 |
Глава 11. Характеристика водных ресурсов и их использование
|
|
|
|
СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ ВОД
Вода занимает особое место среди всех соединений в смысле пер- востепенной ее важности в самых разнообразных процессах и явлениях живой и неживой природы, а также в практическом использовании ее человеком.
Запасы воды на Земле исчисляются примерно в 1400 млн.км3, около 98 % из них являются солеными. Большая часть пресной воды,
доля которой и так невелика, труднодоступна для использования ее че- ловеком, так как сосредоточена в ледниках на южном и северном по- люсах нашей планеты, вершинах гор и водоносных слоях под землей. Ежегодный объем потребления пресной воды в мире составляет 3900 млрд. м3, около половины его теряется безвозвратно, другая половина превращается в сточные воды.
Качественный и количественный состав природных вод формиру- ется под влиянием естественных процессов. В зависимости от степени минерализованности воды делятся на пресные (содержание солей ме- нее 1 г/л), солоноватые (1-10 г/л), соленые (10-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л). По преобладающему аниону различают воды карбонатные (гидрокарбонатные), сульфатные и хлоридные.
Жесткость природных вод обусловлена присутствием в них солей кальция и магния и выражается концентрацией ионов Са2+ и Mg2+ в ммоль-экв/л (мг-экв/л). Общая жесткость воды подразделяется на кар- бонатную и некарбонатную. Карбонатная связана с наличием в воде карбанатов и бикарбонатов кальция и магния, а некарбонатная - ос- тальных солей этих катионов (сульфатов, нитратов, хлоридов и др.).
Природные воды принято делить на три вида, сильно различаю- щиеся по наличию примесей. Атмосферные - воды дождевых и снего- вых осадков - характеризуются сравнительно небольшим количеством примесей, главным образом, растворенными газами, и почти не содер- жат растворенных солей, в частности, кальция и магния (мягкая вода).
|
|
|
Поверхностные воды - речные, озерные, морские, ледниковые - имеют значительно более широкую гамму примесей, в том числе дву- углекислые соли кальция, магния, натрия, калия, а также сернокислые и хлористые соли от ничтожных количеств до полного насыщения.
Подземные - воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гей- зеров - характеризуются разнообразием состава растворенных солей,
которые зависят от состава и структуры почв и горных пород, через которые просачиваются атмосферные и поверхностные воды, образуя подземные водоемы. Фильтрующая способность почв и горных пород обуславливает высокую прозрачность вод и отсутствие в них примесей органического происхождения.
Вода находится на Земле одновременно в трех агрегатных со- стояниях (жидкость, пар и твердое - лед), что делает нашу планету уникальной. Водяной пар задерживает тепловое излучение с поверхно- сти Земли, но пропускает солнечные лучи, что способствует смягче- нию климата. Лед легче воды и не тонет, что не позволяет промерзать водоемам до дна и сохранить в них жизнь зимой.
Физические свойства воды в большинстве своем уникальны и резко выражены по сравнению с такими же свойствами других ве- ществ. Вода имеет самую высокую по сравнению с другими жидкостя- ми теплоемкость, удельную теплоту парообразования, теплопровод- ность. Следствием этих свойств является медленное нагревание и ох- лаждение воды, что в значительной мере и определяет ее воздействие на климат нашей планеты.
Вода имеет высокую диэлектрическую проницаемость, что обес- печивает длительное пребывание веществ в растворенном состоянии и приводит к тому, что в биосфере вода никогда не бывает чистой.
Одним из важнейших свойств воды является ее способность к об- разованию растворов, что связано с особенностями строения воды. Молекула воды характеризуется значительной полярностью, образуя диполь. Это позволяет молекулам воды соединяться друг с другом в агрегаты и в итоге структуры различной плотности упаковки. Вода яв- ляется универсальным растворителем, что сыграло важнейшую роль в формировании состава природных вод.
|
|
|
По химическим свойствам вода представляет собой реакционно- способное вещество, вступающее в реакции с соединениями различных классов - галогенами, щелочными металлами, атомарным кислородом и др.
В отличие от других естественных богатств вода находится в не- прерывном движении, совершая круговорот в природе, который связы- вает воедино все воды Земли и делает их ресурсы практически неис- черпаемыми. Началом круговорота является ее испарение с поверхно- сти морей, океанов и континентов, происходящее под действием сол- нечной энергии и создающее атмосферную влагу. Часть испарившейся воды переносится воздушными течениями на большие расстояния и выпадает в виде дождя или снега, питая реки, озера, подземные воды, поглощаясь почвой. В итоге вода возвращается в моря и океаны и про-
цесс повторяется. Вследствие круговорота в гидросфере происходит постоянный обмен водных масс.
ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫ
Основными категориями потребителей вода расходуется:
1) на хозяйственно-питьевые нужды населения, 2) в сельском хо- зяйстве, 3) для промышленности. Кроме того, вода используется для целей гидроэнергетики, здравоохранения, транспорта, рекреации, лес- ного хозяйства, пожарной безопасности и иных целей.
Классификация вод по основному целевому назначению приведе- на на рисунке 11.1.
 |
Рис. 11.1. Классификация вод по целевому назначению
Хозяйственно-питьевая вода должна быть безвредна для здоровья человека, иметь хорошие органолептические показатели и быть при- годной для использования в быту. Качество такой воды регламентиро- вано ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая”, в котором приводится целый ряд показателей. Среди них мутность, цветность, запахи, привкусы, рН, общая жесткость, содержание различных элементов (железо, марганец, медь, цинк, алюминий, мышьяк, молибден и др.), анионов (нитраты, фтор, сульфаты, хлориды, полифосфаты).
|
|
|
Требования к воде для сельскохозяйственных нужд обусловлены целями, для которых она предназначена. Например, для нужд живот- новодства требуется вода с минерализацией до 3 г/л, на орошение ка- чество воды не нормируется, но она не должна вызывать засоление почвы.
В промышленности (техническая) вода служит для технологиче- ских и энергетических целей, а также для охлаждения.
Технологическую воду подразделяют на средообразующую, про- мывающую и реакционную. Вода может служить в качестве химиче- ского реагента или промышленного сырья; среды, в которой протекают те или иные химические реакции. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства. Промываю- щая вода применяется для промывки газообразных, жидких и твердых продуктов и изделий в таких процессах, как, например, абсорбция, экс- тракция. В этом случае требования к воде определяются технологией производства.
Технологическая вода непосредственно контактирует с продук- тами и изделиями и поэтому загрязняется в большей степени по срав- нению с другими видами вод.
Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагрева оборудования, помещений, продуктов, она обязательно подвергается специальной обработке. Эта вода не должна содержать примесей, вы- зывающих образование накипи, вспенивания котловой воды, унос со- лей с паром и коррозию металла. Основные требования к ней: предель- но малые значения общей жесткости, растворенного кислорода, мини- мальное солесодержание, отсутствие взвешенных веществ и соедине- ний кремния.
Наибольшее количество воды в промышленности (65-80 %) ис- пользуется для охлаждения жидких и газообразных продуктов в тепло- обменных аппаратах. Эта вода должна быть стабильной, иметь малую карбонатную жесткость, предельно малые концентрации ионов железа и сероводорода, иметь минимальное количество биологических загряз- нений и не содержать грубых взвешенных частиц. Охлаждающая вода не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается.
|
|
|
В соответствии с назначением воду в системах производственно- го водообеспечения можно подразделить также на четыре категории:
· вода I категории используется для охлаждения жидких и кон- денсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом, вода нагревается и практически не загрязняется;
· вода II категории служит в качестве среды, поглощающей и транспортирующей растворимые и нерастворимые примеси без на- грева, вода загрязняется, но не нагревается (гидротранспорт, обо- гащение полезных ископаемых);
· вода III категории используется также как среда, поглощающая и транспортирующая механические и растворенные примеси, но подвергается нагреву (улавливание и очистка газа, гашение кокса и т.п.);
· вода IV категории служит в качестве экстрагента и растворите- ля реагента, например, при флотационном обогащении полезных ископаемых.
Для получения исходной воды с заданными потребителями свой- ствами необходима предварительная очистка или обработка воды.
Обработка воды с целью сделать ее пригодной для питья, хозяй- ственных или производственных целей представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее пер- воначального состава. Под обработкой воды понимают не только ее очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиента- ми.
Все многообразие методов обработки воды можно подразделить на следующие основные группы:
1) улучшение органолептических свойств воды (осветление,
обесцвечивание, дезодорация и др.);
2) обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование,
озонирование, обработка ультрафиолетовыми лучами и т.п.);
3) кондиционирование минерального состава (фторирование и обесфторивание, обезжелезивание и деманганация, умягчение и обес- соливание и др.).
Метод обработки воды выбирают на основе предварительного изучения состава и свойств воды источника и их сопоставления с тре- бованиями потребителя. Выбор метода производят по данным технико- экономического анализа, руководствуясь минимальными затратами и высоким технологическим эффектом.
Количество воды, подаваемой на производственные нужды, должно соответствовать технологическим требованиям с учетом его влияния на выпускаемую продукцию и обеспечения надлежащих сани- тарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала.
Определение количества воды, необходимой потребителю, осу- ществляется по удельным нормам водопотребления.
|
|
|
Нормой водопотребления считается целесообразное количество воды, необходимое для производственного процесса, установленное (или рекомендуемое) на основании передового опыта или научно- обоснованного расчета.
В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии: производственные, хозяйственно-питьевые, бытовые и т.п.
Средние удельные расходы воды на производство некоторых ви- дов продукции (нормы водопотребления) приведены в табл.11.1.
Таблица 11.1
Удельные расходы воды на производство различных видов продукции
| Вид продукции или технологический процесс | Расход воды, м3/т продукта |
| Переработка нефти | 15-25 |
| Производство:стали | 220-245 |
| чугуна | 250-300 |
| никеля | |
| Получение:серной кислоты | |
| каустической соды | 95-115 |
| синтетического волок- | 2500-5000 |
| на | 500-1000 |
| пластмассы | 400-800 |
| бумаги и картона | 2-13 |
| цемента |
Промышленные предприятия потребляют воду исходя из харак- тера и объема производства, состава исходного сырья и получаемого продукта, роли воды в технологических процессах, условий использо- вания воды и ее физико-химических показателей, схемы водоснабже- ния.
Наиболее крупными производственными потребителями воды яв- ляются металлургические и нефтеперерабатывающие заводы, тепло- электростанции, предприятия химической и целлюлозно-бумажной промышленности.
|
|
|
