Оценка воды для практических целей

При оценке воды для питания паровых котлов имеет значение содержание в воде газов и минеральных солей, влияющих на пенообразование и обладающих корродиру­ющей способностью.

На пенообразование влияет главным образом содержа­ние натриевых и калиевых солей.

Образование накипи в котлах идет следующим образом:

Са²⁺ + 2НСОз = СаСО₃ + Н₂0 + СО₂

↓

осадок

Mg²⁺ + 2НСО₃ = MgCO₃ + н₂0 + CO₂

↓

осадок

Fe²⁺ + 2НСОз = FeO + Н₂0 + 2СO₂

осадок

Са²⁺ + S0₄ = CaSO₄

↓

осадок

При высоких температурах происходят следующие реак­ции гидролиза солей слабых оснований:

2А1³⁺ + ЗН₂0 = А1₂O₃ + 6Н⁺

↓

осадок

Mg²⁺ + Н₂0 = MgO + 2Н⁺

↓

осадок

Следовательно, для оценки воды необходимо иметь аналитические данные обо всех элементах, входящих в дан­ные реакции. Накипь на котлах дает и кремнекислота, находящаяся в растворе.

В котлах под действием воды происходит коррозия (разъедание) материала стенок главным образом под влия­нием иона Н⁺, который вытесняет металл котла в раствор. Количество ионов Н⁺ в воде определяется величиной pH. Последняя служит главной мерой корродирующей спо­собности воды. Водородный ион в котлах получается в результате описанных выше реакций:

2А1³⁺ + ЗН₂0 = А1₂0₃ + 6Н⁺

В присутствии иона НСО₃ идет связывание иона Н⁺ при увеличении концентрации по реакции

HCO₃+Н⁺=Н₂O + СO₂

Таким образом, снижая жесткость, мы одновременно уменьшаем коррозию.

Помимо водородного иона, разъедающими материал сте­нок котла являются растворенные в воде газы: углекислота, кислород, сероводород, поэтому удаление их до поступле­ния воды в котлы является первой задачей.

Оценка ирригационных вод. Для иррига­ционных вод предельно допустимой минерализацией счита­ют 1 — 1,5 г щелочных солей на 1 л, исходя из следующих расчетов: при норме оросительной воды под хлопковую культуру 3000—6000 м³/га в год почва получает в среднем при минерализации 1 г/л 1 кг/м³ или около 4000 кг/га солей (считая их распределение ниже 0,5 м от поверхности) или на 6500 кг почвы. Отсюда ежегодный прирост засоле­ния равен:

Так как содержание солей больше 0,5% от веса почвы заметно ухудшает их производительные свойства, то имеет­ся возможность поливать водой с минерализацией 1 г/л в течение 0,5 : 0,6 = 8 лет кряду. Но эти расчеты примени­мы к минерализации, составленной главным образом щело­чами. Внесение в почву солей кальция не только не ухуд­шает ее свойства, но может заменять известкование, приме­няемое как косвенное удобрение.

Для растений вредным является закись железа. Если ирригационные воды находятся в открытой сети, то проис­ходит окисление закисных соединений в окисные. И таким образом отрицательный фактор устраняется.

Воздействие воды на строительные материалы. Главным агентом, разрушающим строи­тельные материалы, является углекислота. Цементы— основ­ная часть бетонов — по большей части состоят из кальция, например романский цемент содержит до 55% кальция, а портландский — до 64%. В процессе схватывания, т. е. затвердевания бетона, образуются силикаты и алюминаты кальция и часть извести остается в виде твердого гидрата окиси кальция, который с поверхности переходит в карбо­нат кальция. Углекислота, растворенная в воде, растворя­ет и этот карбонат кальция:

СаСОз + Н₂С0₃ ↔ Са(НС0₃)₂

Так как эта реакция обратима, то считается, что часть углекислоты, растворенной в воде, служит для удержания бикарбоната кальция в растворе, называется равновесной и не является активной для растворения новых количеств карбоната. Активной считают избыточную часть растворен­ной углекислоты над равновесной и называют ее агрес­сивной углекислотой.

Агрессивную углекислоту определяют по соотношению количеств свободной СO₂ и бикарбонатов по таблицам Тильманса или опытным путем по количеству мрамора (СаСO₃), которое может растворить испытуемая вода.

Б. П. Орлов считает более точной характеристикой вредности воды в отношении цементов не агрессивную углекислоту, а агрессивную часть ионов водорода и для расчета дает особую формулу.

Во всяком случае для суждения о способности воды разрушать цемент необходимо знать не только общее коли­чество углекислоты в воде, но иметь и данные о соотноше­ниях следующих величин:

1. общего количества углекисло­ты;
2. количества ионов НCO₃
3. количества ионов Н ⁺ и pH.

Содержание в воде ионов магния, особенно одновремен­но с двухвалентными анионами, например сульфатами, действует разушительно на бетон, так как они повышают общую агрессивность воды и выкристаллизовываются соля­ми в порах бетона и тем разрушают его.

Очень высокое содержание сульфатов (выше 250 мг/л воды) вредно действует на известковые материалы. Объя­сняется это тем, что сульфатный ион с кальцием дает гипс, который в свою очередь образует двойное соединение алю­мината сернокальциевой соли, выкристаллизовывающейся с большим количеством воды. Обусловленное кристаллиза­цией этого соединения большое увеличение объема сопро­вождается чрезвычайно сильным кристаллизационным дав­лением, которое и взрывает связывающий материал. Сульфоалюминат кальция в практике называют «цементной бацил­лой».

Бедные минеральными веществами воды также вредны для бетонов, так как углекислота и кислород являются в них более активными растворителями, чем в минерализо­ванных водах.

Для различных видов промышленности (красильной, кожевенной, тканеотделочной и др.) химический состав воды, употребляемой в производстве, имеет огромное значение, поэтому при изысканиях оценка воды должна произво­диться не только со стороны возможного ее количества, но и качества.

Оценка воды для рыбного хозяйства. Для различных пород рыб существуют оптимальные усло­вия концентрации водородных ионов. Кроме того, для существования рыб большое значение имеет газовый режим, т. е. сезонные колебания содержания в воде кислорода и углекислоты. Весной и осенью при передвижении водных слоев происходит выравнивание содержания кислорода и углекислоты в толще воды. Летом идет обогащение воды кислородом, зимой — обеднение им. Распределение угле­кислоты обратно пропорционально распределению кисло­рода. Отсюда вытекает необходимость вести во все времена года определение pH, O₂, СO₂.

Для рыбного хозяйства имеет также значение содержа­ние в воде железа. Если Fe более 1 мг/л, то вода вредна для рыб, так как в этих условиях происходит отложение окиси железа на жабрах и затрудняется дыхание рыб.

Выяснение наличия в воде различных окислов азота как показателей ее загрязнения также важно для рыбного хозяйства.