Има общо четири групи
Примесите от всяка група имат специфични характеристики, поради което отстраняването им изисква определени технологични методи за обработка и контрол на водата, независимо от тяхното количество и степен на познаване.
Първата група включва неразтворими във вода примеси, чийто размер на частиците е 10-4 cm и повече, образувайки така наречените суспензии във вода. Суспензиите причиняват мътност на водата, а в някои случаи и нейния цвят. Те включват глинести вещества, карбонатни скали (креда, гипс), тиня, фин пясък, слабо разтворими метални хидроксиди, някои органични вещества, планктон и др.
Сред суспендираните частици могат да присъстват бактерии (включително патогени) и вируси. На повърхността на частиците може да има радиоактивни вещества, а самите суспензии понякога са токсични съединения. Пълното отстраняване на тези примеси от водата зависи от степента на нейното избистряне.
Системите, образувани от примеси от първата група, са кинетично нестабилни: неразтворимите вещества се задържат в суспензия от динамичните сили на водния поток. Те навлизат във водоеми в резултат на ерозия на околните скали и ерозия на почвата. Интензивността на утаяване на примесите зависи от свойствата на системата.
В покой те се утаяват, образувайки утайки с различна плътност.
За отстраняване на примесите от тази група се използват физикохимични процеси, предназначени за отстраняване на вещества от вода, вариращи от фини суспензии до големи частици. Това са процеси на адхезия (прилепване на примеси към повърхността на сорбенти и гранулирани инертни материали), агрегация и седиментация (увеличаване на частиците с помощта на специални реагенти, последвано от утаяване), флотация (изплуване на повърхността на водата в резултат на образуването на наситени с газ съсиреци). За тази целизползват се механични методи - утаяване, микропрецеждане, филтруване и др.
Втората група обединява примеси, които са в колоидно състояние и под формата на високомолекулни съединения. Те са кристални или аморфни вещества. Макромолекулните вещества са представени от линейни, спирални и разклонени макромолекули с различна степен на гъвкавост. Размерът на частиците на такива примеси (степен на дисперсност) е 10-5. 10-6 см. Примесите, които образуват втората група, включват минерални и органо-минерални почвени частици, различни форми на хумусни вещества, които придават цвят на водата. Хумусът се измива от горски, блатисти и торфени почви в естествени водоеми или се образува в самите водни тела в резултат на жизнената дейност на водните растения.
В алкална среда солите на тези съединения, образувани от алкални метали, се разтварят добре във вода. Те могат да се разглеждат като електролити и за пречистване на водата от тях се използват същите процеси, както за пречистване от замърсяване от четвърта група (виж по-долу). В неутрална и леко кисела среда отделните молекули на хуминовите киселини стават по-големи поради междумолекулната координация на техните полярни групи и образуват колоидни системи.
В тази група могат да се включат и вируси и други микроорганизми, включително патогенни (патогенни) бактерии, които са близки по размер до колоидните частици, отстраняването им от водата е изключително важно.
Примесите, включени във втората група, се характеризират с особени молекулярно-кинетични свойства и поради по-малките им размери спонтанното им утаяване е изключително трудно. За да се ускори този процес, във водата се добавят специални вещества, коагуланти. С помощта на последния примесите губят своята стабилност в разтвора,слепват се, загрубяват и се утаяват под формата на люспи. След това те могат да бъдат извадени от водата. Предварителното използване на големи дози хлор, озон или други окислители подобрява качеството на пречистената вода, тъй като по този начин се премахват веществата, които й придават цвят, убиват се микроорганизмите и най-важното се подобряват процесите на уголемяване на частиците и тяхното утаяване.
При изучаване на процесите на пречистване на вода учените установиха, че има вещества, които могат значително да увеличат и ускорят действието на коагуланти. Такива вещества се наричат флокуланти. Един от най-ефективните флокуланти, подобен по състав на обикновения пясък, е активната силициева киселина. Малки количества от това вещество (до 5% от дозата на коагуланта) ускоряват образуването на люспи, допринасят за тяхното по-бързо и по-пълно утаяване.
Третата група включва газове и органични съединения, разтворени във вода, както от биологичен произход (например хуминови киселини и вулво киселини), така и въведени с отпадъчни води от промишлени предприятия и населени места (различни отпадъчни продукти и смърт на плесени, бактерии, водорасли, както и феноли и други органични съединения). Веществата от третата група придават на водата голямо разнообразие от вкусове и миризми, а понякога и цвят. Размерите на тези вещества са 10-6. 10-7 см. В процеса на пречистване на водата те се държат като молекулярно разтворими, въпреки че много от тях лесно образуват колоидни системи и дори суспензии при други условия. Примесите от третата група са хомогенни системи. Някои от тях, внесени с канализацията, са токсични.
Молекулите на разтвореното съединение могат значително да променят взаимодействието между водните молекули и да взаимодействат помежду сине като в чистото вещество. В допълнение, те могат да се свързват химически с вода, образувайки силни или лесно дисоциирани съединения, които съществуват само в разтвор. Обикновено в тях главна роля играе водородната връзка.
Често във вода се разтварят газове, които не влизат в химични реакции с нея, например кислород, азот, метан, благородни газове и др. Тогава тяхното поведение се подчинява на общите физични закони за такива системи, например разтворимостта намалява с повишаване на температурата на водата и т.н. Други газове образуват химични съединения с вода. Амонякът (амониев хидроксид) е алкално съединение. Сероводородът и въглеродният окис (IV) придават на водата киселинни свойства. По този начин свойствата на всяка конкретна система, принадлежаща към тази група, зависят до известна степен от химичните характеристики на съставните й компоненти.
Най-ефективните процеси за отстраняване на веществата от третата група от водата са аериране, окисление и адсорбция.
Разтворените във вода газове и летливи органични вещества (леки бензини, някои органични серни съединения, етери с ниско молекулно тегло, карбонилни съединения и др.) се отстраняват чрез аериране на водата - издухване на малки въздушни мехурчета през нея.
Моно- и поливалентните феноли, разтворени във вода, повечето от продуктите на органичния синтез, хуминови киселини и вулво киселини се разрушават под действието на силни окислители.
Много вещества, включени в тази група, се отстраняват от водата с помощта на активен въглен. Използването на последното се основава на факта, че молекулите на водоразтворимите примеси взаимодействат със силно порестата повърхност на въглищата и са повече или по-малко здраво фиксирани (сорбирани) върху нея. Както знаете, активният въглен е полезенсорбират се хидрофобни съединения, които включват нефтени въглеводороди, ароматни въглеводороди и техните производни (хлорфенол), хлорирани въглеводороди и други съединения, които се разтварят във вода в малки количества.
За адсорбционно извличане на съединения с ниско молекулно тегло от вода могат да се използват фино порести въглища; за отстраняване на вещества с по-големи молекули, например хуминови киселини и вулвови киселини, могат да се използват груби порести въглища или специални йонообменни материали с гранулирана или влакнеста структура.
Четвъртата група обединява вещества, които се разпадат на йони във водата. Това са предимно соли на неорганични киселини - много често срещани, почти задължителни компоненти на примесите във всички природни води. Степента на тяхната дисперсия е 10-7. 10-8 см.
При избора на метод за отстраняване на нежелани йони трябва да се има предвид, че реакциите между йони са практически необратими, ако в
В резултат на тяхното взаимодействие се образува вещество под формата на газ, утайка или леко дисоциирано съединение.
Техниката за пречистване на вода от примеси, включени в четвъртата група, се свежда до свързването на йони, които трябва да бъдат отстранени, в слабо разтворими или слабо дисоциирани съединения.
Използват се и йонообменни реакции, протичащи на повърхността на твърдата фаза (върху йонообменни смоли). Такива процеси са полезни в случаите, когато отстранените йони трябва да се задържат върху водонеразтворим материал, като се заменят с безвредни йони. Освобождаването на водата от йонни примеси може да се извърши и чрез прехвърлянето й в твърда фаза (замразяване, образуване на газови хидрати), добавяне на несмесващо се с вода вещество за образуване на два слоя - вода и разтворител. В последния тези примеси се натрупват. В някои случаипрепоръчително е да се използва методът на електродиализата, основан на увеличаване на насочената мобилност на йони в електрическо поле, като по този начин се улеснява тяхното отстраняване от водата.