ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Характеристика бактериологических показателей качества воды из "Теоретические основы и технология кондиционирования воды" Эта идея была осуществлена в классификации примесей воды, основанная на общности их физико-химического поведения в водных средах,, а именно, на их способности образовывать гомогенные или гетерогенные-водные системы. При такой классификации загрязнений выбор методов их удаления определяется, в первую очередь, физическим состоянием примесей, а в случае гетерогенных систем — и их дисперсностью. [c.51] Особенностью предложенной классификации является то, что она отражает не только индивидуальные свойства отдельных примесей, но и свойства системы в целом, характеризуя взаимодействие компонентов с водной средой. Это дает возможность обоснованно выбирать способы эффективного воздействия на систему с целью изменения в желаемом направлении физикохимических свойств ее отдельных компонентов. Последнее обстоятельство-особенно важно для решения проблемы очистки воды, поскольку подобного рода превращения лежат в основе большинства технологических процессов водоподготовки. [c.51] Сопоставление методов, применяемых на практике для очистки воды, показывает, что, как правило, все они определяются прежде всего фазово-дисперсным состоянием примесей. Индивидуальная химическая, природа веществ, загрязняющих воду, имеет значение лишь в той степени, в какой она влияет на изменение этого состояния под воздействием, различных факторов. Данные представления и были положены в основу разработанной автором классификации примесей воды [114—116]. [c.51] Сущность предлагаемой классификации заключается в том, что все прн меси воды по отношению к дисперсионной среде разделены на четыре груп пы, из которых две относятся к гетерогенным системам, две — к гомоген ным. Гетерогенные системы представлены в воде взвесями или коллоидами эмульсиями или пенами, а гомогенные — веществами, образующими с во дой молекулярные и ионные растворы. Выбранный порядок расположения систем и групп веществ с повышающейся дисперсностью целесообразен, с технологической точки зрения, так как очистка воды обычно начинается с удаления грубодисперсных и коллоидно-дисперсных примесей и загрязнений. Методы удаления их являются наиболее общими, широко применяющимися на всех очистных сооружениях промышленных и коммунальных, водопроводов, а также цехов очистки промышленных стоков. Извлечение. [c.51] Гетерогенные системы в воде обусловлены присутствием в ней нерастворимых или малорастворимых соединений. Нерастворимые частицы, состоящие из большого числа атомов или молекул, образуют дисперсную фазу, а вода, в которой они распределены,—дисперсную среду. Фаза представляет собой совокупность однородных частей системы, одинаковых по составу и физикохимическим свойствам, и отделенных от других частей системы поверхностью раздела. [c.52] Существование поверхностей раздела является обязательным признаком гетерогенных систем. Особые свойства и строение пограничных меж-фазных слоев, обладающих в высокодисперсных системах большой свободной поверхностной энергией, в значительной степени определяют поведение таких систем, их агрегативную и кинетическую устойчивость. Величина межфазной поверхности зависит от размера частиц дисперсной фазы — чем меньше размер частиц, тем больше удельная поверхность и тем сильнее влияние поверхностных явлений на свойства системы. [c.52] Крупные частицы примесей не образуют с водой устойчивых гетерогенных систем, так как быстро оседают на дно под действием гравитационных сил. Скорость седиментации зависит от формы частиц, соотношения силы тяжести, приводящей к их осаждению, и силы трения, препятствующей этому процессу. Водные дисперсии, содержащие частицы размером более 10 см, обладают, как правило, полной кинетической неустойчивостью. При уменьшении размера частиц до 10 — 10 см образуются гетерогенные системы, для которых характерна сравнительно небольшая удельная поверхность дисперсной фазы, слабая интенсивность теплового движения частиц и невысокая кинетическая устойчивость. К таким системам относятся суспензии, эмульсии и пены. [c.52] Интервал размеров частиц 10 — 10 см соответствует области существования коллоидно-дисперсных систем с сильно развитой межфазной поверхностью, довольно интенсивным тепловым движением частиц и относительно высокой кинетической устойчивостью. Благодаря большой межфазной поверхности коллоидных систем первостепенное значение для них имеют явления, происходящие в пограничных поверхностных слоях (образование двойных электрических слоев, сольватных оболочек, проявление сил молекулярного взаимодействия между коллоидными частицами, а также между частицами и дисперсионной средой и др.). [c.52] Особыми свойствами обладают высокомолекулярные соединения с молекулярной массой, выражающейся десятками и сотнями тысяч, а иногда и миллионами единиц. Растворы таких веществ представляют собой однофазные, термодинамически устойчивые, обратимые системы. Однако, несмотря на то, что в данном случае высокомолекулярные соединения находятся в истиннорастворенном состоянии, их растворы обладают некоторыми свойствами коллоидных систем. Это объясняется тем, что макромолекулы по своим размерам приближаются к коллоидным частицам, и граница их контакта с дисперсионной средой подобна межфазной поверхности в гетерогенных системах. В подобных случаях, когда частицы находятся как бы на грани перехода в самостоятельную фазу, возможно расхождение структурных и термодинамических критериев фазового состояния, проявление гомогенности по одним свойствам и гетерогенности по другим. [c.53] Растворы высокомолекулярных соединений, ранее рассматривавшиеся как гидрофильные коллоидные системы, обладают свойствами, присущими гидрофобным коллоидно-дисперсным системам (медленной диффузией, низким осмотическим давлением, способностью к диализу, светорассеянием, двойным лучепреломлением при течении и др.). Поэтому такие примеси и загрязнения воды целесообразно рассматривать в одной группе с веществами, образующими коллоидные растворы. [c.53] Гомогенные системы в воде представляют собой истинные (молекулярные и ионные) растворы различных веществ. Истинные растворы являются термодинамически устойчивыми системами и могут существовать без изменений сколь угодно долго. Несмотря на большое разнообразие соединений, образующих с водой растворы, многие свойства оказываются общими для всех растворов. Так, все растворы электролитов обладают способностью проводить электрический ток, а количественные зависимости, наблюдаемые при электролизе, справедливы для любых растворов. Направленное движение ионов или молекул в растворах происходит не только под влиянием разности потенциалов, но и вследствие градиента концентрации (диффузия). Диффузионный поток растворенного вещества при этом направлен из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией, а поток растворителя — в обратном направлении. Для всех растворов нелетучих веществ в летучих растворителях характерна более высокая по сравнению с чистым растворителем температура кипения и более низкая температура замерзания. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания будет тем большим, чем больше концентрация раствора. [c.53] Если раствор какого-либо вещества отделить от растворителя полупроницаемой перегородкой, сквозь которую могут проходить молекулы растворителя, произойдет самопроизвольный переход растворителя в раствор. Это явление называется осмосом. Характерно, что осмотическое давление для любых достаточно разбавленных растворов, за исключением растворов электролитов, зависит только от концентрации раствора и его температуры, и не зависит от вида растворенного вещества и растворителя. [c.53] При образовании гидратов преобладают силы электростатического взаимодействия полярных молекул воды и электрически заряженных ионов. Способность молекул воды к ориентации и образованию связи с гидратируемым ионом определяется напряженностью поля вокруг иона, которая, в свою очередь, зависит от его размера и заряда. С увеличением валентно-стл и уменьшением радиуса ионов возрастает их склонность к гидратации. Следует отметить, что природа сил, действующих между гидратируемыми частицами и молекулами воды, до конца еще не выяснена. При гидратации кроме сил электростатического притяжения могут проявляться индукционное, дисперсионное и другие виды взаимодействий. [c.54] Гидратация ионов оказывает большое влияние не только на их свойства (подвижность, коэффициенты диффузии, числа переноса, способность к ассоциации), но и на свойства и структуру воды (активность воды в растворе, самодиффузию, вязкость и пр.). По возмущающему действию на структуру воды различают ионы, разрушающие структуру воды (отрицательно гидратирующиеся ионы) и укрепляющие ее (положительно гидратирующиеся ионы). [c.54] Значение химического взаимодействия при образовании растворов впервые отметил Д. И. Менделеев, создавший химическую теорию растворов. Общей количественной теории растворов пока не существует, что объясняется трудностями выяснения самой природы растворов и жидкого состояния вообще. [c.54] Важной характеристикой растворов служит их концентрация. Обычно содержание растворимых примесей в природных водах выражают в массообъемных единицах (мг/л или мкг/л). Как правило, в воде, используемой в промышленности, сельском хозяйстве и для хозяйственно-бытовых целей, суммарное содержание растворенных примесей не превышает 0,01 моль/л. Это отвечает области применимости зависимостей Аррениуса—Дебая—Гюк-келя для растворов электролитов и законов Вант-Гоффа, Рауля, М. И. Коновалова для молекулярных растворов. [c.54] Все примеси природных и сточных вод, независимо от свойств и концентрации, как уже отмечалось, по их фазово-дисперсному состоянию могут быть разделены на четыре группы (табл. 8). [c.55] Первая группа веществ представляет собой нерастворимые примеси с величиной частиц 10 — 10 см, образующие с водой суспензии, эмульсии или пены. Эти примеси обусловливают мутность воды, в некоторых случаях могут придавать ей цветность. [c.56] Для удаления из воды веществ первой группы используются главным образом методы, основанные на действии гравитационных сил и сил адгезии. В состав данной группы входят глинистые вещества, карбонатные породы, ил, мелкий песок, малорастворимые гидроокиси металлов, взвеси органических веществ, детрит, планктон, волокна, пластмассы, каучук и т. д. [c.56] Системы, образованные примесями первой группы, кинетически неустойчивы. Нерастворимые вещества удерживаются во взвешенном состоянии динамическими силами потока воды. В состоянии покоя для таких систем характерна седиментация взвешенных частиц. Она может протекать без слипания частиц или с их агрегацией в процессе осаждения. Различают свободное осаждение частиц системы, когда взвешенные вещества не оказывают взаимного влияния друг на друга, и сопряженное или стесненное осаждение в случае концентрированных суспензий. При седиментации очень часто наблюдается ортокинетическая коагуляция, аутокоагуляция и другие явления (см. гл. VII). В зависимости от адгезионного взаимодействия седимен-тирующих взвесей осадок образуется либо рыхлый (легко подвижный или структурированный с тиксотропными свойствами), либо плотный, малоподвижный и занимающий малый объем. [c.56] Вернуться к основной статье