Справочная

" - 1 2 4 b N O S А Б В Г Д Е Ж З И К Л м Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э

ВОДОПОДГОТОВКА

ВОДОПОДГОТОВКА , комплекс технол. процессов обработки и очисткиводы для приведения ее кач-ва в соответствие с требованиями потребителей.Осн. процессы рассмотрены ниже. Кроме того, при водоподготовке из воды могут удалятьсяMn, F, синтетич. моющие и красящие в-ва, пестициды и др. Водоподготовку проводят наспец. станциях, производительность к-рых может составлять от неск. м3/сутдо млн. м3/сут.

Осветление. Вода поверхностных (открытых) источников, как правило,содержит крупнодисперсные и коллоидные минер. и орг. примеси, обусловливающиеее цветность. Для их удаления воду обрабатывают коагулянтами [A12(SO4)3,FeSO4, FeCl3] и флокулянтами (полиакриламидом, активнойH2SiO3 и др.). Образовавшуюся хлопьевидную массу,состоящую в осн. из гидроксидов А1 и Fe и примесей, выделяют из воды вотстойниках или спец. осветлителях (осадок в них поддерживается во взвешенномсостоянии потоком поступающей снизу воды), напорных или открытых фильтрахи контактных осветлителях с загрузкой из зернистых материалов (кварцевыйпесок, дробленый антрацит, керамзит, шунгизит и др.), а также во флотаторах,гидроциклонах, намывных фильтрах. Для частичного удаления крупнодисперсныхпримесей и фитопланктона, образующегося при цветении водоемов, применяютсетчатые микрофильтры, плоские и барабанные сетки. См. также Осаждение.

Обеззараживание. Наличие в воде болезнетворных микроорганизмови вирусов делает ее непригодной для хозяйственно-питьевых нужд, а присутствиев воде нек-рых видов микроорганизмов (напр., нитчатых, зооглейных, суль-фатвосстанавливающихбактерий, железобактерий) вызывает биол. обрастание, а иногда и разрушениетрубопроводов и оборудования.

Наиб. распространено хлорирование воды жидким или газообразным С12,гипохлоритами — NaClO, Са(СlO)2 и СlO2. Хлор взаимод.с водой с образованием НС1О и НС1; при рН > 4 свободный С12практически отсутствует, при рН > 5,6 НС1О диссоциирует на Н+и СlO-. Бактерицидность недиссоциированной НС1О в 70-80 разбольше, чем у СlO-. При наличии в воде NH3, аммониевыхсолей или орг. в-в, содержащих группы NH2, C12, HC1Oи гипохлориты реагируют с ними, образуя неорг. и орг. моно- и дихлорамины.Монохлорамины в 3-5 раз менее бактерицидны, чем дихлорамины, к-рые в своюочередь в 20-25 раз менее эффективны свободного С12. Бактерицидностьхлораминов, образованных С12, НОС1, С1О-, NH3или солями аммония, в 8-10 раз выше, чем бактерицидность хлорпроизводныхорг. аминов или иминов. Концентрацию свободного и связанного (в хлораминах)С12, необходимую для обеспечения заданного обеззараживающегоэффекта, определяют по результатам пробного хлорирования. Для обеззараживанияводы применяют также озон и УФ-облучение.

Стабилизация. Стабильной считается вода, к-рая не выделяет ине растворяет отложения СаСО3. Показателем стабильности служитиндекс насыщения I воды карбонатом Са, к-рый рассчитывают по данным о рНи т-ре 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 измеренногозначения 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 противокоррозионнойпленки на стенках трубопроводов и оборудования. Это связано с наличиемв 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 илиNaHCO3 воду обрабатывают Са(ОН)2, Na2CO3или др. щелочными реагентами. Многие прир. и производств. воды, идущиена охлаждение, пересыщены СаСО3, а также Mg(OH)2.При использовании в кач-ве хладагента вода нагревается, что вызывает разложениегидрокарбонатов и выпадение СаСО3; помимо этого, осаждаютсяMg(OH)2 и нек-рые соли. Для устранения отложений воду подкисляютH2SO4 или НС1, обрабатывают СО2 (обычнотопочными газами — т. наз. рекарбонизация), фосфатируют (напр., 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 в-в, обогащающих ееанионами СО32- и ОН-, в результате чегообразуются труднорастворимые СаСО3 и Mg(OH)2, выделяемыеиз воды осаждением и фильтрованием. При обработке воды известью [гашенойСа(ОН)2 или негашеной СаО] происходит декарбонизация — устранениекарбонатной жесткости; снижается также щелочность воды. Известь связываетрастворенный в воде СО2 с образованием гидрокарбонатных ионовНСО2, к-рые, взаимод. с известью, превращ. в карбонаты, выпадающиев осадок. Для устранения магниевой карбонатной жесткости кол-во известидолжно обеспечивать получение малорастворимой Mg(OH)2 при одноврем.эквивалентном выделении в осадок СаСО3. Предел умягчения водыизвестью определяется р-римостью СаСО3 и Mg(OH)2.

Воду обрабатывают известью и содой в тех случаях, когда Са и Mg присутствуютв воде не только в виде гидрокарбонатов, но и в виде хлоридов и сульфатов,т.е. для устранения как карбонатной, так и некарбонатной жесткости. Приэтом образуются осадки СаСО3 и Mg(OH)2, в р-р переходитNa+ (в виде Na2SO4 и NaCl) в кол-ве, эквивалентномкол-ву Na2CO3. Вода, умягченная известью и содойбез подогрева, имеет остаточную жесткость порядка 0,5-1,0 ммоль/л. Принагр. воды до 35-40 °С можно поддерживать остаточную жесткость не более0,5 ммоль/л. При подогреве воды до 100 °С и выше (термохим. умягчение,применяемое для питания паровых котлов) остаточная жесткость составляет0,3 ммоль/л. Избыток извести повышает остаточную жесткость воды и одновременнообусловливает увеличение ее щелочности.

Катионирование в о д ы — пропускание ее через слой зернистого катеонита.В результате ионы Са2+ и Mg2+ обмениваются на ионыкатеонита. Последний регенерируют р-рами солей, содержащими катионы Na+или NH4+, либо к-тами, атомы Н к-рых вытесняют поглощенныеионы Са2+ и Mg2 + .

В связи с этим различают Na+ -, Н+ — или NH4+-катионирование. Способность разных катеонитов к обмену ионов выражаетсяемкостью поглощения (обменной способностью) по отношению к данному ионуи 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) емкостипоглощения. Полная емкость поглощения катионитов составляет 570-1700 моль/м3.Рабочая емкость зависит от св-в, условий регенерации катеонита, размеровзерен 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 неск.мг/л), наз. обессоливанием, а удаление солей до концентраций, допустимыхпри применении воды для питья (до 1 г/л), — опреснением.

Обессоливание дистилляцией основано на выпаривании воды с дальнейшейконденсацией пара. Испарители м. б. многоступенчатыми с использованиемпара 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 соотв.на Н+ и ОН-, образующие молекулы Н2О.В случае фильтрования воды через Н+ - катеонит СО2,к-рый образуется при взаимод. ионов HCO3- и Н+,удаляется в спец. дегазаторе продуванием воздуха через воду. Емкость поглощенияанионитами отд. анионов различна и определяется св-вами анионитов, кислотностьюводы и рядом техн. факторов (крупностью зерен и др.). Полная емкость анионитовсоставляет 1500 моль/м3. Низкоосновные аниониты регенерируютNaOH, Na2CO3, NaHCO3, высокоосновные -NaOH.Простейшая одноступенчатая схема обессоливания включает Н+ -катионитныйфильтр, декарбонизатор для выделения из воды СО2 и ОН-- анионитный фильтр. При такой схеме вода частично обессоливается (до солесодержания5-10 мг/л), при этом концентрация в ней H2SiO3 практическине снижается. Более глубокое обессоливание воды м. б. достигнуто на двухступенчатыхустановках (до солесодержания 0,1-0,3 мг/л и концентрации H2SiO3до 0,02-0,1 мг/л). Практически полностью воду можно обессолить (до солесодержания0,05-0,1 мг/л и концентрации H2SiO3 менее 0,02-0,05мг/л) на трехступенчатой ионитной установке, причем вместо двух фильтров(Н+ - и ОН- -фильтры) на третьей ступени м. б. примененфильтр со смешанной катионитно-анионитной загрузкой. При двух-и трехступенчатойионитных установках на первой ступени используют низкоосновный, на второйи третьей ступенях — высокоосновный аниониты.

Обессоливание воды электродиализом и обратным осмосом не требует примененияхим. реагентов и характеризуется существенно меньшими энергетич. затратамипо сравнению с дистилляцией. При электродиализе используют селективныемембраныионообменные, при обратном осмосе — полупроницаемые мембраны, пропускающиемолекулы воды, но задерживающие растворенные минер. и орг. в-ва. Расходэлектроэнергии на 1 м3 воды, обессоленной электродиализом, составляет6-30 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, укладкамембран м. б. по типу фильтропресса, трубчатая, рулонная (спиральная ив виде полого волокна). См. также Мембранные процессы разделения.

Обезжелезивание. В подземных водах железо обычно находится ввиде Fe(HCO3)2, в поверхностных водах — в виде тонкодисперснойвзвеси гидроксида или входит в состав комплексных орг. в-в.

Подземные воды обезжелезивают упрощенной аэрацией (своб. падением водыс высоты 0,4-0,6 м) с послед. фильтрованием через слой зернистого материала.При этом на пов-сти зерен выделяется каталитич. пленка соединений Fe, интенсифицирующаяобезжелезивание. Метод используют при общем содержании железа до 10 мг/л(в т.ч. Fе2 + — не менее 70%). Н2S — до0,5 мг/л; рН не менее 6,8. В др. случаях и при наличии в воде агрессивногоСО2 применяют аэрацию с помощью спец. аэраторов-градирен и фильтрованиечерез слой зернистого материала. При значит. содержании Fe перед фильтрамииногда устанавливают отстойник, где происходят окисление Fe2+в Fe3 + и коагуляция образующегося Fe(OH)3,к-рый задерживается на фильтрах.

Аэрация, совмещаемая с подщелачиванием воды Са(ОН)2 или Na2CO3и фильтрованием, — универсальный метод, позволяющий удалять Fe во всехформах из подземных и поверхностных вод. Добавление р-ра щелочных реагентовв воду осуществляется непосредственно после аэратора. При этом методе изводы может выделяться Fe(OH)2 или FeCO3. В ряде случаевдля комплексной очистки воды от Fe + и др. восстановителей,напр. H2S, в нее перед подачей в фильтры вводят окислители -Сl2 и КМnO4.

Обескремнивание. Содержание H2SiO3 и еесолей в прир. водах обычно колеблется от 1 до 50-60 мг/л. Высокие концентрацииH2SiO3 и ее солей вследствие образования накипи недопустимыв воде, используемой для питания паровых котлов высокого давления, а такжев нек-рых произ-вах (напр., целлюлозы, полупроводников, лек. препаратови др.). При применении извести можно уменьшить содержание Si в воде до0,3-0,5 мг/л (в расчете на SiO32-).

При обескремнивании воды солями Fe3+ расход их составляеток. 2 мг Fe на 1 мг удаляемой коллоидной H2SiO3.Обескремнивание солями А1 лучше происходит при введении в воду NaAlO2(10-15 мг/л на 1 мг SiO32-), чем A12(SO4)3.Обработкой Mg(OH)2 при нагр. воды до 40 °С удается снизить содержаниеSi до 1 мг/л, при нагр. 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 подогреведо 98 °С. В случае введения в нагретую воду каустич. магнезита (10-15 мгна 1 мг удаляемой SiO32-) образовавшийся Mg(OH)2сорбирует из воды H2SiO3, при этом содержание Siуменьшается до 1,0-1,5 мг/л. Почти полное Обескремнивание воды (до 0,02-0,05мг/л) м. б. достигнуто путем ионного обмена.

Дегазация. Растворенные в воде газы (О2, СО2,H2S) повышают ее коррозионную активность и придают неприятныйпривкус и запах (H2S, CH4). На тепловых электростанцияхдегазация — один из важных процессов, осуществляется гл. обр. пропусканиемчерез воду пара. При этом в результате нагревания ее до т-ры кипения приатм. давлении или в вакууме р-римость газов в воде снижается до нуля. Аэрациюводы посредством ее разбрызгивания используют в осн. для устранения СО2и H2S (O2 не удаляется). Как самостоят. метод дляочистки воды от H2S аэрацию можно использовать только при малыхего концентрациях; метод наиб. эффективен при рН < 5. Хим. методы применяютгл. обр. для обескислороживания воды, добавляя к ней разл. восстановители(SO2, Na2SO3, Na2S2O3,гидразин). Очисткой воды в биохим. реакторах с послед. фильтрованием черезслой зернистого материала можно практически полностью устранить H2S,гидросульфиды и сернистые соединения.


===
Исп. литература для статьи «ВОДОПОДГОТОВКА»: Кастальский А.А., МинцД.М., Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения, М., 1962; Минц Д.М., Теоретические основытехнологии очистки воды, М., 1964; Апельцин Н.Э., Клячко В.А., Опреснениеводы, М., 1968; Клячко В.А., Апельцин Н.Э., Очистка природных вод, М.,1971; Водоподготовка. Процессы и аппараты, под ред. О. И. Мартыновой, М.,1977; Кульский Л. А., Теоретические основы и технология кондиционированияводы, 3 изд., К., 1980; Абрамов Н. Н., Водоснабжение, 3 изд., М., 1981С.В. Яковлев. В. А. Гладков.

Страница «ВОДОПОДГОТОВКА» подготовлена по материалам химической энциклопедии.