11. Дегазация воды

дегазацией называется совокупность мер по удалению газов, растворенных в природной воде, либо появляющихся при ее обработке. К таким газам относят, в первую очередь, СО₂, Н₂S, O₂, СН₄(метан). Первые три газа повышают коррозионную активность воды, сероводород и метан дают сильный запах, а метан еще и взрывоопасен.

Методы дегазации классифицируют следующим образом:

1. физические.

2. Химические или реагентные.

3. Биохимические.

Физические методы:

1. продувка другим газом, в котором парциальное давление удаляемого газа меньшее, чем газа, растворенного в воде,

2. создание условий, при которых растворимость газа в воде снижается, например, повышение температуры или снижение давления.

Химические методы - в воду добавляют веществ, реагирующих с газами, и связывание продуктов реакции.

Биохимические методы – использование бактерий, поглощающих растворенные газы

( сероводород).

11.1. Физические методы.

Основной физический метод - это аэрация, реализуемая в сооружениях разной конструкции.

1. Брызгальные бассейны применяют в южных районах при большой производительности. Их конструкция такая же, как обычно при охлаждении воды.

2. Пленочные дегазаторы. Здесь вода стекает тонкой пленкой по оросителям с большой удельной поверхность (кольца Рашига, деревянная хордовая насадка, гравий, кокс и т. п.).

схема вентиляционно-пленочного дегазатора показана ниже.

Схема струйно-пленочного дегазатора с естественной вентиляцией дана ниже.

В поровом пространстве насадки вода стекает в виде пленки, а между ее слоями- струйками.

3. барботажные дегазаторы - здесь воздух продувается через слой воды с помощью пористых труб. Недостаткам конструкции является большой расход энергии, необходимый для продувки сравнительно высокого слоя воды.

4. В пенных дегазаторах вода движется горизонтальным потоком по дырчатым листам, через которые снизу продувается воздух вентиляторами.

5. Вакуумный дегазатор. Вакуум создается с помощью эжекторов или вакуум-насосов. Величина вакуума такая, при которой вода кипит и из нее выделяется газ и пар. Наилучший эффект достигается при одновременном подогреве воды.

Показанная выше конструкция пригодна для обескислороживания воды. все предыдущие конструкции, где вода продувалась воздухом, будут увеличивать содержание кислорода, так как его парциальное давление в воздухе выше, чем у растворенного в воде кислорода.

Из описанных конструкций наиболее распространенный вариант - пленочные дегазаторы, в которых удаляется углекислый газ, метан и сероводород. Проблемой здесь является загрязнение атмосферного воздуха удаляемыми газами, а метан ко всему и взрывоопасен.

11.2. Химические методы дегазации.

Химические методы используют для удаления кислорода и сероводорода. для обескислороживания воды используют три группы способов:

1. введение в воду восстановителей, связывающих кислород. В качестве восстановителей используют сульфит натрия (Na₂SO₃), сернистый газ (SO₂) и гидразин (N₂H₄). Реакции, которые при вводе этих веществ происходят:

2Na₂SO₃+O₂=2 Na₂SO₄,

2 SO₂+2H₂O=2H₂SO₃+ O₂ =2H₂SO₄,

N₂H₄+ O₂= N₂+H₂O.

Способ, при котором используют гидразин, является наиболее экологически чистым (здесь в атмосферу выделяется только азот), однако стоимость гидразина высокая. Для ускорения происходящих реакций используют катализаторы - соли меди, кобальта, активированный уголь.

2. Фильтрование через стальную стружку, которая предварительно обезжиривается щелочью, промывается горячей водой, активируется раствором кислоты и снова промывается. Здесь железо, окисляясь, связывает кислород:

4Fe+3O₂ =2Fe₂O₃.

Образующиеся оксиды и гидроксиды железа удаляют обратной промывкой. Время контакта воды со стружкой зависит от температуры воды: при 20⁰С - время контакта 25 мин, а при 80⁰С - только 3 мин. окончательная очистка воды осуществляется в скорых песчаных фильтрах.

3. Электронно-обменные смолы (ЭО) и электронно-ионообменные смолы (ЭИ) - это катиониты и аниониты с введенными в них катионами железа и меди. Регенерация этих смол производится 1-2% раствором сульфита или тиосульфита натрия. Обменная емкость смолы ЭИ-12 по кальцию 500 г-экв/м³, а поглощающая способность по кислороду - 45 кг О₂/ м³, здесь происходит одновременно и умягчение воды.

Для удаления сероводорода применяют реагенты - хлор, озон, железо и перманганат калия. Самый распространенный способ- хлорирование. При дозах хлора 2мг на 1 мг H₂S происходит реакция

H₂S+Cl₂=S+2HCl.

Сера выпадает в осадок, вода опалесцирует и окончательное осветление производят в фильтрах. При больших дозах (8-9 мг/мг H₂S) проходит реакция

H₂S+ Cl₂+4H₂O= H₂SO₄+4HCl.

Здесь коллоидная сера не образуется, однако необходима корректировка кислотности воды.

При использовании озона реакция следующая:

3 H₂S+4O₂=3 H₂SO₄.

Удаление сероводорода можно проводить на гидроксиде железа. происходящие реакции зависят от рН среды: в щелочной среде происходит реакция

2Fe(OH)₃ + 3 H₂S=Fe₂S₃+6H₂O,

а в нейтральной среде-

2Fe(OH)₃ + 3 H₂S=FeS+S+6H₂O.

Осадок (сульфид железа) регенерируют продувкой (кислородом воздуха), однако сера постепенно накапливается. после отстаивания и обработки известью воду необходимо профильтровать.

При использовании перманганата калия происходит реакция

KMnO₄ + H₂S=K₂ SO₄+ S+ MnO + MnO₂ + H₂O.

Образуется коллоидная сера и соединения марганца, которые необходимо удалять (отстаивать и фильтровать).

Сравнительно новый способ очистки от сероводорода - фильтрование через модифицированную загрузку. Песок предварительно обрабатывают FeSO₄ и KMnO₄. Образующаяся на поверхности песка пленка гидроксидов железа (Fe (OH)₃ ) и MnO₂ переводят сероводород в серу.

В биохимическом методе используют серобактерии, которые нуждаются в подпитке биогенными элементами, содержащими азот, фосфор и калий. Технологическая схема здесь следующая – вода проходит через смеситель, биореактор, загруженный гравием крупностью 20-50 мм и продуваемый воздухом, а затем поступает в скорый фильтр. Время пребывания воды в биореактор - 0,5 ч, расход воздуха- 2-5 м³ на 1м³ воды.