template
Многоканальный телефон: +7 (812) 335-03-97
E-mail: 105@3350397.ru
Адрес: г. Санкт-Петербург
пр. Энергетиков, д.19, оф.213
Каталог товаров

Цветность воды

ГлавнаяСтатьиЦветность воды

Цветность воды

 Михаил Иванов, к.х.н.

 

Природные воды, стоки промышленных предприятий и даже вода из водопроводного крана бывают окрашены в различные цвета. Цветность воды обусловлена присутствием в ней примесей органической и неорганической природы. Во многих случаях использование такой воды требует ее обесцвечивания. 

Причины и цвета

В природных водах цветность часто вызвана присутствием в них неорганических соединений Fe2 + , которые, находясь в растворенном состоянии, придают ей красновато-бурое окрашивание. Примесям соединения железа обычно сопутствуют загрязнения солями марганца, которые дают воде черноватый оттенок. Кроме растворов примеси соединений железа могут находиться в коллоидном состоянии, дающие красноватое окрашивание, и в виде комплексных соединений с желтым оттенком. 
Вещества органической природы, дающие цветность воде, условно делятся на две группы: семейство гумусовых кислот и танины. Гумусовые кислоты поступают в воду из почвы и торфяников (рис. 1).
 
 
Рис. 1. Торфяным водам красноватый цвет придают гуминовые кислоты и танины
 
Эти примеси также могут находиться в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии. Присутствие в этих примесях карбоксильных, фенил-гидроксильных и аминовых групп приводит к образованию с катионами металлов солей и прочных комплексных соединений. В большинстве своем такие соединения растворимы и обладают слабокислыми свойствами. В семейство танинов входят не индивидуальные химические соединения, а возможный набор веществ, содержащих ароматические кольца с несколькими оксигруппами, а также соединения, в молекулах которых имеются гетероциклические и азотосодержащие фрагменты. Эти вещества представляют собой продукты конденсации ароматических фенолов с аминокислотами и протеинами. 
Долгое время считалось, что высокая цветность воды приводит лишь к ухудшению органолептических свойств воды и затрудняет ее водоочистку. Однако последние исследования показали, что употребление питьевой воды с повышенной цветностью представляет риск для здоровья населения. 
 

Измерение цветности

Цветность воды измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы, которая еще иногда называется шкалой Хазена. В этой шкале используются окрашенные растворы солей кобальта и платины определенной концентрации. Каждому эталонному раствору соответствует определенное значение цветности воды, выраженное в градусах цветности. Определение цветности воды производится путем сравнения окраски эталонных растворов с исследуемыми пробами. Практически бесцветной, по восприятию человеческим глазом, считается вода с цветностью менее 20 o, а вода из поверхностного источника в летний период «цветения», содержащая много фитопланктона, соответствует цветности примерно в 120 о. Окрашенные воды делятся на категории цветности (табл. 1.).
 
Таблица 1. Категории цветности воды
Наименование категории цветностиЦветность воды, 
очень малая до 25
малая25-50
средняя50-80
высокая 80-120
очень высокая более 120
 
 
В соответствии с ГОСТ Р 52769-2007 различают два метода определения цветности: визуальный и фотометрический. 
Визуальный метод основан на сравнении окраски пробы воды с окраской эталонных образцов «на глаз», то есть визуально. Каждому эталонному образцу соответствует определенная цветность воды, выраженная в градусах. Эталонные растворы получают из Государственного стандартного образца (ГСО) определенной концентрации (табл. 2). 
 
Таблица 2. Цветность эталонного раствора в соответствии с разведением ГСО 
 
Цветность эталонного раствора, 510152025303540506070
Объем ГСО (мл) в 100 мл раствора12345678101214
 
Второй метод основан на определении с помощью фотометрического анализатора оптической плотности (или коэффициента пропускания) исследуемой пробы воды. В этом методе с помощью ГСО различной концентрации готовятся калибровочные растворы, для которых затем определяют оптическую плотность и строят калибровочную кривую «оптическая плотность – градусы цветности», согласно которой и определяют цветность исследуемой воды по измеренному с помощью фотометра (рис. 2) показанию оптической плотности ее образца.
Рис. 2. Фотометр 
 
В фотометрическом методе для определения цветности воды используются как платинокобальтовая шкала с определением оптической плотности при 410 нм, так и хромокобальтовая шкала цветности с определением коэффициента пропускания при длине волны 380 нм. 
 

Обесцвечивание

Универсальных методов понижения цветности воды не существует. Все распространенные методы обесцвечивания воды можно условно разделить на две основные группы: сепарационные и деструкционные. Традиционно пользовались популярностью способы удаления из воды примесей цветности одновременно с другими видами загрязнений на различных стадиях водоочистки. Однако, по мнению специалистов, более перспективными являются способы, разрушающие примеси без вторичного загрязнения.
Самым простым сепарационным методом понижения цветности воды является фильтрация, осуществляемая на начальной стадии водоочистки. Этот метод позволяет удалять из воды фитопланктон, механические примеси и взвешенные вещества, которые обуславливают ее мутность и цветность. На станциях водоочистки для этих целей применяют обычно насыпные песчаные или гравийные установки медленной фильтрации, а в системах автономной водоочистки сетчатые фильтры. В большинстве случаев такая обработка позволяет понизить цветность примерно до 50 o.
Наиболее распространенным методом понижения цветности воды является коагуляция. Этим методом на станциях водоочистных сооружений производят осветление воды. Обычно коагуляция позволяет понизить цветность исходной воды со 120 o (значение, которое принимается при разработке проектов) до 30–40 o. Процесс проводят при дозировании коагулянтов на основе многозарядных катионов металлов: [Al2 (SO4)3], [NaAlO2 ], АlСl3, {[Аl2 (ОН)5Сl] • 6Н2O}, FeSO4 , [Fe2(SO4 )3] и FeCl3. Кроме этого понижение цветности воды происходит и при подщелачивании воды Са (ОН)2 и Na2СO3 , которое приводит к выпадению в осадок некоторых примесей цветности. 
Для повышения эффективности обесцвечивания с помощью коагулянтов в обрабатываемую воду вводят флокулянты (рис. 3),
 
 
 
Рис. 3. Флокулянты способствуют формированию агрегатов или хлопьев из тонко диспергированных и коллоидно устойчивых частиц
 
одним из которых является полиакриламид (рис. 4).
 
 
Рис. 4. Флокулянт полиакриламид
 
Ввиду громоздкости оборудования и длительности процесса, коагуляция в системах автономной водоочистки не применяется. В системах индивидуальной водоочистки и бытовой доочистки для обесцвечивания воды большое распространение получили методы сорбционной и ионообменной фильтрации (рис. 5).
 
 
Рис. 5. Установка водоочистки на основе ионообменных аппаратов 
 
Применение ионообменной фильтрации для понижения цветности основано на том, что многие молекулы примесей цветности имеют полярные группы, способные к взаимодействию с ионитами. Ионообменное обесцвечивание воды производится одновременно с понижением жесткости (умягчением). Считается, что для эффективного извлечения из воды окрашенных примесей необходим длительный контакт очищаемой воды с ионообменной смолой. Поэтому при минимальной высоте слоя ионита в 90 см продолжительность нахождения воды в фильтре должна составлять 3,5–5,0 мин. Существенным недостатком этого метода обесцвечивания воды можно считать трудности, которые возникают при регенерации ионитов. Поскольку отмывка смол после поглощения ими примесей цветности является чрезвычайно длительным и трудоемким процессом. 
Для упрощения регенерации часто используют, так называемую комбинированную ионообменную фильтрацию, в которой на слой смолы для умягчения воды добавляют слой анионообменной смолы, удаляющей примеси цветности. Однако такой прием можно использовать только в случае содержания в воде примесей органической природы менее 7 ммоль/л и невысокой жесткости. Если же жесткость воды больше и концентрация примесей цветности выше, то следует применять раздельную ионообменную фильтрацию. Кроме этого для облегчения отмывки используют макропористые ионообменные смолы на основе сополимеров стирола, в которых за счет большого числа сшивок примеси не могут глубоко проникать в поры. 
Во многих случаях присутствие в воде органических примесей цветности приводит к биозарастанию ионообменных смол. Биопленки покрывают зерна ионитов, и тем самым блокируют функциональные группы, а также затрудняют регенерацию. Для защиты ионитов от такого вредного влияния применяют органопоглотители, (так называемые «скэвэнджеры»). Этот тип фильтрационной среды размещают в предфильтрах перед ионообменной фильтрацией. Органопоглотители относительно легко регенерируются либо раствором щелочи, либо щелочным раствором поваренной соли.
Путем сравнения различных методов обесцвечивания воды было установлено, что адсорбционная очистка на активированных углях наиболее эффективно удаляет гидрофобные примеси цветности. Этот сорбент хорошо поглощает фенолы, полициклические ароматические соединения, нефтепродукты, фосфорорганические пестициды и многие другие органические и хлорсодержащие продукты. Самыми подходящими для этой цели являются древесные активированные угли (рис. 6),
 
Рис. 6. Активированный уголь
 
поскольку они обычно имеют более крупные поры и устойчивы к истиранию. К недостаткам использования активированных углей можно отнести сложность их регенерации, которая производится с помощью каустической соды и растворителей, а также путем прокаливания в печах. Такой процесс можно осуществлять только в производственных условиях. Поэтому во многих случаях при бытовой доочистке воды или в системах автономного водоснабжения отработанные угольные фильтры заменяют новыми. В большинстве своем фильтры с засыпкой из гранулированного активированного угля состоят из корпуса, фильтрационной среды, дренажно-распределительной системы и узла управления потоками.
К числу деградационных методов снижения цветности воды относятся способы окисления растворимых примесей цветности из числа неорганических соединений железа и марганца. Эти соединения легко окисляются кислородом воздуха в присутствии катализаторов, переходя в нерастворимое состояние. На этом их свойстве основаны многие методы обезжелезивания воды. Однако если в состав примесей цветности входят также коллоидные частицы и органические соединения железа, то процесс очистки усложняется. Ведь для их окисления требуются более сильные окислители, такие как озон или активный хлор.
Для обесцвечивания озонированием природных вод из поверхностных источников в северных и центральных районах России до нормативных показателей требуется около 2,5 мг/л озона (рис. 7).
 
 
Рис. 7. Вода до и после обесцвечивания озоном
 
Для южных районов России, где цветность природной воды значительно выше расход озона обычно составляет около 8 мг/л. Механизм воздействия озона на вещества, вызывающие цветность воды, заключается в двух основных процессах. Во-первых, озон вызывает окисление и деструкцию органических веществ до безвредных простых соединений. Во-вторых, воздействие озона на окрашенные примеси вызывает их коагуляцию, вследствие которой они выпадают в осадок. Необходимо отметить, что эффективное обесцвечивание воды без образования вредных продуктов путем ее озонирования в ряде случаев является главной причиной при выборе способа обработки. Однако при этом следует помнить, что обработка воды озоном является довольно дорогим методом, требующим больших расходов энергии и существенных капиталовложений. 
Часто для обесцвечивания воды методом окисления используется обработка ее активным хлором. Как известно, химические соединения, содержащие активный хлор, обычно используются для обеззараживания воды. Однако, помимо этого в рамках, так называемого, предварительного хлорирования иногда производится обесцвечивание окрашенных вод. При такой обработке одновременно с деструкцией и коагуляцией примесей происходит их хлорирование. Образованные таким образом хлорсодержащие примеси не являются окрашенными веществами, но они остаются в растворе и часто обладают достаточно высокой токсичностью и канцерогенными свойствами. А удаление таких продуктов вторичного загрязнения зачастую вызывает большие трудности. 
Водопроводная питьевая вода может приобретать цветность в результате загрязнения при транспортировке по трубопроводам (рис. 8).
 
 
Рис. 8. Водопроводная вода с высоким показателем цветности
 
Так, красновато-бурый цвет воды обусловлен присутствием в ней мелкодисперсного осадка железа в окисной форме. Эти примеси вымываются водой из старых труб при значении уровня рН ниже 6,6. Правда, такие примеси почти сразу оседают на дне посуды в виде бурых частичек, поэтому такую цветность можно устранить обычным отстаиванием или установкой на трубопроводе сетчатого фильтра. Коричневый оттенок водопроводной воды, не образующей осадка, часто бывает вызван присутствием железистых бактерий, размножившихся в трубопроводах. Мутно-молочный цвет водопроводной воды может быть вызван попаданием в нее метана, избытка коагулянта в результате его передозировки на станции водоочистки, или из-за создания водно-воздушной суспензии в результате неисправности насоса. Во избежание неприятностей окрашенную водопроводную воду лучше употреблять только после бытовой системы доочистки (рис. 9).
 
 
Рис. 9. Такая вода пригодна для питья
 
Наряду с обесцвечиванием вод хозяйственно-бытового назначения понижают и цветность промышленных стоков. Для этой цели, наряду с уже указанными выше методами, применяются методы фотокаталитической очистки. В этом случае для разрушения загрязнений используется энергия солнечного излучения, которая вызывает расщепление примесей цветности в присутствии катализаторов. Из широкого перечня фотокатализаторов наиболее изучены ТiO2 и ZnO, которые обладают достаточно высокой активностью, низкой ценой и доступностью.

Другие статьи:
Крахмалоуловители
Как умягчают воду с помощью реагентов
История создания септиков
Бытовой кухонный жироуловитель

Возврат к списку