2.5. Основные источники и характеристики воды
Вода занимает важное место в жизни и деятельности человека. Распространение воды: 97,57% – в мировом океане, 2,14% – в высокогорных ледниках и полярных льдах, 0,29% – в реках и озерах, в водяных парах атмосферы – около 0,001%. Примерно 7% массы земной коры составляют подземные воды.
Для бытовых и промышленных нужд применяется только пресная вода (содержание солей до 1 г/л), составляющая 3% всех запасов воды.
Расход воды на душу населения в крупных городах США и Европы составляет 600-700л в сутки, в развивающихся странах – 50 л.
В воде содержатся почти все элементы системы Менделеева. Ее обшая масса 1,4х1018 т, в ней содержится 2,8 млрд. т урана. Если извлечь из нее только 0,01% содержащегося урана, то его хватит на 100 лет для выработки электроэнергии для всего человечества.
Качество воды определяется ее химическими и физическими характеристиками, такими как жесткость, общее солесодержание, прозрачность, окисляемость и др. Для питьевых нужд большое значение имеет количество токсичных примесей (мышьяк, стронций, радий, радиактивный уран), содержание микробов, запах, цвет и вкус. Для технических нужд важны показатели жесткости, содержание солей, механических примесей.
Жесткость воды характеризуется содержанием в ней солей кальция и магния. Различают жесткость воды трех видов: временную, постоянную и общую.
Временная (устранимая) жесткость характеризуется содержанием в воде бикарбонатов кальция и магния, которые легко удаляются из воды простым кипячением. Бикарбонаты переходят в нерастворимые углекислые соли и выпадают в виде плотного осадка.
Постоянная жесткость воды связана с присутствием в ней хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния. Эти соли не удаляются при кипячении воды. Временная и постоянная жесткость в сумме дают общую жесткость. Вода имеет жесткость, равную единице, если в литре ее содержится 1 мг-экв ионов кальция или магния. Жесткость вызывает агресивность по отношению к бетону. При содержании 250 млг/л сульфатных ионов наступает разрушение бетонного камня.
Общее солесодержание или сухой остаток – масса вещества, оставшегося после испарения воды и высушивания полученного остатка при 105...110°С до постоянной массы. Сухой остаток выражается в миллиграммах на 1 литр воды.
Прозрачность воды определяется толщиной слоя воды, через который можно различить крест или шрифт определенного размера (без или с помощью фотоэлемента). В открытых районах Черного моря она равна 24...28 м.
Окисляемость воды определяется массой (в миллиграммах) перманганата калия, взаимодействующего с 1 л воды при кипячении в течение 10 минут.
Кислотность или щелочность воды характеризуется концентрацией водородных ионов или величиной pH = – 1g [H+, моль/л].
При pH = 6,5 – 7,5 вода считается нейтральной, при pH < 6,5 воду называют кислотной, при pH > 7,5 – щелочной.
И
Рис. 2.6.
Фазовая диаграмма воды Лед
Водяной
пар
Например, при определенных значениях темпера-туры и давления, которое соответствует точкам диаг-раммы в плоскости, огра-ниченной кривыми ВТ и СТ, вода существует только в жидком состоянии, в точках ниже кривых АТ и ТС – в виде пара.
Точки на кривых соответствуют условиям, при которых две смежные фазы находятся в равновесии.
Две точки на диаграмме вызывают особый интерес. Точка Т (0,01оС и 6,03·10-4 МПа) называется тройной точкой, где в равновесии находятся одновременно три фазы: пар, вода и лед. Точка С (347оС и 22,0 МПа) называется критической. При температуре свыше 374оС пар воды нельзя преобразовать в жидкость при увеличении давления. Иными словами, при температуре и давлении свыше чем в точке С, пар и жидкость воды не различаются. Между ними не существует фазовой линии.
Диаграмма состояния воды играет исключительно важную роль при проектировании и эксплуатации паровых котлов, энергетических турбин энергосистем, автоклавов и т.д.