Вода

Вода. Хотя не подлежит сомнению, что первенствующее значение воды в жизни всей природы издавна было известно человечеству, тем не менее, истинный химический состав В. стал известен всего только 130 лет тому назад, когда опытным путем Кавендишу и Уатту удалось получить В. сжиганием водорода в воздухе. Этот опыт показал, что В. (Н₂O) представляет окись водорода; в химически чистом виде она может быть получена только в лаборатории либо тем же синтетическим путем, либо дистилляцией обыкновенной воды. Химически чистая В. обладает наибольшею плотностью при +4° Ц; если принять эту плотность за единицу, то удельный вес В. при 0° равен 0,999863. Это объясняет, почему лед легче В.. а также, почему В. при замерзании увеличивается в объеме; разрушающее влияние В. на каменные породы, имеющее такое большое значение в жизни природы, тоже обусловливается этим. Температура кипения В. находится в зависимости от давления; при обыкновенном атмосферном давлении В. кипит при +100° Ц; с понижением давления температура кипения тоже понижается.

При испарении В. происходит поглощение тепла, и из всех тел В. обладает наибольшей теплоемкостью; если принять теплоемкость В. за единицу, то теплоемкость железа всего 0,113, серебра 0,057, спирта винного 0,672, нефти 0,5 и т. д. Точно также весьма значительна и скрытая теплота испарения В.; чтобы нагреть 1 килограмм В. с 0° до 100° С, надо затратить 100 калорий, или тепловых единиц, а чтобы превратить его в пар, при нормальном давлении надо затратить еще 537 калорий. Этот килограмм В., превращенный в пар, занимает объем, в 1243 раза больший, чем В. При температуре около 1000° Ц, а также и под влиянием электрического тока, В. разлагается на свои составные части: водород и кислород.

Вообще говоря, всякая В., встречающаяся в природе, не чиста. Все природные В. могут быть отнесены к двум большим группам: метеорных В., образующихся вследствие конденсации влаги, всегда находящейся в воздухе, и теллурических В., к которым относятся В. ключей, колодцев, рек, озер, морей и т. п. Процесс превращения теллурических В. в метеорные и обратно идет в природе непрерывно, так как испарение В. на земле и конденсация ее из воздуха в виде росы, дождя, снега, града и т. п. идет непрерывно под влиянием солнца. Метеорные В. сравнительно более чисты, но все же они всегда содержат большую или меньшую примесь растворенных веществ (в литре обыкновенно от 20 до 36 миллигр.): 1) газов: кислорода, азота, углекислоты и др.; 2) минеральных веществ, содержащихся в особенности в больших количествах в метеорных В. вблизи морей: хлористых, сернокислых и азотнокислых солей аммиака, щелочей и щелочноземельных металлов, частичек песка, глины и т. п., а также 3) и органических, организованных (микроорганизмов и зародышей их) и неорганизованных веществ. Именно содержание органических веществ обусловливает сравнительно малую стойкость метеорных В. при их сохранении, а содержание в них аммиака и азотнокислых солей обусловливает большее или меньшее, в зависимости от количества падающих атмосферных осадков, плодородие почвы. Метеорные В., просачиваясь через толщу земли, насыщаются растворимыми в них органическими и минеральными веществами и превращаются в теллурические В. В зависимости от грунта они содержат в преобладающем количестве те или другие вещества; В., падающая на солончаковую почву, содержит много хлористых солей, на известковую - много известковых и магнезиальных солей, на торфяную почву, богатую перегнойными веществами, - много гумусовых кислот. Количественное содержание всех этих веществ изменяется в очень широких пределах. В., содержащая значительное количество известковых и магнезиальных солей, называется жесткою В. и непригодна для очень многих целей. В обыденной жизни очень жесткая В. непригодна потому, что в ней плохо развариваются овощи и мясо, она обусловливает излишний непроизводительный расход мыла, вследствие образования нерастворимых пластыреобразных известковых и магнезиальных солей жирных кислот. Такая В. мало пригодна и для питья, а также и в большинстве химических производств: мыловаренном, красильном, кожевенном и некоторых других. Большая или меньшая жесткость В. выражается обыкновенно в градусах, причем одним градусом жесткости в Германии называется содержание одной части окиси кальция в 100.000 частях В.; во Франции содержание одной части углекальциевой соли в том же колич. В.; в Англии одной части углекальциевой соли в 70.000 частях. Поэтому один немецкий градус равен 1,25 английского и 1,79 французского. Жесткость В. определяется всего проще мыльным раствором. Мыло осаждает известковые и магнезиальные соли, и до тех пор, пока вся известь и магнезия не будут осаждены, прочной мыльной пены, не пропадающей даже по прошествии пяти минут, не образуется. Таким образом, если известен титр или крепость мыльного раствора, то очевидно, что по количеству израсходованного мыльного раствора можно судить о большей или меньшей жесткости В. Мыльный раствор, каждый куб. см. которого отвечает одному немецкому градусу жесткости, приготовляется всего проще, если исходить из химически чистой олеиновой кислоты. Для приготовления его растворяют в литре винного спирта 10,08 граммов олеиновой кислоты и нейтрализуют их раствором едкого кали до средней реакции.

Мягкая речная В. встречается по преимуществу в тех местах, почва которых содержит мало растворимых в В. минеральных веществ. Такие В., в особенности на севере, характеризуются присутствием в них значительного количества перегнойных кислот (В. кажется окрашенной в бурый или даже черный цвет); известковые соли этих кислот нерастворимы в В., вследствие чего в жестких водах гумусовые кислоты в большинстве случаев отсутствуют. В финляндских реках, поданным Аскана, в каждых 100 литрах В. в среднем содержится 1.986 грамма органических, главным образом гумусовых кислот. В год, по его рассчету, все финляндские реки уносят в море до 1.400.000.000 килограммов гумусовых веществ.

Морская В. представляет типичный пример соленой В., содержащей в преобладающем количестве хлористые соли. Обыкновенно в ней содержится от 20 до 30 гр. на литр хлористого натрия, или поваренной соли, 1-2 гр. гипса и от 2 до 3 гр. хлористого магния.

Как жесткие, так и соленые В. малопригодны для питания паровых котлов; первые обусловливают образование накипи на стенках котла, вторые кроме образования накипи нередко разъедают еще стенки котла. Наиболее вредно действует сколько-нибудь значительное содержание хлористой магнезии, которая под влиянием пара разлагается с образованием свободной соляной кислоты. Вредное действие накипи, осаждающейся на стенках котлов при употреблении жесткой В., заключается в том, что при этом сильно понижается коэффициент полезного действия топки и является опасность взрыва. Опытом установлено, что слой накипи в ¹/₆ дюйма увеличивает совершенно непроизводительно расход топлива на 16%, слой в ¹/₄ дюйма на 50%, а слой в ¹/₂ дюйма на 150%. В особенности вредно образование накипи в паровозных котлах; при употреблении хорошей, мягкой В. паровоз может сделать пробег без чистки до 1500-2000 миль, при плохой В. только 300-400 миль. Поэтому очень часто приходится прибегать к химической очистке В. с целью удалить из нее накипеобразователи (соли извести и магнезии), что достигается прибавкой к В., в зависимости от ее состава, тех или других реагентов: извести, соды, щелочей, хлористого бария и т. п. Чаще других употребляются именно сода и известь; первая выделяет из В. гипс, вторая (в виде слабого известкового молока или известковой В.) - двууглекислые соли кальция и магния. Выделяющиеся под влиянием реагентов из В. нерастворимые соли удаляются либо отстаиванием в особого устройства механических отстойниках, либо фильтрацией через фильтр-прессы. Систем очистителей и приемов работы предложено множество; если В. перед очисткой прогревается, то расход на реагенты значительно сокращается. Необходимо кроме того помнить, что прибавка тех или других реагентов, в том или другом количестве, должна находиться в строгом соответствии с химическим составом В.; если это обстоятельство не принимается во внимание, то эффект очистки в большинстве случаев крайне сомнителен. Часто с целью если не устранить, то уменьшить накипеобразование, прибегают к частой продувке котла, покрыванию его стенок минеральным жиром или к прибавке к В. различных химических веществ, так наз. антинакипей, долженствующих устранить образование плотной накипи. Для этой цели предложены вещества, действующие как механически (обусловливая разрыхление накипи), например: глина, тальк, толченое стекло, различного рода крахмалистые вещества (даже картофель), так и химически, при чем в состав антинакипей чаще всего вводятся растворы дубильных веществ, отвары различных деревьев (напр., кампеша), сахаристые вещества, глицерин, силикат, сода, щавелевые соли и т. п. Некоторые из этих веществ в том или другом случае оказывают полезное действие, но универсальное средство, рекомендуемое нередко для всякой В., с химической точки зрения представляется невозможным. Антинакипи обыкновенно прибавляются непосредственно в котел.

К В., употребляемой для домашних надобностей, питьевой В., предъявляются уже, конечно, гораздо более строгие требования, чем к В., употребляемой для промышленных целей. По Фишеру питьевая В. 1) должна быть совершенно прозрачна, бесцветна и без всякого запаха; 2) температура ее должна колебаться только в незначительных пределах 6 - 12° Ц.; 3) она должна содержать очень немного органических веществ и совершенно не содержать патогенных и поддерживающих гнилостное брожение микроорганизмов; 4) в ней не должно содержаться аммиака и азотистой кислоты и могут содержаться только в незначительных количествах азотные, сернокислые и хлористые соли; 5) жесткость ее не должна превышать 18 градусов, и в ней не должно содержаться много гипса или магнезиальных солей. Так как хорошая питьевая В. встречается далеко не везде, то ее тоже приходится часто исправлять или очищать. В домашнем быту очень распространен простейший прием очистки В. фильтрацией, при чем фильтрующей средой является древесный уголь, особенным образом приготовленная асбестовая ткань, смесь асбеста с древесной массой, обожженная не глазурованная фарфоровая масса (Шамберлановский фильтр), прокаленная инфузорная земля (Беркефельдовский фильтр) и т. п. Все эти фильтры могут работать только в течение определенного времени; затем поры их заполняются, они уже не удерживают микроорганизмов и их необходимо очистить прокаливанием или заменить новыми. Механическое устройство домашних фильтров очень разнообразно; некоторые из них хорошо работают только под давлением.

Для водоснабжения городов и больших промышленных предприятий употребляются массивные песочные фильтры, сделанные из цемента. Фильтрующим слоем являются положенные один на другой слои крупного гравия, мелкого гравия и речного песка. Чем большее количество взвешенных частиц содержит В., чем эти частицы мельче и чем крупнее фильтрующий материал, тем медленнее должно происходить процеживание. Скорость фильтрации находится также в зависимости от состава В. Слой В. на поверхности песка держится не больше ¹/₂ метра. Фильтрация через песок, кроме удаления механических примесей, имеет также очень большое значение в смысле очистки В. от микроорганизмов. Однако, чтобы песочный фильтр хорошо работал в этом отношении, он должен достигнуть "спелости", т. е. на поверхности его должен осесть слой из мельчайших взвешенных веществ, состоящих из минеральных, органических и организованных веществ (бактерий, водорослей, растений и т. п.). С течением времени толщина этого слоя все увеличивается, вследствие чего фильтр засоряется и приходится менять верхний слой песка. Песок для верхнего слоя употребляется тщательно просеянный (величина зерна 0,5-1 m/m) и промытый. При внимательном наблюдении эти фильтры работают хорошо и почти начисто удаляюсь все микроорганизмы, но для этого необходимо заботиться, чтобы фильтрующий слой был достаточен и чтобы скорость течения воды не была чересчур большой (не больше 125 m/m в час). Зимою, вследствие частичного замерзания песчаного слоя, возможны прорывы, а следовательно и проход плохо процеженной воды. Для массовой очистки В. в Германии применяются асбесто-целлулозные фильтры системы Пифке.

Для очистки жесткой питьевой В. применяются также химические методы, чаще всего известью, причем осевшие известковые, кальциевые и магнезиальные соли удаляются либо отстаиванием, либо процеживанием. Нередко сама по себе чистая В. многих рек несет, однако, в большом количестве взвешенные вещества, т. е. она мутна; осветление ее производят, прибавляя к В. в достаточном и необходимом количестве те или другие соли: квасцы, железный купорос, марганцевые соли и т. п. Чаще других употребляются эквивалентные количества сернокислого глинозема и извести; образующиеся при этом два осадка, гидрат глинозема и гипс, увлекают на дно взвешенные в В. вещества. Удаление железа из питьевой воды достигается аэрацией (пропусканием воздуха) и последующей фильтрацией, причем удаляются осевшие гидрат окиси железа и углекислое железо.

Озонизация питьевой В. тоже получила большое практическое значение. В. из р. Таунус, поступающая в водопроводы Висбадена, вся подвергается озонизации. Принцип работы состоит в том, что воздух озонизируется (обыкновенно до содержания 1 гр. озона в 1 куб. метре) и пропускается в стерилизационной башне навстречу В. По данным проф. Проскауэра, все патогенные микроорганизмы быстро погибают в озонизированной В. Такое же стерилизующее действие на В. оказывают и фиолетовые лучи света; на этом основано применение к очистке питьевой В. ламп "Увиоль".

Несомненно, что перегонка или дистилляция воды представляет тоже один из наиболее совершенных приемов очистки В. Дистиллированная В. употребляется в медицине, в лабораториях и еще сравнительно редко в общежитии.

Сточные В. различных фабрик и заводов, а также твердые и жидкие отбросы человеческих общежитий, поступающие без предварительной очистки в реки и др. общественные водоемы, представляют серьезную опасность с гигиенической точки зрения. Все эти сточные В. содержат большее или меньшее количество легко разлагающихся органических веществ, углеводов, жиров, белков, а также большое, иногда даже огромное количество микроорганизмов, при том нередко болезнетворных. В. и воздух - два основных вещества, чистота которых является существенно важным фактором для здоровья людей: малая смертность в культурных и благоустроенных городах Зап. Европы (где, как, например, в Дрездене, она не превышает 14 на 1000, т. е. в 2¹/₃-3 раза меньше, чем в СПБ. и Москве) в немалой степени обусловливается теми мерами, которые там принимаются для обезвреживания городских нечистот.

Сточные В. фабрик и заводов чрезвычайно разнообразны по своему химическому составу и в большинстве случаев существенно отличаются от городских сточных В. Совершенно понятно поэтому, что общего приема очистки сточных В., приема, пригодного для всякой В., нет и не может быть; в каждом отдельном случае, в зависимости от состава, наиболее пригоден тот или другой способ. В настоящее время для очистки сточных В. применяются три различных приема работы, имеющих каждый множество модификаций и конструктивных особенностей.

1) Механический, состоящий в отстаивании В. или ее фильтрации;

2) Химический, состоящий в обработке сточных В. различными химическими реагентами: известью, хлористыми солями, сернокислым глиноземом, квасцами, сернокислым железом и т. п., при чем бывшие в растворе вещества выпадают в осадок; и

3) Биохимический или бактериологический, в основе которого лежит очистка В. за счет жизнедеятельности микроорганизмов, применим в особенности для очистки городских сточных вод, с значительным содержанием органических веществ. Бактериальная очистка сточных В. производится или при посредстве полей орошения, для чего, конечно, нужны значительные участки земли, или при помощи бактериальных фильтров. Очищающее действие почвы обусловливается, главным образом, жизнедеятельностью бактерий, которых в 1 гр. почвы находится в среднем около 800.000, принадлежащих к 40-50 различным видам. При фильтрации органические вещества задерживаются почвой и разрушаются за счет жизнедеятельности этих бактерий, а процедившаяся, очищенная В. собирается дренажными трубами. При подходящей почве, достаточной площади и хорошем уходе этот прием работы дает хорошие результаты, но обходится сравнительно дорого. Бактериальная очистка в бассейнах представляет крупный шаг вперед. Вместо почвы фильтрующей средой является шлак, кокс, битый кирпич и т. п. Эти окислительные бакены нередко соединяются с особого устройства закрытыми сточными ямами, "загнивателями", где очищаемая В. в течение 18-36 часов предварительно подвергается процессу гнилостного брожения. Такого рода прием очистки дает весьма удовлетворительные результаты, как на это уже указывает практика устройства таких очистительных станций в применении к больницам, казармам и т. п. во многих городах (Москва, Екатеринослав, Харьков и др.).

Из химических способов, пригодных для очистки сточных В. с значительным содержанием органических веществ, наибольшего внимания заслуживает способ Роте-Дегенера, состоящий в смешении очищаемой воды с измельченным торфом или бурым углем, с прибавкой той или другой соли (чаще всего железного купороса или сернокислого глинозема); получающийся осадок увлекает содержавшиеся в В. органические вещества. По отделении от избытка В. скопляющийся отстой формуется в брикеты, которые по высушивании представляют хорошее топливо.

В. находит применение в жизни не только в жидком виде, но также и в виде пара и льда. Введете в большую практику паровых машин, паровозов и пароходов весьма существенно изменило условия человеческого существования. В принципе работа всех паровых двигателей основывается на том, что один литр В., превращаясь в пар, увеличивается в объеме в 1243 раза. Именно в этом значительном изменении объема жидкий В. при переходе ее в пар и лежит объяснение громадной двигательной силы пара в соответствующих приемниках, какими являются паровые машины.

В значительных количествах, как в промышленности, так и в общежитии расходуется лед. Распространенное мнение, что при замерзании происходит очистка В. и что лед уже не содержит примесей, - представляется необоснованным. Употребление речного льда с пищей или напитками представляет серьезную опасность, т. к. в таком льде нередко в значительном количестве содержатся бактерии и среди них могут быть и патогенные. Искусственный лед, приготовленный из перегнанной или очищенной В., в этом отношении представляет большое преимущество и за границей в громадных количествах готовится на "ледяных" заводах.

Исследование В. производится, конечно, различным образом, смотря по тому, имеют ли в виду определить пригодность В. для питья, для промышленных целей или ознакомиться с составом сточной В. При определении достоинства питьевой В. наряду с химическим исследованием, должно производиться также и бактериологическое ее исследование.

Жесткость В., как указано выше, определяется или при помощи мыльного раствора, или же выпариванием насухо определенного объема воды. Если в В. содержится много двууглекислых солей кальция и магния, то жесткость такой В. легко исправляется кипячением, так как при этом углекислота улетает и углекислые соли выпадают в осадок. Поэтому кипячение определенного объема воды, соединенное с последующим отстаиванием ее по охлаждении, может служить простой пробой, характеризующей В.: чем больше выделяющийся осадок, тем большей временной жесткостью обладает вода.

Определение свободного аммиака, азотистой и азотной кислоты весьма важно для характеристики доброкачественности В.; эти соединения представляют продукты разложения сложных органических веществ, и присутствие их в В. является одним из признаков ее недоброкачественности. Эти определения делаются большею частью при помощи различных цветовых реакций. Большое практическое значение имеет также проба на окисляемость, которая тоже характеризует в В. большее или меньшее содержание органических веществ и выражается большим или меньшим расходом раствора марганцево-калиевой соли до получения постоянного окрашивания. Полезное указание может также дать микроскопическое исследование В., или, вернее, мути, выделяющейся из воды при отстаивании.

А. Лидов.

Источники:

1. Энциклопедический словарь Русского библиографического института Гранат. Том 10/Изд. 7.- Москва: Т-ва 'Бр. А. и И. Гранатъ и Ко' - 1912.