химический каталог




ВОДОПОДГОТОВКА

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ВОДОПОДГОТОВКА, комплекс технол. процессов обработки и очистки воды для приведения ее кач-ва в соответствие с требованиями потребителей. Осн. процессы рассмотрены ниже. Кроме того, при ВОДОПОДГОТОВКА из воды могут удаляться Mn, F, синтетич. моющие и красящие вещества, пестициды и др. ВОДОПОДГОТОВКА проводят на спец. станциях, производительность которых может составлять от несколько м3/сут до млн. м3/сут.

Осветление. Вода поверхностных (открытых) источников, как правило, содержит крупнодисперсные и коллоидные минеральных и органическое примеси, обусловливающие ее цветность. Для их удаления воду обрабатывают коагулянтами [A12(SO4)3, FeSO4, FeCl3] и флокулянтами (полиакриламидом, активной H2SiO3 и др.). Образовавшуюся хлопьевидную массу, состоящую в основные из гидроксидов Al и Fe и примесей, выделяют из воды в отстойниках или спец. осветлителях (осадок в них поддерживается во взвешенном состоянии потоком поступающей снизу воды), напорных или открытых фильтрах и контактных осветлителях с загрузкой из зернистых материалов (кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит, шунгизит и др.), а также во флотаторах, гидроциклонах, намывных фильтрах. Для частичного удаления крупнодисперсных примесей и фитопланктона, образующегося при цветении водоемов, применяют сетчатые микрофильтры, плоские и барабанные сетки. См. также Осаждение.

Обеззараживание. Наличие в воде болезнетворных микроорганизмов и вирусов делает ее непригодной для хозяйственно-питьевых нужд, а присутствие в воде некоторых видов микроорганизмов (например, нитчатых, зооглейных, суль-фатвосстанавливающих бактерий, железобактерий) вызывает биологическое обрастание, а иногда и разрушение трубопроводов и оборудования.

Наиб. распространено хлорирование воды жидким или газообразным Cl2, гипохлоритами - NaClO, Са(СlO)2 и СlO2. Хлор взаимодействие с водой с образованием НClО и НCl; при рН > 4 свободный Cl2 практически отсутствует, при рН > 5,6 НClО диссоциирует на Н+ и СlO-. Бактерицидность недиссоциированной НClО в 70-80 раз больше, чем у СlO-. При наличии в воде NH3, аммониевых солей или органическое веществ, содержащих группы NH2, Cl2, HClO и гипохлориты реагируют с ними, образуя неорганическое и органическое моно- и дихлорамины. Монохлорамины в 3-5 раз менее бактерицидны, чем дихлорамины, которые в свою очередь в 20-25 раз менее эффективны свободного Cl2. Бактерицидность хлораминов, образованных Cl2, НОCl, ClО-, NH3 или солями аммония, в 8-10 раз выше, чем бактерицидность хлорпроизводных органическое аминов или иминов. Концентрацию свободного и связанного (в хлораминах) Cl2, необходимую для обеспечения заданного обеззараживающего эффекта, определяют по результатам пробного хлорирования. Для обеззараживания воды применяют также озон и УФ-облучение.

Стабилизация. Стабильной считается вода, которая не выделяет и не растворяет отложения СаСО3. Показателем стабильности служит индекс насыщения I воды карбонатом Са, который рассчитывают по данным о рН и температуре обрабатываемой воды, а также концентрации катионов Са2+ , общих щелочности и солесодержании. Исходя из этих данных, находят pHs, соответствующий насыщению воды карбонатом. На основе pHs и измеренного значения рН вычисляют I = рН — рН5. Вода считается стабильной, если I = 0; при I < 0 вода вызывает коррозию стали, чугуна и др. материалов. При I > 0 может выделяться СаСО3 с образованием противокоррозионной пленки на стенках трубопроводов и оборудования. Это связано с наличием в воде СО2: при его избытке происходит коррозия, при недостатке - пересыщение воды СаСО3, что и приводит к образованию накипи.

Для связывания СО2 в Са(НСО3)2 или NaHCO3 воду обрабатывают Са(ОН)2, Na2CO3 или др. щелочными реагентами. Многие природные и производств. воды, идущие на охлаждение, пересыщены СаСО3, а также Mg(OH)2. При использовании в качестве хладагента вода нагревается, что вызывает разложение гидрокарбонатов и выпадение СаСО3; помимо этого, осаждаются Mg(OH)2 и некоторые соли. Для устранения отложений воду подкисляют H2SO4 или НCl, обрабатывают СО2 (обычно топочными газами - так называемой рекарбонизация), фосфатируют (например, полифосфатами) и стабилизируют др. реагентами.

Умягчение заключается в удалении из воды катионов Са2+ и Mg2+ (см. Жесткость воды).

Реагентное умягчение основано на введении в воду веществ, обогащающих ее анионами СО32- и ОН-, в результате чего образуются труднорастворимые СаСО3 и Mg(OH)2, выделяемые из воды осаждением и фильтрованием. При обработке воды известью [гашеной Са(ОН)2 или негашеной СаО] происходит декарбонизация - устранение карбонатной жесткости; снижается также щелочность воды. Известь связывает растворенный в воде СО2 с образованием гидрокарбонатных ионов НСО2, которые, взаимодействие с известью, превращаются в карбонаты, выпадающие в осадок. Для устранения магниевой карбонатной жесткости количество извести должно обеспечивать получение малорастворимой Mg(OH)2 при одноврем. эквивалентном выделении в осадок СаСО3. Предел умягчения воды известью определяется растворимостью СаСО3 и Mg(OH)2.

Воду обрабатывают известью и содой в тех случаях, когда Са и Mg присутствуют в воде не только в виде гидрокарбонатов, но и в виде хлоридов и сульфатов, т.е. для устранения как карбонатной, так и некарбонатной жесткости. При этом образуются осадки СаСО3 и Mg(OH)2, в раствор переходит Na+ (в виде Na2SO4 и NaCl) в кол-ве, эквивалентном кол-ву Na2CO3. Вода, умягченная известью и содой без подогрева, имеет остаточную жесткость порядка 0,5-1,0 ммоль/л. При нагревании воды до 35-40 °С можно поддерживать остаточную жесткость не более 0,5 ммоль/л. При подогреве воды до 100 °С и выше (термохимический умягчение, применяемое для питания паровых котлов) остаточная жесткость составляет 0,3 ммоль/л. Избыток извести повышает остаточную жесткость воды и одновременно обусловливает увеличение ее щелочности.

Катионирование в о д ы - пропускание ее через слой зернистого катеонита. В результате ионы Са2+ и Mg2+ обмениваются на ионы катеонита. Последний регенерируют растворами солей, содержащими катионы Na+ или NH4+, либо кислотами, атомы Н которых вытесняют поглощенные ионы Са2+ и Mg2 + .

В связи с этим различают Na+ -, Н+ - или NH4+- катионирование. Способность разных катеонитов к обмену ионов выражается емкостью поглощения (обменной способностью) по отношению к данному иону и измеряется числом молей катионов, поглощенных 1 м3 катеонита. Различают рабочую (до "проскока" ионов Са2+ и Mg2+ с профильтрованной водой) и полную (до полного истощения катеонита) емкости поглощения. Полная емкость поглощения катионитов составляет 570-1700 моль/м3. Рабочая емкость зависит от свойств, условий регенерации катеонита, размеров зерен и высоты его слоя в фильтре, типа обменного иона, общего солесодержания, скорости фильтрования и может изменяться в пределах 40-70% от полной. См. также Иониты.

Опреснение и обессоливание. Удаление солей из воды до предела, близкого к содержанию их в дистиллированной воде (доли или несколько мг/л), называют обессоливанием, а удаление солей до концентраций, допустимых при применении воды для питья (до 1 г/л), - опреснением.

Обессоливание дистилляцией основано на выпаривании воды с дальнейшей конденсацией пара. Испарители может быть многоступенчатыми с использованием пара предыдущей ступени для испарения воды в последующей.

Обессоливание и опреснение воды ионным обменом достигается путем последоват. фильтрования воды через зернистые слои Н+-катеонита и ОН- -анионита. При этом находящиеся в воде катионы и анионы заменяются соответственно на Н+ и ОН-, образующие молекулы Н2О. В случае фильтрования воды через Н+ - катеонит СО2, который образуется при взаимодействии ионов HCO3- и Н+, удаляется в спец. дегазаторе продуванием воздуха через воду. Емкость поглощения анионитами отд. анионов различна и определяется свойствами анионитов, кислотностью воды и рядом техн. факторов (крупностью зерен и др.). Полная емкость анионитов составляет 1500 моль/м3. Низкоосновные аниониты регенерируют NaOH, Na2CO3, NaHCO3, высокоосновные -NaOH. Простейшая одноступенчатая схема обессоливания включает Н+ -катионитный фильтр, декарбонизатор для выделения из воды СО2 и ОН- - анионитный фильтр. При такой схеме вода частично обессоливается (до солесодержания 5-10 мг/л), при этом концентрация в ней H2SiO3 практически не снижается. Более глубокое обессоливание воды может быть достигнуто на двухступенчатых установках (до солесодержания 0,1-0,3 мг/л и концентрации H2SiO3 до 0,02-0,1 мг/л). Практически полностью воду можно обессолить (до солесодержания 0,05-0,1 мг/л и концентрации H2SiO3 менее 0,02-0,05 мг/л) на трехступенчатой ионитной установке, причем вместо двух фильтров (Н+ - и ОН- -фильтры) на третьей ступени может быть применен фильтр со смешанной катионитно-анионитной загрузкой. При двух-и трехступенчатой ионитных установках на первой ступени используют низкоосновный, на второй и третьей ступенях - высокоосновный аниониты.

Обессоливание воды электродиализом и обратным осмосом не требует применения химический реагентов и характеризуется существенно меньшими энергетич. затратами по сравнению с дистилляцией. При электродиализе используют селективные мембраны ионообменные, при обратном осмосе - полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы воды, но задерживающие растворенные минеральных и органическое вещества. Расход электроэнергии на 1 м3 воды, обессоленной электродиализом, составляет 6-30 кВт*ч/м3, обратным осмосом - 1,5-15 кВт*ч/м3. Электродиализом воду можно обессолить на 90%, обратным осмосом - на 98%. В установках обратного осмоса рабочее давление достигает 5-10 МПа, укладка мембран может быть по типу фильтропресса, трубчатая, рулонная (спиральная и в виде полого волокна). См. также Мембранные процессы разделения.

Обезжелезивание. В подземных водах железо обычно находится в виде Fe(HCO3)2, в поверхностных водах - в виде тонкодисперсной взвеси гидроксида или входит в состав комплексных органическое веществ.

Подземные воды обезжелезивают упрощенной аэрацией (свободный падением воды с высоты 0,4-0,6 м) с последующей фильтрованием через слой зернистого материала. При этом на поверхности зерен выделяется каталитических пленка соединений Fe, интенсифицирующая обезжелезивание. Метод используют при общем содержании железа до 10 мг/л (в т.ч. Fе2 + - не менее 70%). Н2S - до 0,5 мг/л; рН не менее 6,8. В др. случаях и при наличии в воде агрессивного СО2 применяют аэрацию с помощью спец. аэраторов-градирен и фильтрование через слой зернистого материала. При значительной содержании Fe перед фильтрами иногда устанавливают отстойник, где происходят окисление Fe2+ в Fe3 + и коагуляция образующегося Fe(OH)3, который задерживается на фильтрах.

Аэрация, совмещаемая с подщелачиванием воды Са(ОН)2 или Na2CO3 и фильтрованием, - универсальный метод, позволяющий удалять Fe во всех формах из подземных и поверхностных вод. Добавление раствора щелочных реагентов в воду осуществляется непосредственно после аэратора. При этом методе из воды может выделяться Fe(OH)2 или FeCO3. В ряде случаев для комплексной очистки воды от Fe + и др. восстановителей, например H2S, в нее перед подачей в фильтры вводят окислители - Сl2 и КМnO4.

Обескремнивание. Содержание H2SiO3 и ее солей в природные водах обычно колеблется от 1 до 50-60 мг/л. Высокие концентрации H2SiO3 и ее солей вследствие образования накипи недопустимы в воде, используемой для питания паровых котлов высокого давления, а также в некоторых производствах (например, целлюлозы, полупроводников, лек. препаратов и др.). При применении извести можно уменьшить содержание Si в воде до 0,3-0,5 мг/л (в расчете на SiO32-).

При обескремнивании воды солями Fe3+ расход их составляет ок. 2 мг Fe на 1 мг удаляемой коллоидной H2SiO3. Обескремнивание солями Al лучше происходит при введении в воду NaAlO2 (10-15 мг/л на 1 мг SiO32-), чем A12(SO4)3. Обработкой Mg(OH)2 при нагревании воды до 40 °С удается снизить содержание Si до 1 мг/л, при нагревании до 100°С - до 0,25 мг/л.

При использовании обожженного доломита остаточное содержание SiO32- уменьшают до 2 мг/л при подогреве воды до 40 °С и до 0,2 мг/л - при подогреве до 98 °С. В случае введения в нагретую воду каустич. магнезита (10-15 мг на 1 мг удаляемой SiO32-) образовавшийся Mg(OH)2 сорбирует из воды H2SiO3, при этом содержание Si уменьшается до 1,0-1,5 мг/л. Почти полное Обескремнивание воды (до 0,02-0,05 мг/л) может быть достигнуто путем ионного обмена.

Дегазация. Растворенные в воде газы (О2, СО2, H2S) повышают ее коррозионную активность и придают неприятный привкус и запах (H2S, CH4). На тепловых электростанциях дегазация - один из важных процессов, осуществляется главным образом пропусканием через воду пара. При этом в результате нагревания ее до температуры кипения при атм. давлении или в вакууме растворимость газов в воде снижается до нуля. Аэрацию воды посредством ее разбрызгивания используют в основные для устранения СО2 и H2S (O2 не удаляется). Как самостоят. метод для очистки воды от H2S аэрацию можно использовать только при малых его концентрациях; метод наиболее эффективен при рН < 5. Химическая методы применяют главным образом для обескислороживания воды, добавляя к ней различные восстановители (SO2, Na2SO3, Na2S2O3, гидразин). Очисткой воды в биохимический реакторах с последующей фильтрованием через слой зернистого материала можно практически полностью устранить H2S, гидросульфиды и сернистые соединения.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
влок показания противопоказания
печать на плаката реклама
модуль управления acm-c2kr306 цена
купить шатер в ашане

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(21.10.2017)