Вода – это сложная динамическая система, которая содержит в себе газы, минеральные и органические вещества, которые находятся в истинно растворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.
В растворах водного вида большое количество солей находятся в виде ионов. В речной воде преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO3-, хлорид Cl- и сульфат SO4 2-) и четыре катиона (кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+ и калий K+), называют их главными ионами. Отнесение ионов K+ к главным ионам считается довольно спорным. Ионы K+ могут иметь важную роль только в атмосферных осадках. Благодаря наличию хлорид-ионов вода приобретает солёный вкус, а сульфат-ионы, ионы кальция и ионы магния придают ей горький вкус, а гидрокарбонат-ионы безвкусный. В пресной воде их количество достигает до 90-95 %, а в высокоминерализованных водах их может быть свыше 99 % от всех растворенных веществ.
Также помимо главных ионов, которые содержатся в воде в достаточно большом количестве, существует еще ряд микроэлементов. К ним относятся азот, фосфор, кремний, алюминий, железо, фтор, которые присутствуют в воде в концентрациях от 0,1 до 10 мг/л.
Азот в виде нитратов NO3- попадает в водоёмы, содержащие дождевую воду. Он также попадает туда при разложении органических остатков в форме аминокислот, мочевины (NH2)2CO и солей аммония NH4+. Фосфор существует в воде в форме гидрофосфатов HPO32- и дигидрофосфатов H2PO3-, которые образуются в результате разложения органических остатков. Элемент кремний – это постоянный компонент в химическом составе природной воды. Алюминий поступает в водоём в результате воздействия различных кислот на глины (каолин). Основным источником железа являются железосодержащие глины.
Состав речной воды может время от времени меняться. Он зависит от состава почвы, от берега и от русла реки, а также от воздействия растительности и живых организмов, от наличия кислорода в речной воде, и от количества и химического состава сточных вод, которые периодически сбрасываются в реку.
Количественный и качественный состав различных примесей, которые находятся в речной воде зависит также и от метеорологических условий. Он подвержен сезонным колебаниям. Так, например, в речной воде в весенний паводковый период количество растворенных солей заметно ниже, но в то же время количество взвешенных веществ увеличивается. В летний период интенсивно растет водная растительности, которая может привести к резкому повышению цветности у воды. Солесодержание воды в зимний период возрастает, что сказывается из-за питания поверхностного водоема подземными водами.
Изменения в воде, которые были перечислены выше, оказывают довольно сильное влияние, как на производство, так и на свойства бумаги и картона (отложения, пенообразование, проклейка, физико-механические свойства).
Так, например, при изучении сезонных изменений в составе воды за период 2006- 2009 гг по предприятиям ОАО «ПЗБФ» (р. Суходрев, р. Угра), ООО «Сухонский ЦБК» (р. Сухона), ОАО «Полиграфкартон» (р. Волга) выявлены большие вариации содержания ионов Na+; К+, Са2+, Mg2+, Fe2+, F3+. Коэффициент вариации более 50 %.
Необходимо было выявить причины, которые в значительной степени влияют на технологию компонентов тарного картона. Соответственно необходимо было разработать определенные меры, которые бы позволили предупредить вредное влияние изменений на водный состав. При проводимых исследованиях предположительно была выдвинута гипотеза о важной роли биогенного элемента натрия, который присутствует в воде в ионной форме.
Было обнаружено то, что ионы натрия в паводковой воде практически отсутствовали после ливневых дождей, соответственно стало целесообразным начать исследование влияния ионов калия и натрия в природной воде и их содержание на набухание и размол массы, которые, как известно, являются самыми важными процессами регулирования бумагообразующих свойств волокнистых полуфабрикатов.
Участие натрия и калия в природном минеральном обмене веществ в растениях и клетках животных связано с эффектом встречного движения ионов (ионов натрия внутрь волокна и калия наружу) через мембраны. Это так называемый Доннан эффект, который проявляется в связи с тем, что содержание ионов калия (содержание калия в хвойной древесине составляет 300-800 мг/л) в клетке больше, а в межклеточном пространстве содержится больше ионов натрия, которые окружены водяной оболочкой. Известно, что целлюлоза обладает капиллярно-пористой коллоидной структурой. Промежутки между микрофибриллами и ламеллами, то есть макрофибриллами, образуют макропоры. По сути, клеточная стенка представляет собой мембрану с порами, у которых размер составляет от 0,3 до 30 нм. Часть пор доступны для ионов Na+ и К+ (радиусы ионов калия и натрия составляют соответственно 13,3 нм и 9,8 нм), но в то же время они недоступны для многих других компонентов, которые содержатся в воде. Доказать правомочность предположения можно было бы также изменением содержания катионов натрия в воде и при проведении части некоторых «контрастных» экспериментов на дистиллированной воде с добавлением в неё исследуемых катионов.