Оценка пригодности природной воды в качестве питьевой по формуле

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

Оценка пригодности природной воды в качестве питьевой по формуле

Природные воды – все воды земного шара как планеты. В природных условиях вода не встречается в химически чистом виде. Она представляет собой раствор, часто сложного состава, который включает газы (O2 , CO2 , H2S, CH4 и др.), органические и минеральные вещества. В природных водах обнаружено подавляющее большинство химических элементов. Наиболее распространенные ионы: Na+ , Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ , Fe3+ , Cl - , SO , HCO, NO, а также кремниевая кислота H2SiO3.

Описание природной воды по формуле

Для удобства сопоставления анализов воды существуют различные способы сокращенного изображения состава. Наиболее часто применяется формула – это наглядное изображение химического состава природной воды. В этой формуле, выражаемой в виде псевдодроби, в числителе пишут в процент-эквивалентах в убывающем порядке анионы, а в знаменателе в таком же порядке катионы. Ионы, присутствующие в количестве менее 10 % экв, в формулу не вносят. К символу иона приписывают его содержание в процент-эквивалентах в целых числах. Впереди дроби указывают величину минерализации (М) в г/л, pH, жесткость в мг·экв /л и компоненты, специфичные для данного анализа (CO2, H2S, Br-, J-, радиоактивность и др.). После дроби указывают температуру воды (t0 C) и дебит источника или скважины в (D), м3 / сут.

Например:

рH 6,7 ж 2,1 М 5,0

А теперь последовательно рассмотрим составные части формулы .

Водородный показатель – pH

В воде часть молекул всегда находится в диссoциированном состоянии в виде ионов H+ и OH-. Концентрация недиссоциированной воды считается постоянной, поэтому количество ионов водорода и ионов гидроксила при данной температуре будет тоже величиной постоянной. При t 220 С эта величина равна 10-14. Чистая вода имеет нейтральную реакцию и количество ионов H+ должно быть равно количеству ионов OH-.

[H+] = [OH-] = 10-7

Это выражение показывает, что при 220 С в 1 л чистой воды содержится 10-7 грамм-молекул воды в ионизированном виде, т. е. 10-7 грамм-ионов водорода и 10-7 грамм-ионов гидроксила. Если [H+] = 10-7,

то lg [H+] = -7, а – lg [H+] = 7

Выражение – lg [H+] означает pH – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов

Если pH < 7 – реакция воды кислая;

Если pH > 7 - реакция воды щелочная;

pH < 4,5 – сильнокислая;

4,5 – 5,5 – кислая;

5,5 – 6,5 – слабокислая;

6,5 – 7,5 – близкая к нейтральной;

7,5 – 8,5 – слабощелочная;

8,5 – 9,5 – щелочная;

> 9,5 – сильнощелочная.

Жесткость воды.

Жесткостью воды называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция (1/2 Ca2+) и магния (1/2 Mg2+). Единицей жесткости воды является моль на кубический метр (моль/м3). Числовое значение жесткости, выраженное в моль /м3 равно числовому значению жесткости, выраженному в мг·экв /л. 1 мг/л жесткости воды отвечает содержанию ионов кальция (1/2 Ca2+) 20,04 мг/л и ионов магния (1/2 Mg2+) 12,153 мг/л.

Виды жесткости воды

Различают жесткость воды о б щ у ю - общее количество содержащихся в воде ионов кальция и магния; у с т р а н и м у ю – жесткость воды, обусловленная наличием в воде карбонатных (CO32-) и гидрокарбонатных (HCO3-) ионов солей кальция и магния, удаляемая при кипячении и определяемая экспериментально; н е у с т р а н и м у ю - разность между общей жесткостью и устранимой жесткостью; к а р б о н а т н у ю – сумма карбонатных (CO32-) и гидрокарбонатных (HCO3- ) ионов в воде; н е к а р б о н а т н у ю - разность между общей жесткостью и карбонатной.

По величине общей жесткости (по ) различают следующие природные воды:

очень мягкие до 1,5 мг·экв /л

мягкие 1,5 – 3 мг·экв /л

умеренно-жесткие 3 – 6 мг·экв /л

жесткие 6 – 9 мг·экв /л

очень жесткие > 9 мг·экв /л

Минерализация воды.

Минерализация (М) воды – концентрация растворенных в воде твердых неорганических веществ. Различают характер и степень минерализации. Характер минерализации обусловлен химическим типом воды. По воды делятся на три класса по преобладающему аниону – гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные. Каждый класс подразделяется на три группы по преобладающему катиону – Na+, Ca2+, Mg2+.

Степень минерализации.

Степень минерализации выражают в мг/л или г/л (иногда г/кг) и определяют:

1). По сухому остатку, который получают путем выпаривания природной воды. Если количество воды выражено в мл, концентрацию солей в воде называют м и н е р а л и з а ц и е й – М (г/л, мг/л). Если количество воды взято в г, то концентрацию солей в воде называют с о л е н о с т ь ю –

S (г/кг, % 0).

2). По химическому составу природной воды. Определяют как арифметическую сумму весовых количеств всех ионов в 1 л воды:

М =

По степени минерализации (по , 1931-36 гг.; , 1958 г.) природные воды подразделяются на:

пресные до 1 г/л;

солоноватые 1 – 10 г/л;

соленые 10 – 50 г/л;

рассолы > 50 г/л

Псевдодробь:

1. Из лаборатории получаем результаты химических анализов воды в мг/л.

2. Полученные исходные данные пересчитываем в мг·экв путем деления результатов анализа в мг/л на э к в и в а л е н т н у ю массу соответствующего иона (табл. 1).

Например: концентрация Ca2+ 79 мг/л (результат химического анализа (табл. 2), чтобы получить эквивалентную массу кальция, нужно его атомную массу 40,08 разделить на валентность, т. е. 2, получим эквивалентную массу 20,04, затем 79:20,04 = 3,95 мг·экв/л. Пересчитать в мг·экв форму можно другим способом. Для этого исходные данные в мг/л умножить на соответствующие пересчетные коэффициенты. Величину пересчетного коэффициента получим путем деления е д и н и ц ы на эквивалентную массу. Пересчетный коэффициент для кальция: 1:20,04 = 0,0499. Для одновалентных ионов эквивалентной массой будет атомная масса.

Табл. 1

ион	эквивал. масса	атомная масса	название иона
Ca2+	20,04	40,08	кальций-ион
Mg2+	12,15	24,30	магний-ион
CO	30,01	60,02	карбонат-ион
SO	48,03	96,06	сульфат-ион
HCO	61,02	61,02	гидрокарбонат-ион
Cl-	35,453	35,453	хлор-ион
NO	62,0	62,0	нитрат-ион
Na+	22,99	22,99	натрий-ион
K+	39,102	39,102	калий-ион
NH	18,04	18,04	аммоний-ион

3. Для вычисления процент – эквивалентов (% · экв.) принимаем сумму мг · экв. анионов (∑А), содержащихся в 1 л воды за 100 % и вычисляем процент содержания каждого аниона в мг·экв по отношению к этой сумме. Аналогично вычисляем % экв. катионов.

Например: (табл. 2) сумма катионов равна 8,51

8,51 – 100 %

1,52 – х х = 17,9 % ∙ экв. (Na)

Суммы катионов и анионов, выраженные в мг·экв /л должны быть равны между собой. Часто точного совпадения цифр в виду погрешностей анализа не бывает. Допустимая неточность анализа (х) определяется по формуле:

Х = · 100 ≤ 5 %, где

∑ А – сумма мг·экв /л анионов;

∑ К – сумма мг·экв /л катионов.

Образец выполнения задания:

В таблицу 2 записываем результаты химических анализов воды, выраженные в 3х формах:

1) мг/л; 2) мг·экв /л; 3) % экв.

Табл. 2

	катионы	∑ К	анионы	∑ А
pH	Na+	Ca2+	Mg2+		Cl-	SO	CO	HCO	NO		ед. изм.
6,9	35	79	37		12	66	н. о.	418	н. о.		мг/л
	1,52	3,95	3,04	8,51	0,34	1,38	-	6,85	-	8,57	мг·экв/ л
	17,9	46,4	35,7	100	4	16,1	-	79,9	-	100	% экв.

ж = 3,95 + 3,04 = 6,99

М =

pH 6,9 ж 7,0 М 0,6

Вода близкая к нейтральной, жесткая, пресная, гидрокарбонатно-магниево-кальциевая. В название химического состава воды входят ионы, содержание которых ≥ 25 % экв. и называют воду, начиная с анионов от 25 % экв. в возрастающем порядке, затем катионы в таком же порядке.

Пример: (на 1 стр. формула)

рH 6,7 ж 2,1 М 5,0

Вода гидрокарбонатно-хлоридно-кальциево-натривая

Вывод: вода пригодна для питья.

Вода не пригодна для питья:

1.  с pH > 8,5 и < 6,5;

2.  с ж > 7 мг·экв /л;

3.  с М >1;

4.  если хлоридов > 350 мг/л;

5.  если сульфатов > 500 мг/л;

6.  если ∑ Cl + SO4 ≥ 450 мг/л.

Если вода не пригодна для питья, то в выводе перечислить по каким показателям.

Химические анализы природных вод, мг/л

(в каждом варианте 3 задачи)

№ вар.	pH	Na	Ca	Mg	Cl	SO4	CO3	HCO3	NO3
1	7,4 8,15 7,2	92 99 320	60 72 237	28 50 н. о.	9 37 709	98 118 357	12 12 н. о.	403 500 49	н. о. н. о. н. о.
2	7,9 7,8 7,0	26 38 150	210 254 36	31 70 146	17 303 348	302 131 247	н. о. н. о. н. о.	427 525 287	6 13 н. о.
3	8,6 8,3 7,2	117 372 50	113 295 28	105 112 11	215 313 35	108 694 13	34 н. о. н. о.	494 488 195	113 550 н. о.
4	8,2 8,25 7,5	61 202 41,9	612 129 2,5	147 57 2,15	556 86 56	491 349 5,69	н. о. 12 н. о.	555 555 30,31	640 46 н. о.
5	8,15 6,8 8,0	778 8 240	234 2,5 106	298 3,67 58	813 20,5 155	849 0,27 200	12 н. о. н. о.	720 10,4 515	1070 н. о. 220
№ вар.	pH	Na	Ca	Mg	Cl	SO4	CO3	HCO3	NO3
6	8,4 8,25 7,1	75 586 92	174 129 19	30 163 117	114 370 202,9	96 605 151	6 24 н. о.	537 830 322	12 490 н. о.
7	6,4 7,0 7,53	75 936 906	118 434 512	5 191 262	50 597 945	57 2496 2489	н. о. н. о. н. о.	427 549 488	н. о. 15 4
8	7,3 7,6 7,5	74 63 60	56 65 122	30 69 11	16 86 142	10 88 153	н. о. 6 н. о.	476 439 159	2 н. о. н. о.
9	7,55 7,25 8,6	234 181 10,4	22 44 1,19	11 28 2,38	5 9 0,37	10 26 н. о.	12 н. о. 1,6	695 705 42	2 н. о. н. о.
10	7,4 7,55 6,4	231 216 2,5	146 87 2,0	97 84 3,27	136 196 13	690 362 0,77	12 6 н. о.	409 366 7	н. о. 85 н. о.
11	8,55 7,8 7,5	117 73 77	87 59 48	36 26 48	109 54 17	164 114 57	36 н. о. н. о.	287 262 443	сл. 3 н. о.
12	8,0 8,05 7,5	63 150 462	45 84 64	79 86 68	19 167 398	26 296 453	н. о. 10 н. о.	634 403 503	сл. н. о. н. о.
13	7,9 7, 25 8,06	55 3 51,08	53 126 88,6	53 40 2,8	6 4 232	38 2 4,2	11 н. о. 1,44	512 586 28,08	5 н. о. н. о.
14	8,53 7,8 7,5	276 43 10,58	26 62 2,2	50 44 1,8	24 6 4,8	120 28 8,38	н. о. н. о. н. о.	878 482 18,4	н. о. н. о. н. о.
15	8,05 7,5 8,3	204 597 177	22 89 68	40 168 95	5 32 44	8 1488 192	н. о. н. о. н. о.	793 769 854	н. о. н. о. н. о.
16	8, 25 8,4 8,95	280 230 466	42 17 20	73 47 108	148 40 337	8 н. о. 401	н. о. н. о. 90	1057 848 714	н. о. н. о. 5
17	7,5 7,85 7,9	6 1 71	79 88 66	36 26 44	7 6 6	6 10 71	н. о. н. о. н. о.	421 378 512	н. о. н. о. н. о.
18	7,6 7,0 4,0	321 239 936	110 434 434	129 143 191	497 129 597	532 1618 2496	н. о. н. о. н. о.	305 366 549	н. о. 32 15
19	7,4 7,0 6,45	606 75 48	94 118 86	138 5 33	497 50 12	980 57 33	н. о. н. о. н. о.	488 427 488	н. о. н. о. 6
20	7,0 7,55 7,5	906 161 663	512 63 236	262 33 95	945 50 398	2489 113 1448	н. о. н. о. н. о.	488 549 427	4 7 5
21	7,2 7,57 7,2	39 46 31	110 71 102	14 52 14	12 12 12	33 62 51	н. о. н. о. н. о.	427 488 366	20 12 12

№ вар.	pH	Na	Ca	Mg	Cl	SO4	CO3	HCO3	NO3
22	7,2 7,5 7,5	8 438 23	126 197 71	19 33 38	12 12 12	30 1156 14	н. о. н. о. н. о.	366 427 427	76 15 4
23	7,5 7,58 7,45	48 540 28	86 367 100	33 255 42	12 11 2	33 2550 31	н. о. н. о. н. о.	488 573 549	6 н. о. н. о.
24	7,5 7,45 7,57	55 202 372	76 68 148	42 49 107	2 27 11	58 282 964	24 н. о. н. о.	463 585 732	н. о. н. о. н. о.
25	7,45 7,59 7,5	416 47 46	239 74 91	156 53 29	26 2 3	1314 17 4	н. о. 12 н. о.	902 646 536	н. о. н. о. н. о.
26	7,6 7,8 7,0	321 606 239	110 94 434	129 138 143	497 497 129	532 980 1618	н. о. н. о. н. о.	305 488 366	н. о. н. о. 32
27	6,4 7,о 7,53	75 936 906	118 434 512	5 191 262	50 597 945	57 2496 2489	н. о. н. о. н. о.	427 549 488	н. о. 15 4
28	6,2 7,5 7,7	39 46 321	110 71 110	14 52 129	12 12 497	33 62 532	н. о. н. о. н. о.	427 488 305	20 12 н. о.