ресурсов по земной поверхности. Запас пресных поверхностных вод по России составляет около 30 тыс. км³, а потребление - 4270 км³ в год, что на одного человека в среднем составляет 29 тыс. м3 в год, тогда как в мире - 8,1 тыс. м³ в год [268]. По Волгоградской области на одного человека приходится 2,05 тыс. м³ в год [17].

Природные воды по своему составу весьма разнообразны. В состав воды входят соли - в виде ионов, молекул и комплексов, органические вещества - в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии, газы - в виде молекул и гидратированных соединений, диспергированные примеси, гидробионты (планктоны, бентос, нейстон, пагон), бактерии, вирусы. Таким образом, природная вода представляет собой сложную, постоянно изменяющуюся систему, содержащую минеральные и органические вещества, находящиеся во взвешенном, коллоидном и истинно растворенном состоянии, а также газы.

В большинстве случаев природная вода имеет атмосферное происхождение - дождевая вода. Наиболее свободной от примесей является вода в атмосфере. Она содержит газы и сравнительно небольшое количество примесей, образующихся при растворении в ней твердых частиц (пыли) в атмосфере. Состав грунтовых, озерных, речных, морских и океанских вод

7

может изменяться в широких пределах в зависимости от состава почв, пород, растительного мира, с которыми вода контактирует. Например, вода океанов содержит около 3,5 % растворенных веществ; Черного моря -1,6%, а Балтийского - 0,6 %. Количество взвешенных веществ в поверхностных водоисточниках изменяется от 101 до 104 мг/л. Содержание солей в речных водах достигает 1500 мг/л и более (для южных рек); органических веществ - 180 мг/л и более (для северных рек). В воде озер содержание солей варьируется от 30 мг/л (Ладожское озеро) до 6000 мг/л (Иссык-Куль) и выше, а количество органических веществ достигает 100 мг/л и более. Разнообразен ионный состав воды. Так, главные составляющие морской воды - ионы С1^- (55 %) и Na⁺ (30,6 %), а также катионы: Mg₂⁺ (3,7 %), Са₂⁺ (1,16 %), К⁺ (1,1 %); анионы: (SO₄)²- (7,7 %), НСО₃- (0,4 %), Вr^- (0,2 %).

В грунтовых и родниковых водах находятся главным образом ионы Са₂⁺, Mg₂⁺, НСО₃^-, C1^-, SO₄^2-, Na⁺, а также Fe²⁺, Mn²⁺ и другие. В состав речных вод входят те же ионы, но НСО3~ содержится в меньшем количестве, так как гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с выделением углекислого газа. Из газов в природной воде растворены О₂, N₂, CO₂, иногда H₂S и NH₃. Кислород и азот попадают в воду при растворении из воздуха, сероводород и аммиак обычно образуются в результате гниения органических веществ. В отличие от поверхностных, подземные воды отличаются небольшим количеством органических веществ, и, значит, содержанием минеральных солей. Подземные воды часто имеют значительную жесткость и повышенное содержание железа, марганца, фтора. Таким образом, природные воды сильно различаются как по общему содержанию растворенных солей, так и по относительному содержанию различных ионов. Это различие может существенно отражаться на свойствах воды, важных для той или другой области ее применения: промышленности, бытовых нужд, науки и техники. Оно сильно влияет, в частности, на корродирующее действие воды, т.е. на характер и интенсивность процессов коррозии металлов, бетона и некоторых природных каменных материалов. В табл. 1.1 приведена классификация примесей воды, основанная на их фазовом состоянии и дисперсности, и методы их удаления для соответствия ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" [16].

В жизнедеятельности человека природная вода находит широкое применение в промышленности, быту, науке и технике, поэтому выбраны определенные требования к ее качеству [18-20].

8

Таблица 1.1

Классификация примесей воды и методы их удаления

Система	Группа, размер частиц дисперсной фазы, см	Характеристика примесей	Методы удаления
1	2	3	4
Гетерогенная	I 10-2-10-4	Взвеси (суспензии и эмульсии, обусловливающие мутность воды, а также микроорганизмы и планктон)	Механическое безреагентное разделение. Окисление хлором, озоном и др. Адгезия на гидроксидах алюминия или железа, а также на зернистых и высокодисперсных материалах. Флотация суспензий и эмульсий. Адгезия флокулянтами. Бактерицидное воздействие на патогенные микроорганизмы и споры. Электрофильтрация и электроудерживание микроорганизмов
	II 10-5-10-6	Коллоидные растворы и высокомолекулярные соединения, окисляемость и цветность воды, а также вирусы	Диализ, ультрафильтрация. Окисление хлором, озоном и др. Адгезия на гидроксиде алюминия или железа, а также на высокодисперсных глинистых материалах. Коагуляция коллоидных систем. Агрегация высокомолекулярными флокулянтами катионного типа. Вирулицидное воздействие. Электрофорез и электродиализ
Гомогенная	III 10-6-10-7	Молекулярные растворы (газы, растворимые в воде органические вещества, придающие ей запахи и привкусы)	Аэрация, эвапорация, десорбция газов и летучих органических соединений при аэрировании. Окисление хлором, оксидом хлорa(IV), озоном, перманганатом калия. Адсорбция на активированных углях и других материалах. Экстракция органическ. растворителями. Ассоциация молекул. Биохимическое разложение. Поляризация в электрическом поле

Продолжение таблицы 1.1

IV 10-7-10-8

Ионные растворы (соли, кислоты, основания, придающие воде минерализо-ванность, кислотность или щелочность)

Гиперфильтрация. Перевод ионов в малодиссоциированные соединения. Фиксация ионов на твердой фазе ионитов. Сепарация ионов при различном фазовом состоянии воды. Перевод ионов в малорастворимые соединения. Микробное выделение ионов металлов. Использование подвижности ионов в электрическом поле.

9