22 Обессоливание, обеззараживание, удаление газов.

Реакция ОБЕССОЛИВАНИЯ – удаление солей с любыми катионами и анионами.

Полное и частичное обессоливание: частичное на морских судах для опреснения питьевой воды; полное обессоливание обеспечивается дистилляцией, ионным обменом, электрохимически и гиперфильтрацией. Частичное обессоливание с помощью этих же методов при температуре вымораживания, известкованием, катиониованием.

Для дистилляции используются одно или многокорпусные выпарные установки (ВУ): на 1 тонну греющего пара в однокорпусной ВУ получается0,9 тонн обессоленной воды, а в 4-х корпусной 3,1 тонны. Но с увеличением числа корпусов затрудняется управление установкой. Применяются для сильноминерализованных вод, более 10 г/л.

Электрохимическая – обработка воды в поле постоянного тока. При этом катионы растворенных в воде солей перемещаются к катоду, а анионы к аноду. Эффективность повышена за счет диафрагм с избирательной ионопроводимостью. При этом ионы Н⁺ и ОН^- не переходят в среднюю камеру и могут быть оттуда выведены из установки. Лучше применять многокамерные электролизеры – солесодержание от 2 до 10 г/л.

Гиперфильтрация – пропускание воды через полупроницаемые мембраны, которые задерживают гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений. Существует система удаления этих солей с поверхности мембран.

Существуют специальные методы обессоливания: солнечные испарители типа черного ящика. Подобный передвижной опреснитель рассчитывается на 25 л в сут.

Ионный обмен – обработка воды на синтетических ионообменных смолах – ионитах. Катиониты имеют подвижный катион (Na⁺ H⁺). Аниониты с подвижным ОН^- или Cl^-

[Кат] Na⁺ [Ан] ОН^-

[Кат] H⁺ [Ан] Cl^-

[Кат] Na⁺ +FeSO₄ → [Кат] Fe +Na₂SO₄

[Ан] Н +Na₂SO₄ → [Кат] Na⁺ + H₂SO₄

[Ан] ОН^- + FeSO₄ → [Ан] SO₄ + Fe(OH)₂

[Ан] Cl^- +FeSO₄ → [Ан] SO₄ +FeCl₂

Использование 1-ой стадии обработки переводят нежелательные соли в другие формы солей, при этом вода подщелачивается или подкисляется. Полного обессоливания можно достичь за счет последовательной обработки по схемам: [Кат] Na⁺ - [Ан] - [Кат] H⁺

[Кат] - [Ан] Cl^- - [Ан] ОН^- - [Кат] и др.

Периодически иониты нуждаются в регенерации т. е. в насыщении [Кат] или[Ан]. Это обеспечивается обработкой слабых кислот, солей, щелочей. Осуществляется ионный обмен в Ионтовых фильтрах.

В последнее время используют иониты в смешанном слое, когда в одном аппарате и катионит и анионит но в этом случае затруднена регенерация.

ДЕГАЗАЦИЯ – удаление агрессивных газов (углекислый, сероводород, кислород) для снижения коррозии оборудования или при необходимости.

Химические методы основаны на применении реагентов, связывающих газы. Кислород удаляют путем добавления Na₂SO₃

2Na₂SO₄ + О₂ → 2Na₂SO₄

Воду пропускают через сталестружечные фильтры

3Fe + 2О₂ → Fe₃O₄

Добавление гидразина N₂H₄ + О₂ → N₂ + Н₂О более дорогой метод применяется как дополнительный.

Удаление CO₂ . Добавляют Ca(OH)₂ или щелочь

H₂S удаляют с помощью Cl₂

Т.о. химические методы дороги. Их применение усложняет процесс, а при нарушении дозировки ухудшается качество воды.

Физические методы основаны на снижении растворимости газов в воде.

1 Кипячение

2 Вакуумирование – растворимость всех газов падает в первую очередь О_2.

3 Аэрация – нагнетание воздуха и выведение газов: CO_2, H₂S, СН₄ т.к. их парциальное давление ≈ 0.

4 Эжекция (засасывание) проводится предварительно обескислороженным воздухом (дымовые газы). Кислород из воды диффундирует в газовый поток. Аппараты для дегазации называются деаэраторами, они бывают струйные, пленочные, барботажные. Работают под атмосферным давлением, вакуумом, постоянном давлении.

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ – удаление болезнетворных микробов, бактерий и вирусов. Обязательно для хозяйственно - пищевого водоснабжения и при использовании поверхностных вод. В технологических целях в пищевой, микробиологической и др. эта стадия обязательна.

Большая часть бактерий удаляется в процессе коагуляции и осветления. Удаления оставшихся производится термическими методами, подбором сильных окислителей, с помощью серебра, ультразвука, УФ.

Наиболее распространена группе методов с подбором окислителей: Cl₂ ClО₂, хлорная известь, хлорамин, перманганат, озон и др.

Хлорсодержащий реагент образует хлорноватистую кислоту НОCl →О^- и НCl. Контакт проводят в течении 30 мин. при перемешивании. Очень важно сразу определить дозу хлора. Остаточное его содержание вводе не должно быть 0,3-0,5 мг в литре. Недостаток: высокая токсичность. Трудность при транспортировке и хранении.

Озон дозировка до 4 мг в литре, контакт 5-10 мин. Достоинства: одновременно происходит обесцвечивание воды, устраняются неприятные запахи и привкусы. Передозировка исключена.

Серебро применяют в малых установках (локальная водоподготовка). Действие связано с катализом процессов окисления содержимого клеток кислородом воздуха.

УЗ, УФ – физические методы связаны с механическим разрушением оболочек клеток

П ри разнице давлений разрушается.

УДАЛЕНИЕ ПРИВКУСА И ЗАПАХА. Применение традиционных приемов водоподготовки не всегда обеспечивает качество воды по органолептическим показателям.

Эмульсии нефти, нефтепродуктов, пестициды некоторые металлы с трудом удаляются из воды, а при хлорировании образуют ещё более токсичные вещества. Удаляют их окислительным, сорбционным или совмещенным окислительно–сорбционным методом. Совмещенный более надежен, но шире распространен сорбционный.

Сорбент – активированный уголь извлекает фенолы, фосфорорганические соединения, ПАВ, хлорорганические соединения. Применяются в виде порошка или гранул – углевание воды.

Углевание требует приготовление суспензии угля, расчета дозировки и связано с трудностью регенерации. Применяется периодически при залповых сбросах.

Гранулированные угли марок БАУ, КАД, СКТ, АГ-3, АР-3 применяются чаще, они рассчитаны на работу в течение нескольких месяцев, способны пропустить 50 до 100 куб. м на кг. Регенерация осуществляется термическими, химическими или биологическими методами.

Термические: 800-900° - прокаливание. Химические – обработка паром и щелочью либо кислотой. Биологические – осемиляция бактериями.

Совмещенный имеет преимущества: сорбенты выступают в роли катализатора процесса окисления и окислительные продукты лучше сорбируются. Этот метод позволяет расширить диапазон удаляемых загрязнений.

В последнее время используются компактные модульные установки производительностью от 0,05 до 2 куб. метров в час и станции очистки воды производительностью до 1000 куб м в сутки. Первые включают самоочищающиеся фильтры предочистки. Блоки обратного осмоса или ультрафильтрации с адсорбентами и блоки обеззараживания.

Предназначены для улучшения органолептических показателей воды, прошедшей водоподготовку и для удаления токсичных микропримесей, в том числе канцерогенных, и для очистки природных вод с повышенной минерализацией. Второй вид включает автоматизированные блоки в виде зданий с оборудованием для удаления железа, аммиака, токсичных микропримесей, снижения мутности и цветности, обеззараживания и для подачи воды потребителю. Применяют самые современные установки, например, обеззараживание с помощью УФО – используется для воды с содержанием железа до 15 мг в литре, марганца до 7 мг в литре, цветностью до 400° ПКМ.