§ 132. Удаление из воды растворенных газов
Чаще всего в процессе водоподготовки требуется удаление углекислоты, кислорода п сероводорода. Все три газа относятся к коррозийно-агрессивным газам, обусловливающим или усиливающим процессы коррозии металлов. Углекислота, кроме того, агрессивна по отношению к бетону. Свойство этих газов обусловливать и усиливать коррозийные процессы, а также неприятный запах, который сообщает воде сероводород, во многих случаях вызывают необходимость наиболее полного удаления их из воды.
Комплекс мероприятий, связанных с удалением из воды растворенных в ней газов, называется дегазацией воды.
Применяются химические и физические методы дегазаций воды.
Сущность первых заключается в использовании определенных реагентов, которые связывают растворенные в воде газы. Например, обескислороживание воды может быть достигнуто путем введения в нее сульфита натрия, сернистого газа или гидразина. Сульфит натрия при введении его в воду окисляется растворенным в воде кислородом до сульфата натрия:
2Na2SO3 + О2 -> 2Na2SO4.
В случае применения сернистого газа образуется сернистая кислота:
SO2 -f Н2О -»- H2SO3,
которая кислородом, растворенным в воде, окисляется до серной кислоты:
2H2SO3-f O2-*-2H2SO4.
Химическим реагентом, при помощи которого удается достичь
практически полного обескислороживания воды, является гидразин.
При введении его в воду происходит связывание кислорода и выделение инертного азота:
N2H4 + O2->-2H2O-f-N2.
Последний химический способ обескислороживания воды является наиболее совершенным, но вместе с тем и наиболее дорогим ввиду высокой стоимости гидразина. Поэтому этот способ применения в основном для окончательного удаления кислорода из воды после физических методов ее обескислороживания.
Примером химического метода удаления из воды сероводорода может служить обработка воды хлором:
а) с окислением до серы:
HJS + C12-»-S + 2HC1;
б) с окислением до сульфатов:
H2S + 4С12 + 4Н2О -> H2SO4 + 8HC1
Эти реакции (так же как промежуточные реакции образования тиосуль-фатов и сульфитов) протекают параллельно в определенных соотношениях, зависящих в первую очередь от дозы хлора и рН воды. Химическим методам газоудаления свойственны следующие недостатки: а) необходимость применения реагентов, усложняющих и удорожающих процесс обработки воды; б) возможность ухудшения качества воды при нарушении дозировки реагентов. Вследствие этого химические методы газоудаления применяются значительно реже физических.
Физические методы удаления из воды растворенных газов могут осуществляться двумя способами: 1) вода, содержащая удаляемый газ, приводится в соприкосновение с воздухом, если парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю; 2) создаются условия, прл которых растворимость газа в воде становится близкой к нулю.
При помощи первого способа, т. е. при помощи аэрации воды, обычно удаляются свободная углекислота и сероводород, поскольку парциальное давление этих газов в атмосферном воздухе близко к нулю.
Ко второму способу обычно приходится прибегать при обескислороживании воды, так как при значительном парциальном давлении кислорода в атмосферном воздухе аэрацией воды кислород из нее удалить нельзя. Для удаления из воды кислорода ее доводят до кипения, при котором растворимость всех газов в воде падает до нуля. Вода доводится до кипения либо ее нагреванием (термические деаэраторы), либо путем понижения давления до такого значения, при котором вода кипит при данной ее температуре (вакуумные дегазаторы).
Удаление из воды растворенных газов в процессе водоподготовкп осуществляется на дегазаторах различных типов, которые по их конструктивному устройству, характеру движения воды и воздуха и по обстановке, в которой осуществляется процесс дегазации, можно классифицировать следующим образом:
1) пленочные дегазаторы, представляющие собой колонны, загру
женные той или иной насадкой (деревянной, кольцами Рашига и др.),
по которой вода стекает тонкой пленкой. Насадка служит для создания
развитой поверхности соприкосновения воды и воздуха, нагнетаемого
вентилятором навстречу потоку воды;
2) барботажные дегазаторы, в которых через слой медленно движу
щейся воды продувается сжатый воздух;
3) вакуумные дегазаторы, где при помощи специальных устройств
(вакуум-насосов или водоструйных эжекторов) создается такое давле
ние, при котором вода кипит при данной температуре.
В технике водообработки в основном применяется пленочные дегазаторы и для обескислороживания воды вакуумные (или термические). Барботажные дегазаторы применяются в виде исключения из-за сравнительно высокой эксплуатационной стоимости (расхода электроэнергии на компрессию воздуха).
При проектировании дегазаторов должны быть определены следующие величины: площадь поперечного сечения дегазатора, необходимый расход воздуха, площадь поверхности насадки, требуемая для достижения заданного эффекта дегазации.
Площадь поперечного сечения дегазаторов должна определяться по допустимой плотности орошения насадки, т. е. по расходу воды, приходящемуся на 1 м2 площади поперечного сечения дегазатора. При глубоком удалении из воды углекислоты (до 2-3 мг/л) на дегазаторах, загруженных кольцами Рашига (25X25X3 мм), допустимая плотность орошения насадки 60 м3/(м2«ч), удельный расход воздуха 15 м3/м3; на дегазаторах, загруженных деревянной насадкой из досок, соответственно 40 м3/(м2«ч) и 20 м3/м3; при обескислороживании воды на вакуумных дегазаторах допустимая плотность орошения насадки 5 м3/(м2«ч).
Требуемая площадь поверхности насадок, загружаемых в дегазатор, определяется по формуле, приведенной в § 131. Там же указаны методы определения остальных величин, входящих в эту формулу. Значения К находятся для каждого типа дегазаторов по соответствующим графикам1.
Наличие кислорода в греющей паровой системе приводит к коррозии котлов, тепловых сетей, снижает эффективность переноса тепла с паром.
Существуют химические и физические методы удаления кислорода из питательной воды. Физические методы деаэрации осуществляются вакуумным, термическим способом, азотной пузырьковой деаэрацией.
Химические методы удаления кислорода - дозирующее оборудование серии «MWT R»
- На котлах низкого давления до 7,0 Мпа, с применением сульфита натрия, метабисульфита натрия;
- На котлах высокого, сверхвысокого, сверхкритичного давления, с применением гидразин гидрата (при окислении образуется азот и вода), диэтилгидроксиламин, изоаскорбиновую кислоту, карбогидразин, гидрохинон, пленкообразующий амин - хеламин.
Степень извлечения свободного кислорода для предотвращения котловой коррозии, коррозии сетей, зависит от температуры теплоносителя, объема воды. Содержание кислорода в системах питательной воды при одноступенчатой аэрации достигает значения не более 0,2 мл/л, а при условии содержания кислорода менее 0,07 мл\л, применяется дополнительная обработка воды дозированием химических препаратов.
Каталитический метод глубокого удаления кислорода на палладиевом катализаторе, напорной фильтрации - оборудование серии «MWT Pl»
Глубокое удаление растворенного кислорода из воды от 20 мкг\л, расчетной скоростью фильтрации от 5 – 80 м\ч. Извлечение растворенного кислорода входящей воды, основывается на принципе взаимодействия палладированного ионитного материала с восстановлением кислорода водородом. Фильтрующий каталитический материал химически стойкий к кислотам, щелочам – нерастворим в органических растворителях, воде, не ядовитый, негорючий, не взрывоопасный. Промывка фильтра производится обратным током при наличии не растворенных соединений, либо без промывки в условиях чистой воды до 10 мкм.
Технические характеристики фильтрующего материала:
|
Показатели |
Описание |
Соответствие |
|
Состав гранулометрический: |
0,45 – 1,05 |
соотв. |
|
Массовая доля воды, % |
||
|
Окисляемость фильтрата в пересчете на кислород, мг/г, не более |
||
|
Осмотическая стабильность, %, не менее |
||
|
Насыпная масса, кг/м3 |
Мембранная дегазация для глубокого удаления кислорода - оборудование серии «MWT MD»
Применение технологии глубокого удаления кислорода для паровых и водогрейных систем, с использованием гидрофобных мембран в мембранных контакторах, позволяет достигать глубокой степени очистки воды до 1 мкг\л, а при необходимости удаления кислорода менее 1 мкг/л двухступенчатой дегазацией, с физической сдувкой газом и вакуумированием, при предварительном снижением до 100 мкг/л.
Преимущества применения мембранной дегазации «MWT MD»:
- Блочное наращивание для увеличения производительности;
- Регулирование степени извлечения растворенного кислорода;
- Стабильные показатели высокого качества дегазации;
- Незначительные эксплуатационные затраты;
- Безреагентная дегазация.
Процесс водоподготовки часто сопровождается удалением таких газов, как углекислота, кислород и сероводород. Эти газы являются коррозийно-агрессивными, так как обладают свойствами обусловливать или усиливать коррозию металлов. Кроме того, углекислотаагрессивна по отношению к бетону, а наличие сероводорода придает воде неприятный запах. В силу вышеперечисленного актуальназадачанаиболее полного удаления этих газов из воды.
Дегазация воды - это комплекс мероприятий, направленных наудаление из воды растворенных в ней газов. Существуютхимические и физические методыдегазацииводы. Химические методы дегазации воды предполагают использование определенных реагентов, связывающих газы,растворенные в воде. Например, обескислороживание воды достигаетсявведением в нее сульфита натрия, гидразина или сернистого газа. При введении в воду сульфита натрияпроисходит его окислениедо сульфата натрия растворенным в воде кислородом:
2Na 2 SO 3 + О 2 → 2Na 2 SO 4
Введенный в воду сернистый газ реагирует с ней и превращается в сернистую кислоту:
SO 2 + Н 2 О → H 2 SO 3 ,
Которая, в свою очередь, растворенным в воде кислородом окисляется до серной кислоты:
2H 2 SO 3 + O 2 → 2H 2 SO 4
При этом в настоящее время в используются модифицированные растворы сульфита натрия (реагенты , и пр.), имеющие ряд преимуществ в сравнении с чистым раствором сульфита натрия.
Гидразин способствует практически полному обескислороживанию воды.
Введенный в водугидразин связывает кислород и способствует выделениюинертного азота:
N 2 H 4 + O 2 → 2H 2 O + N 2
Обескислороживание воды последним способом -наиболее совершенный, но и, в то же время,наиболее дорогой метод (из-за высокой стоимости гидразина).В связи с этим данный способ применяют в основном после физических методов обескислороживания воды с целью удаления остаточных концентраций кислорода. При этом гидразин относится к веществам первой категории опасности, что также влечёт ограничения по возможности его применения.
Одним из вариантовхимического метода является обработка воды хлором:
а)с окислением сероводорода до серы:
H 2 S + C l 2 → S + 2HC l
б)с окислением сероводорода до сульфатов:
H 2 S + 4 С l 2 + 4 Н 2 О -> H 2 SO 4 + 8HCl
Протекание этих реакций (так же как и промежуточных реакций образования тиосульфатов и сульфитов) происходит параллельно; их соотношение определяется в первую очередь дозой хлора и рН воды.
Недостатки химических методов газоудаления:
а) Процесс обработки воды усложняется и удорожается необходимостью применения реагентов. При больших часовых потоках через дегазация химическими реагентами при сравнительной простоте своей реализации начинает сильно проигрывать термической дегазации по эксплуатационным затратам.
б) Нарушение дозировки реагентов приводит к ухудшению качества воды.
Эти причины обуславливают значительно более редкое применение на крупных объектах химических методов газоудаления, чем физических.
Существует два основных способа удаления из воды растворенных газов физическими методами:
1) аэрацией - когда очищаемая от газа вода активно контактирует с воздухом (при условии, что парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю);
2) созданиемусловий, при которых растворимость газа в воде снижается практически донуля.
Аэрацией обычно удаляют из воды свободную углекислоту и сероводород, парциальное давление которыхв атмосферном воздухе близко к нулю. Дегазаторы, осуществляющие аэрацию, в зависимости отконструктивного устройства, характера движения воды и воздуха и протекания процесса дегазации делятся на:
1) Пленочные дегазаторы (декарбонизаторы) - это колонны с насадкой(деревянной, кольцаРашига и др.), по которой тонкой пленкой стекает вода.Предназначение насадки -создание обширной поверхности контакта воды и воздуха. Воздух, нагнетаемый вентилятором, движетсянавстречу потоку воды;
2) .В нихидет продувка сжатого воздуха через слой медленно движущейся воды;
Второй способ применяется при удалении кислорода из воды, поскольку ясно, что первый способ здесь не сработает из-за значительного парциального давления кислорода в атмосферном воздухе.Чтобы удалить кислород, воду доводят до кипения, при этом происходит резкое снижениерастворимости всех газов в воде.
Доведение воды до кипения осуществляется: 
1) ее нагреванием (в деаэраторах атмосферного типа);
2) снижениемтемпературы кипения воды путем понижения давления (в вакуумных деаэраторах).
В деаэраторах атмосферного типа предварительная деаэрация осуществляется в специальных деаэрационных колонках за за счет избыточного количества пара, попадающего в деаэрационный бак через подводящий паровровод, а окончательная - в деаэрационных баках за счёт продувки паром. В вакуумных дегазаторах (деаэраторах) специальные устройства (такие как вакуум-насосыиливодоструйные эжекторы)создают давление, при котором происходит кипение воды при данной температуре.
В процессе водообработки основное применение в процессах удаления углекислого газа нашли пленочные дегазаторы, для удаления сероводорода (совместно с радом других задач - подачей кислорода, как окислителя в , ) - барботажные, а для обескислороживания воды в присутствии источников пара на объекте - термические, при отсутствии - вакуумные.
Проектирование дегазаторов предусматривает определение площади поперечного сечения дегазатора, высоты водного столба в нем, необходимого расхода воздуха, тип и площадь поверхности насадки, требуемой для достижения заданного эффекта дегазации.
Выбор метода удаления примесей из воды определяется характером и свойствами примесей. Так, взвешенные примеси проще всего вывести из воды фильтрованием, коллоидные примеси - коагуляцией. Если ионные примеси могут образовать малорастворимое соединение, то их можно перевести в это соединение, примеси-окислители можно устранить восстановлением, а примеси-восстановители - окислением. Для удаления примесей широко используется адсорбция, причем незаряженные примеси адсорбируются на активированном угле или других
адсорбентах, а ионы - на ионообменных веществах. Заряженные примеси можно также удалить электрохимическими методами. Таким образом, знание состава и свойств примесей позволяет выбрать способ очистки воды.
Удаление кислорода из воды.
Кислород, растворенный в воде, вызывает коррозию металла парогенераторов электростанций, трубопроводов станций и тепловых сетей, поэтому должен быть удален из воды. Удаление кислорода осуществляется деаэрацией и химическим восстановлением.
Деаэрация основана на использовании закона Генри, согласно которому растворимость газа прямо пропорциональна его давлению над жидкостью. Снижая парциальное давление газа над жидкостью, можно снизить растворимость его в жидкости. Парциальное давление можно снизить или уменьшением общего давления газа, или вытеснением данного газа другим газом. В практике используют оба приема. Обычно воду продувают водяным паром, при этом парциальное давление кислорода уменьшается. Однако методом деаэрации не удается обеспечит» глубокое удаление кислорода. Последнее достигается взаимодействием кислорода с химическими восстановителями. Первоначально для этих целей использовался сульфит натрия, который при окислении переходит в сульфат натрия:
Этот метод и до сих пор применяется на станциях малой мощности. Однако при сульфитной обработке воды повышается солесодержание, что недопустимо на электростанциях, работающих при высоком давлении пара. На таких станциях кислород удаляют с помощью гидразина являющегося сильным восстановителем. При взаимодействии гидразина с кислородом образуются азот и вода по уравнению реакции
При этом солесодержание не меняется. К недостатку гидразина следует отнести его токсичность, поэтому при работе с ним должны соблюдаться соответствующие правила техники безопасности.
Умягчение воды методом осаждения.
Для малорастворимых солей при постоянной температуре соблюдается постоянство произведений активностей ионов, называемое произведением растворимости Например, при 20 °С для равновесий
Концентрацию иона, входящего в малорастворимое соединение, можно уменьшить увеличением концентрации иона противоположного знака, входящего в то же соединение. Например, концентрацию ионов можно понизить увеличением концентрации ионов соответственно. Этот принцип
можно использовать для осаждения нежелательных примесей из раствора. Метод осаждения малорастворимых соединений применяется для очистки воды, например для ее умягчения (снижения жесткости). Для уменьшения карбонатной жесткости применяется метод известкования, при котором в обрабатываемую воду вводят известь . В результате электролитической диссоциации извести возрастает pH воды, что приводит к смещению углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов:
В результате этого достигается произведение растворимости карбоната кальция и последний выпадает в осадок:
Кроме того, при увеличении концентрации гидроксид-ионов достигается произведение растворимости гидроксида магния и последний выпадает в осадок
Реакции, протекающие при введении извести, можно записать в молекулярной форме уравнениями
Как видно, при введении извести снижается концентрация ионов (умягчение), (снижение щелочности) и
Метод известкования непригоден для снижения некарбонатной жесткости. Для этих целей необходимо вводить хорошо растворимую соль, содержащую карбонат-ионы. Обычно для этого используют соду которая, диссоциируя, дает ионы
Углекислотное равновесие может быть смещено вправо и при нагревании:
В результате этого увеличивается концентрация карбонат-ионов и достигается произведение растворимости карбоната кальция, который выпадает в осадок. Такой метод умягчения называется термическим. Жесткость, удаляемая методом нагревания, называется временной жесткостью. Термический метод применяется только тогда, когда нет необходимости в глубоком умягчении и кбгда вода должна подогреваться согласно технологии в других аппаратах.
Для очистки природных и сточных вод от примесей широко применяются методы катионирования, анионирования и химического обессоливания.
Ионный обмен.
Для удаления ионов из воды широко используется метод ионного обмена. Ионный обмен протекает на ионитах, представляющих собой твердые полиэлектролиты, у которых ионы одного знака заряда закреплены на твердой матрице, а ионы противоположного знака заряда способны переходить в раствор и заменяться на другие ионы того же знака заряда.
Способностью к ионному обмену обладают некоторые природные соединения, например алюмосиликаты. Однако более широкое применение получили синтетические ионообменники, которыми обычно служат полимерные материалы. В качестве полимеров, служащих основой (матрицей) для ионитов, можно назвать сополимеры стирола с дивинилбензолом и метакриловой кислоты с дивинилбензолом. Ионит состоит из матрицы, на которой имеется большое число функциональных групп. Последние или вводятся в мономер либо в реакционную смесь при полимеризации, или прививаются к полимеру после полимеризации. Функциональные группы способны диссоциировать в растворе, при этом ионы одного знака заряда остаются на ионите, а ионы другого знака заряда переходят в раствор. В зависимости от того, какие ионы переходят в раствор, различают катиониты и аниониты.
У катионитов в раствор переходят катионы, которые затем могут обмениваться на катионы, находящиеся в растворе. Функциональными группами у катионитов обычно служат сульфогруппы фосфорнокислые группы карбоксильные группы гидроксильные группы При контакте ионита с раствором эти группы диссоциируют, посылая в раствор ионы . В результате этого ионит заряжается отрицательно, раствор около ионита - положительно. В зависимости от степени диссоциации функциональных групп различают сильные и слабые катиониты. Катионит после диссоциации функциональных групп можно условно обозначать формулой а ионный обмен представить уравнением
где - катионы, участвующие в ионном обмене. У анионитов функциональные группы при диссоциации посылают в раствор анионы, а на ионите остаются положительно заряженные ионы. Функциональными группами у анионитов обычно служат аминогруппы и четвертичные аммонийные основания . При диссоциации этих групп ионит заряжается положительно, а раствор около ионита - отрицательно. Анионит после диссоциации функциональных групп можно обозначить формулой а анионный обмен представить уравнением
где анионы, участвующие в ионном обмене. Аниониты также могут быть сильными и слабыми.
Катионирование воды.
Чаще всего для обработки природной воды методом катионирования применяются катиониты, у которых обмениваемыми ионами служат ионы Na+ (Na-катиониты) или Н+ (Н-катиониты). Na-катионит обменивает ионы Na+ на ионы, содержащиеся в природной воде. Так как основными катионами в природной воде являются ионы то при -катионировании происходит умягчение воды:
B результате Na-катионирования снижается как карбонатная, так и некарбонатная жесткость. Однако солесодержание при этом практически не меняется, так как в раствор переходят ионы Процесс катионирования заключается в пропускании воды через фильтры, загруженные Na-катионитовым порошком. По мере работы Na-катионитовый фильтр истощается (ионит переходит в Са- Mg-форму). После истощения катионита его регенерируют. Процесс регенерации представляет собой ту же реакцию ионного обмена, но проводимую в обратном направлении. Обычно регенерацию проводят раствором поваренной соли:
В результате регенерации ионит снова восстанавливает свою способность к умягчению воды.
При Н-катионировании происходит обмен ионов ионита на катионы, содержащиеся в воде:
Результате этого обмена из воды удаляются ионы
и др. В воде увеличивается концентрация ионов которые частично связываются карбонат- и гидрокарбонат-ионами:
В результате Н-катионирования происходит умягчение воды, снижение щелочности и солесодержания в воде. Однако при этом уменьшается pH воды, она становится коррозионно-агрессивной. Поэтому Н-катионирование проводят обычно в сочетании с другими методами ионного обмена. Регенерацию Н-катионита проводят раствором кислоты. В качестве примера рассмотрим одно из уравнений реакции, протекающей при регенерации Н-катионита:
Катионирование применяется для очистки не только природных, но и сточных вод. Вредные катионы сточных вод обмениваются на безвредные ионы ионита. Например, для удаления ионов из сточной воды последнюю можно подтвергнуть Nа-катионированию:
Катионирование природных и сточных вод обычно проводят как одну из заключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ионитной обработки достаточно высока. Если концентрация примесей в воде высока, то основную часть примесей предварительно удаляют другими, более дешевыми методами.
Анионирование воды.
Анионирование заключается в обмене анионов, содержащихся в воде, на анионы анионита. Обмениваемыми ионами обычно служат ионы реже и другие анионы. Процесс анионирования природной воды можно представить следующими уравнениями:
Анионирование используется для очистки природных вод, как правило, совместно с другими методами. С помощью анионирования также очищают сточные воды от вредных анионов, например ионов радиоактивных анионов и др.
Химическое обессоливание воды.
При создании мощных тепловых электростанций возникла серьезная проблема получения больших количеств воды высокой чистоты. Эту проблему удалось решить при разработке метода химического обессоливания воды. Химическое обессоливание воды заключается в последовательной многократной обработке воды в Н-катионитовых и ОН-анионитовых фильтрах. В результате Н-катионирования в воду переходят ионы Н+, а в результате ОН-анионирования -
ионы ОН-. Они взаимно нейтрализуются и в результате примеси остаются на ионитах. После истрщения ионитовых фильтров они регенерируются соответственно растворами кислоты и щелочи. Наиболее трудно удалить из раствора анионы слабых кислот, особенно анионы кремниевых кислот. Для этого используются сильные аниониты, у которых функциональные группы диссоциированы полностью. Ионный обмен с гидросиликатным анионом протекает по уравнению
Рис. XIV.3. Схема электродиализатора:
А - анод; К - катод; - анионитовая мембрана; М катионитовая мембрана
Удаление анионов кремниевой кислоты - очень важная операция в теплоэнергетике, так как эта кислота легко переходит в пар высокого давления, а затем осаждается на лопатках турбин, что снижает КПД электростанции. Химическое обессоливание является заключительной операцией по подготовке воды, поступающей в парогенератор. Предварительно основная масса примесей удаляется методами коагуляции, осаждения и др.
Электродиализ.
Удаление ионных примесей из растворов электрохимическим методом с использованием мембран или диафрагм получило название электродиализа. Рассмотрим удаление сульфата натрия из воды в электродиализаторе с ионообменными мембранами. Простейший электродиализатор (рис. XIV.3) состоит из трех отделений, разделенных двумя ионообменными мембранами, и двух электродов. Мембрана состоит из ионообменного материала, способного пропускать через себя либо катионы (катионитовая мембрана - либо анионы (анионитовая мембрана- Вода, содержащая сульфат натрия, подается в среднее отделение электродиализатора. При подводе напряжения ионы натрия и водорода через катнонитовую мембрану двигаются к катоду а сульфат-ионы и ионы гидроксида через анионитовую мембрану - к аноду А.
В соответствии со значением электродных потенциалов (см. § VII.3) на катоде может происходить только восстановление ионов водорода
Поступают в отделения II. (Через анионитовую мембрану могут проходить анионы и не могут - катионы. Катионитовая мембрана пропускает катионы и не пропускает анионы.) В результате в отделениях концентрация ионов уменьшается, а в отделениях II - возрастает, поэтому из отделений выводится очищенная вода, а из отделений II - раствор, в котором концентрация соли увеличена (рассол). На катоде и аноде протекают такие же реакции, что и в трехкамерном электродиализаторе.
Очистка воды от углекислого газа называется дегазацией, этот процесс бывает химическим и физическим. Во всякой природной воде всегда есть растворённые газы, причём некоторые из них оказывают коррозионное действие на трубы – такие как кислород, углекислый газ и сероводород. К тому же, последний придает воде неприятный запах тухлых яиц, а углекислый газ даже способен активно разрушать бетон. Поэтому одна из приоритетных задач – избавление от этих компонентов при или производства.
Химическая дегазация
В процессе химической очистки воды от углекислого и других газов применяются реагенты, химически связывающие газы, растворённые в ней. Например, очистить от кислорода воду можно, добавив в неё сернистый газ, сульфит натрия или гидразин.
Сульфит натрия окисляется кислородом до сульфата, из сернистого газа получается вначале сернистая кислота, которая окисляется до серной. Практически полностью можно очистить воду при помощи гидразина – при реакции с ним кислород полностью поглощается, а выделяется инертный азот. Использование гидразина является наиболее эффективным способом химической очистки воды, но и самым дорогим из-за высокой стоимости реагента. Поэтому он чаще всего используется для окончательной дегазации воды после использования физических методов.
При удалении сероводорода чаще всего используется хлор, который окисляет сероводород до серы или до сульфатов. Обе реакции протекают параллельно, а преобладание одной из них зависит от рН среды и концентрации хлора.
Недостатки химических способов очистки воды от углекислого и прочих газов:
- использование реагентов удорожает и усложняет процесс очистки воды;
- передозировка реагентов приводит к ухудшению качества очищаемой воды.
Из-за этого химическая дегазация используется реже, чем физическая.
Физическая дегазация
Физически растворённые газы можно удалить из воды двумя способами:
- довести почти до нуля парциальное давление удаляемого газа в атмосфере, контактирующей с водой;
- создать условия, когда растворимость газа в воде стремится к нулю.
Первый способ называется аэрацией воды, с помощью него осуществляется очистка воды от углекислого газа и сероводорода, имеющих очень низкое парциальное давление в атмосфере.
Кислород, составляющий значительную долю атмосферы, аэрацией удалить невозможно. Поэтому для его удаления вода доводится до кипения, при котором любой газ стремится её покинуть. Вода либо нагревается в термических деаэраторах, либо её вакуумируют до момента закипания в вакуумных дегазаторах.
Существуют несколько типов дегазаторов, различающихся конструктивно, характером движения воздуха и воды и условиями процесса дегазации:
- плёночные дегазаторы. Это колонны, наполненные различными насадками, по которым тонкой плёнкой стекает вода. Насадки многократно увеличивают поверхность контакта воды с воздухом, который подаётся вентилятором во встречном направлении;
- барботажные дегазаторы. В них через толщу медленно движущейся воды проходят пузырьки сжатого воздуха;
- вакуумные дегазаторы. Здесь разрежение над водой создаётся специальными устройствами до того момента, пока она не начинает кипеть при имеющейся температуре.
В сфере чаще применяются плёночные дегазаторы, а для избавления от кислорода – термические или вакуумные. Дороговизна эксплуатации барботажных дегазаторов из-за большого расхода энергии на сжатие воздуха ограничивает их использование.
Проектирование дегазаторов должно отталкиваться от следующих параметров:
- площадь поперечного сечения аппарата, которая зависит от допустимой плотности орошения насадки;
- площадь поверхности насадки, необходимой для эффективной дегазации;
- расход воздуха.
Очистка воды от углекислого газа, кислорода и сероводорода – важный этап комплексной водоочистки. Эта процедура позволяет избавиться от вредных компонентов, которые в противном случае оказывают губительное воздействие на дорогостоящее промышленное оборудование.