Под дезодорацией воды понимается устранение из нее нежелательных запахов и привкусов, ухудшающих органолептические (вкусовые) качества природных вод.
Нежелательные запахи и привкусы вызывает присутствие в воде различных органических и неорганических веществ природного и искусственного, главным образом, антропогенного происхождения, в том числе при передозировке реагентов в процессах очистки воды (например, при ее перехлорировании), или при неправильной эксплуатации водоочистных сооружений (в частности, если очищаемая вода приобретает коррозионную активность).
Наличие в природной воде органического вещества естественного биологического генезиса является результатом процессов разложения (с последующей трансформацией) белков водной биоты (высших растений, планктона и бентоса). При этом в воду выделяется большое количество низкомолекулярных спиртов, карбоновых кислот, кетонов, альдегидов, фенолсодержащих веществ, обладающих сильным запахом.
Распад органического вещества способствует также развитию в воде специальных микроорганизмов, выделяющих сероводород, аммиак, сильно - и плохо пахнущие меркаптаны. Интенсивное развитие и отмирание водорослей, например, при цветении застойной воды, продуцирует образование фенолов.
В классическом понимании, дезодорация воды направлена на удаление летучих органических соединений естественного биологического происхождения, вызывающих запахи и привкусы в природных водах. Такая направленность процессов водоочистки предопределила широкое использование процессов дегазации воды и, в частности, ее аэрирования, которое может быть осуществлено разными способами при очистке воды.
Дезодорация воды в некоторых частных случаях достигается путем коагулирования примесей воды и их флокулированием с последующим отстаиванием и фильтрованием. Для дезодорации широко применяется фильтрование через сорбенты, в т.ч. БАУ.
Важно отметить, что при водоочистке аэрированием невозможно устранить стойкие запахи и привкусы, обусловленные примесями воды нелетучего характера, а также вызванных присутствием в ней минеральных и органических загрязнителей антропогенного происхождения.
Сущность дегазации заключается в следующем:
1. Вода, содержащая удаляемый газ, парциальное давление которого в воздухе близко к нулю, приводится в соприкосновение с воздухом, куда и переходит удаляемый газ;
2. Создаются условия, при которых растворимость газа в воде становится ничтожно малой.
Первый способ применяется для удаления свободной углекислоты и сероводорода, парциальное давление которых в атмосферном воздухе близко к нулю.
Второй способ применяется для газов с большим парциальным давлением в атмосферном воздухе, вследствие чего аэрацией их удалить нельзя. Поэтому воду доводят до кипения, тогда растворимость газов в ней падает до нуля. Для этого применяют либо нагревание воды, либо понижение давления до величины, при которой вода кипит без дополнительного подогрева. Этот способ применяется при обескислороживании воды, ввиду значительного парциального давления которого в воздухе аэрацией его удалить нельзя.
Процесс термической дегазации состоит из нагрева деаэрируемой воды, диффузии растворенных в воде газов и десорбции их. Скорость диффузии зависит от вязкости и поверхностного натяжения и с увеличением температуры диффузионный процесс протекает быстрее. Дробление воды уменьшает путь газа и ускоряет выход из нее, так как увеличивается, поверхность контакта воды с паром. Увеличение поверхности соприкосновения может быть также достигнуто барботированием греющего пара.
Дезодорация воды аэрацией
Для удаления из природных вод летучих органических соединений биологического происхождения, вызывающих запахи и привкусы, широко применяют их аэрирование.
На практике аэрирование проводят в специальных установках — аэраторах барботажного, разбрызгивающего и каскадного типов.
В аэраторах барботажного типа воздух, подаваемый воздуходувками, распределяется в воде дырчатыми трубами, подвешенными в резервуаре (рис. 15.1), распылительными устройствами, расположенными на его дне. Преимущество первого способа заключается в простоте демонтажа установки.
Распределение воздуха распылительными устройствами часто применяется в аэраторах со спиральным движением воды, которые применяются на крупных установках.
Глубина слоя воды в аэраторах такого типа колеблется от 2,7 до 4,5 м. Исследования показывают, что поскольку равновесие между концентрациями веществ, имеющих запах, в жидкой и газообразной фазах достигается мгновенно, высота слоя воды при барботировании не играет существенной роли и может быть уменьшена до 1—1,5 м. Максимальная ширина резервуара обычно в два раза больше, чем глубина.
Рис. 15.1. Аэратор барботажного типа (а) и инка-аэратор (б)
6 — магистральный воздухопровод; 2 — ввод воды в барботажную камеру 5; 3 — дырчатые пластины; 4 — воздухораспределитель; 7,1 — отвод аэрированной и подача исходной воды; 8 — водослив; 9 — стабилизацинная перегородка; 10 — слой пены; 11 — вентилятор; 12 — дырчатое дно; б — барботажная камера поверхности выбирают произвольно. Длительность продувация воздуха, как правило, не превышает 15 мин. Расход воздуха составляет 0,37—0,75 м3/мин на 1 м3 воды.
Барботажные установки открытого типа могут работать при температуре ниже 0°С. Степень аэрирования легко регулируется изменением количества подаваемого воздуха. Стоимость установок и их эксплуатации невысока.
В разбрызгивающих аэраторах вода распыляется соплами на мелкие капли, при этом увеличивается поверхность ее контакта с воздухом. Основным фактором, определяющим работу аэратора, является форма сопла и его размеры. Продолжительность соприкосновения воды с воздухом, определяемая начальной скоростью струи и ее траекторией, обычно составляет 2 с (для вертикальной струи, которая выбрасывается под напором 6 м).
В аэраторах каскадного типа обрабатываемая вода падает струями через несколько последовательно расположенных водосливов. Длительность контакта в этих аэраторах может быть изменена за счет увеличения количества ступеней. Потеря напора на аэраторах каскадного типа колеблется от 0,9 до 3 м.
В аэраторах смешанного типа вода одновременно разбрызгивается и стекает тонкой струей с одной ступени на другую. Для увеличения площади соприкосновения воды с воздухом применяют керамические шары или кокс.
Общим недостатком аэраторов, построенных на принципе контакта пленки воды с воздухом, является их неэкономичность из-за большой площади, невозможность использования зимнее время, потребность в мощной вентиляции при установке их в помещениях, и, наконец, склонность к обрастанию.
Аэрирование воды в пенном слое осуществляется в инка аэраторе (рис. 15.1,б) представляющем собой бетонный резервуар, на дне которого находится перфорированная пластина из нержавеющей стали. Вода равномерно распределяется по пластине распределительной трубой. Для стабилизации слоя пены применяется специальная перегородка. Аэрируют воду воздухом, подаваемым вентилятором. Вода, пройдя инка-аэратор, выпускается через водослив.
Образование огромной пограничной поверхности между жидкой и газообразной фазами обеспечивает высокую интенсивность процесса дезодорации. Нормальное соотношение воздуха и воды в инка - аэраторах колеблется в пределах 30: 1 — 300: 1. Несмотря на большой расход воздуха, интенсивное аэрирование экономически оправдано (благодаря незначительной потере напора воздух подается вентилятором).
Однако аэрированием невозможно устранить стойкие запахи и привкусы, обусловленные наличием примесей, имеющих незначительную летучесть.
Схема установки очистки газа абсорбционным методом приведена на рисунке 1.
Рисунок 1.- Схема установки для очистки газов от диоксида углерода водой:
1 — колонна высокого давления; 2 — турбина; 3— дегазатор; I— газ на очистку; II — очищенный газ; III — вода; IV — диоксид углерода
Газ промывают холодной водой в башнях с насадкой (скрубберах) под давлением 1,5-2,5 МПа, так как растворимость диоксида углерода в воде возрастает с повышением давления. При этом из газа частично удаляется и сероводород, растворимость которого также увеличивается. Затем давление
снижают, и из воды выделяется (десорбируется) газ, содержащий до 85% диоксида углерода (остальное - азот, водород, сероводород), который используют для получения сухого льда, карбамида, соды и других продуктов.
Абсорбция водой – самый распространенный метод. Основные преимущества – доступность и дешевизна абсорбента, недостатки – высокая поглотительноя способность водой диоксида углерода (8 кг СО2 на 100 кг абсорбента) и небольшая селективность. Наряду с диоксидом углерода в воде расворяются водород, оксид углерода, азот и др. Поэтому выделяющийся диоксид углерода недостаточно чистый.