Очистка воды

В поступающей воде содержатся самые разнообразные примеси: грубодисперсные и коллоидные частицы различные силикаты, гидратированная кремниевая кислота, в ней также растворены газы и соли: бикарбонаты, сульфаты, хлориды, нитраты кальция, магния, калия, натрия и др. Очистка воды включает следующие операции: осветление, обеззараживание, умягчение, дегазацию и дистилляцию.

Осветление воды производится с целью удаления механических примесей, оно дости­гается отстаиванием воды в бетонированных резервуарах большой емкости (отстойниках) с последующим фильтрованием на песчаных фильтрах. Для осаждения коллоидных примесей в отстойники вводят коагулянты - сульфаты железа или алюминия.

Коагулянты гидролизуются в воде с образованием аморфных осадков гидроокисей железа или алюминия, которые адсорбируют коллоидные примеси и увлекают их на дно резервуара. В конечном счете реакция протекает по уравнению:

Al₂(S0₄)₃ + 6Н₂0 = 3H₂S0₄ + 2A1(0H)₃

Гидроокись алюминия образуется также при взаимодействии сульфата алюминия с присутствующими в воде бикарбонатами кальция и магния:

AI₂(SO,)₃ + ЗСа(НС0₃)₂ = 3CaSO₄ + 6С0₂ + 2А1(ОН)₃

Таким образом, одновременно с удалением коллоидных примесей снижается и содержание солей временной жесткости.

Обеззараживание воды - удаление из нее микроорганизмов и бактерий путем хлорирования, озонирования или кипячения.

В настоящее время для хлорирования воды используют хлор, гипохлорит кальция и др. При обработке воды гипохлоритом кальция протекает реакция6

Са(СlO)₂ + С0₂ + Н₂0 = СаС0₃ + 2НС1O

НС1O = HCl + O

Атомарный кислород обладает сильными окислительными свойствами, поэтому убивает микроорганизмы и окисляет органические примеси.

В последние годы обеззараживание питьевой воды производят преимущественно с помощью озона, который получают путем воздействия тихого электрического разряда на воздух или на воздух, обогащенный кислородом. При обработке воды озон разлагается с выделением атомарного кислорода.

При обработке воды хлором вода приобретает запах хлора, при озонировании запах отсутствует, что является существенным достоинством метода.

Вода обеззараживается также обработкой ионами серебра и при воздействии ультрафиолетовых лучей и ультразвуковых колебаний.

Умягчение воды состоит в полном или частичном удалении из нее солей кальция и магния. Если из воды удаляются также катионы и анионы, т. е. удаляются все содержащиеся в ней соли, этот процесс называют обессоливанием воды. Умягчение и обессоливание воды являются основными процессами подготовки воды.

Способы умягчения подразделяются на физические, химические и физико-химические.

Физические способы предусматривают термическую обработку воды, или кипячение, дистилляцию и вымораживание. Химические способы умягчения воды заключаются в обработке ее растворами химических соединений. Наибольшее промышленное приме­нение получили известково-содовый и фосфатный способы умягчения.

Известково-содовый способ заключается в обработке воды сна­чала известковым молоком, а затем содой, при этом кальциевые соли превращаются в нерастворимый карбонат кальция, магниевые соли в гидроокись и карбонат магния:

Са(НС0₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2Н₂О + 2СаС0₃

Mg(HC0₃) + 2Са(ОН)₃ = Mg(OH)₂ + 2Н₂О + СаС0₃

СаС1₂ + Na₂C0₃ = 2NaCl + СаС0₃

MgS0₄ + 2Na₂C0₃ = Na₂S0₄ + MgC0₃

Известково-содовый способ является наиболее распространенным и дешевым, но при этом достигается лишь сравнительно грубое умягчение воды (примерно до 0,3 мг*экв/л).

Фосфатный способ состоит в обработке воды фосфатом натрия:

3Са(НС0₃)₂ + 2Na₃P0₄ = 6NaHC0₃ + Ca₃(P0₄)₂

3СаС1₂ + 2Na₃P0₄ = 6NaCl + Са₃(Р0₄)₂

Растворимость фосфатов кальция и магния в воде ничтожно мала, это определяет высокую эффективность фосфатного способа (содержание солей снижается примерно до 0,03 мг*экв/л).

Фосфатный способ достаточно дорогой способ умягчения, поэтому применяется главным образом в комбинированных схемах, в которых основная масса солеи удаляется из воды известковым молоком или содой, а доумягчение осуществляется с помощью фос­фатов.

Из физико-химических способов наиболее широкое практическое применение находят ионообменные способы, основанные на свойстве некоторых труднорастворимых твердых веществ, так называемых ионитов, обменивать свои ионы на ионы солей, рас­творенных в воде.

Иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты содержат подвижные катионы натрия или водорода и соответственно называются Na-катионитами и Н-катионитами. Аниониты содержат подвижную гидро- ксильную группу (ОН-анионита- ми).

В качестве Na-катионитов применяются алюмосиликаты: глауконит, цеолит, пермутит и др.; в качестве Н-катионитов применяются сульфированный угольидругие вещества; к ОН-анионитам относятся искусственные смолы сложного состава, например карбамидные.

Процессы очистки воды способом ионного обмена можно представить следующим образом.

Катионный обмен с использованием алюмосиликата состава Na₂0 • А1₂0₃ • 2Si0₂ • Н₂0 протекает по уравнению:

Na₂0[Kaт] + СаС1₂ = СаО[Кат] + 2МаС1

где [Кат] — неучаствующая в обмене часть молекулы (Na₂0 • А1₂0₃ • 2Si0₂ • Н₂0).

В случае применения Н-катионита процесс протекает следующим образом:

Н₂[Кат] + CaS0₄ = Са[Кат] + H₂S0₄

Н₂[Кат] +Са(НС0₃)₂ = Са[Кат] + 2Н₂0 + 2С0₂=

С течением времени катиониты истощаются, их регенерируют промывкой раствором NaCl или кислотой.

Анионный обмен можно представить в виде

2[A h ]ОH + H₂S0₄ = [A h ]₂S0₄ + 2Н₂0

Для регенерации анионита его промывают щелочью:

[Ah]₂S0₄ + 2NaOH = Na₂S0₄ + 2[Ан]ОН

К преимуществам ионитового способа по сравнению с известково-содовым относятся компактность и простота аппаратурного оформления, более глубокое умягчение воды (до 0,035 + +0,07 мг-экв-л^-1), простота обслуживания и контроля и самое основное дешевизна.

Дегазация - удаление из воды растворенных газов производится химическим и физическим способами. При химическом способе газы взаимодействуют с химическими соединениями и удаляются из воды. Например, двуокись углерода удаляют из воды при пропускании через фильтр, заполненный гашеной известью, либо добавляют к воде известковое молоко. В обоих случаях образующийся СаС0₃ выпадает в осадок.

Для удаления кислорода воду пропускают через фильтр, заполненный железными опилками или стружками; кислород взаимодействует с железом, образующаяся нерастворимая в воде окись железа выпадает в осадок.

Физические способы удаления газов заключаются в аэрации или нагревании воды в вакууме.

Полная очистка воды (обессоливание), а также дегазация и обезвреживание воды достигаются ее перегонкой, т. е. дистилляцией.