4.5.2.4. Дегазація води

Дегазацією називають процес вилучення із води розчинених газів. Найчастіше з води усувають вуглецю (ІV) оксид, кисень. В окремих випадках вилучають сірководень, метан та інші розчинені гази.

Суть методу дегазації полягає у зменшенні розчинності у воді газів або їх хімічному перетворенні в неагресивні чи нетоксичні сполуки. Найчастіше застосовують фізичні та хімічні методи дегазації.

До фізичних методів, застосуванням яких досягається зменшення розчинності газу, належать десорбція віддуванням, термічні, вакуумні та комбіновані. У деяких випадках застосовується десорбція витісненням.

Десорбція віддуванням полягає в тому, що через воду барботують газ, який не містить тієї речовини, яку вилучають (наприклад, для десорбції сірководню застосовують повітря, а кисню – азот). Парціальний тиск газу, який вилучають, у газі, що барботує, дорівнює нулю. Унаслідок цього створюється різниця парціальних тисків – виникає рушійна сила десорбції, відтак розчинений у воді газ переходить у бульбашку газу, який барботує через воду і виводиться із її об’єму рідини.

Термічна дегазація ґрунтується на зменшенні розчинності газів за підвищених температур. Цей метод дуже широко використовується у практиці, але якщо вода містить деякі агресивні гази, наприклад, кисень, сірководень тощо, то одночасно із десорбцією інтенсифікуватимуться корозійні процеси.

Вищими за інтенсивністю процесу та ефективністю, порівняно із термічним і особливо десорбцією віддуванням, характеризується вакуумний метод. При зменшенні тиску над рідиною пропорційно зменшується парціальний тиск розчиненої речовини, що зумовлює виникнення різниці парціальних тисків, тобто збільшення рушійної сили процесу. Газова фаза, яка евакуюється з простору над рідиною, є концентрованою за десорбованою речовиною і містить незначну кількість водяної пари. Це зумовлює простоту подальшого технолоґічного перероблення виділеної сполуки.

Комбіновані методи передбачають здійснення дегазації за одночасного підвищення темпатури та зменшення тиску. У цьому випадку застосування вакууму сприяє зменшенню температури кипіння води, внаслідок чого зростає парціальний тиск її пари над рідиною. При цьому відбувається інтенсивніше й повніше вилучення розчинених газів й досягається глибока дегазація води.

Витіснювальна десорбція застосовується за необхідності вилучення із води розчинених газів без підвищення температури чи зменшення тиску, наприклад, під час здійснення технолоґічного процесу. Вона полягає в тому, що через воду барботують такий газ, за присутності якого різко зменшуються розчинності інших газів. Наприклад, аргон витіснює розчинений у воді кисень.

Хімічні методи дегазації ґрунтуються на взаємодії розчинених газів із спеціально підібраними і введеними у воду реаґентами, внаслідок чого утворюються нетоксичні, неагресивні конденсовані речовини.

Для усунення розчиненого кисню застосовують реаґенти з відновними властивостями. Найчастіше використовують залізну (стальну) стружку, натрію сульфіт та тіосульфат, гідразин і, значно рідше, – сірки (IV) оксид. Під час взаємодії розчиненого кисню з натрію сульфітом утворюється нешкідливий сульфат

О₂ + 2Na₂SO₃ = 2Na₂SO₄. (4.93)

Якщо воду оброблюють сірки (IV) оксидом, то утворюється сульфатна кислота

SO₂ + H₂O + 0,5О₂ = H₂SO₄ . (4.94)

Унаслідок цього кислотність води зростає, що переважно є явищем небажаним.

Гідразин застосовують у вигляді гідразин-гідрату або гідразин сульфату, наприклад

О₂ + N₂H₄H₂O = N₂ + 3H₂O. (4.95)

Реакція із задовільною швидкістю відбувається за підвищених температур та у присутності каталізатора.

Перспективними вважаються методи вилучення кисню за допомогою редокс-іонітів – іонообміних смол, які містять групи типу гідрохінону, пірогалолу, пірокатехіну тощо, які мають відновну здатність. Наприклад, гідрохінон окиснюється розчиненим киснем до хінону

2С₆Н₄(ОН)₂ + О₂ = 2С₆Н₄О₂ + 2Н₂О. (4.96)

Хімічне вилучення кисню зазвичай здійснюють після попередньої фізичної дегазації води.

Сірководень, який характеризується відновними властивостями, видаляють за допомогою речовин, які володіють окисною здатністю: сірки (IV) оксиду, хлору, кисню, озону, калію перманганату. Відповідні окисно-відновні процеси ілюструються такими сумарними реакціями:

2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O; (4.97)

H₂S + Cl₂ = S + 2HCl; (4.98)

2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O; (4.99)

3H₂S + O₃ = 3S + 3H₂O; (4.100)

3H₂S + 4O₃ = 3H₂SO₄; (4.101)

3H₂S + 2KMnO₄ = 3S + 2MnO₂ + 2КОН + 2H₂O. (4.102)

Очищення води від сірководню здійснюють також за допомогою речовин, які утворюють малорозчинні сульфіди:

2Fe(OH)₃ + 3H₂S = Fe₂S₃ + 6H₂O. (4.103)

Видалення сірководню біохімічним методом відбувається внаслідок життєдіяльності сіркобактерій, для яких цей газ є поживною речовиною; цей процес описується рівнянням (4.98).