Способы удаления из воды растворенных газов

Дегазацией называется удаление из воды растворенных газов (CI₂, О₂, СО₂, H₂S и др.). Процесс дегазации может быть осущест­влен химическими, физическими и физико-химическими методами.

Методы химического удаления газов из воды состоят в том, что к воде добавляют вещества, количественно реагирующие с газообразными загрязнениями. Например, для удаления хлора из воды (дехлорирование) применяют сернистый газ SО₂, гипосуль­фит Na₂S₂О₂*5Н₂О, сульфит Na₂SО₃, сульфат железа (II) FeSO₄, аммиак NH₃ и др. Для удаления кислорода применяются железные стружки, сульфиты, сернистый газ и др. Для связывания двуокиси углерода используют NaOH, Na₂CО₃, CaO, CaCО₃.

Реакции протекают по следующим схемам:

2Н₂О + Сl₂ + SО₂→2HC1 + H₂SО₄

Н₂О + Cl₂ + Na₂SО₃→Na₂SО₄ + 2HCl

2Na₂S₂О₃ + Cl₂→Na₂S₄О₆ + 2NaCl

3О₂ + 4Fe→2Fe₂О₃ и т. д.

Последняя реакция энергичнее происходит при высоких температурах. Если при 25°С она протекает в течение 25—30 мин, то при 80° С она заканчивается через 3 мин:

2Na₂SO₃+ О₂ →2Na₂SО₄

Сероводород можно связывать хлором с последующей коагуляцией серы:

С1₂ + H₂S→2HCl + S

Двуокись углерода в виде угольной кислоты реагирует с дега­зирующими реагентами по уравнениям:

NaOH + H₂CО₃→NaHCО₃ + Н₂О

СаО + 2Н₂СО₃→Са (НСО₃)₂ + Н₂О

CaCО₃ + Н₂СО₃→Са (НСО₃)₂

В качестве дегазатора можно использовать любое вещество, способное количественно реагировать с газами, лишь бы оно было безвредно само по себе, давало бы безвредные продукты реакции с удаляемым газом. Доза дегазатора опре­деляется пробной дегазацией или подсчитывается по стехиометри­ческому уравнению, если известна концентрация газа, содержаще­гося в 1 л воды. Например, сернистый газ реагирует с хлором по уравнению:

SО₂ + Cl₂ + 2H₂О→H₂SО₄ + 2НСl

Исходя из этого уравнения, мы можем составить пропорцию:

64 мг SО₂ связывает 71 мг Сl₂

х » SО₂ » 1 » С1₂

Отсюда

х =(64-1)/71 = 0,9 мг SО₂.

Химические способы дегазации требуют строгого контроля за количеством добавляемого к воде реагента, так как всякий избыток дегазатора ухудшает свойства воды. Поэтому физические и физико-химические методы дегазации практически проще и мень­ше загрязняют воду новыми продуктами реакции.

К физико-химическим методам относится мутацион­ное фильтрование. Сущность этого метода состоит в том, что вода фильтруется через слой вещества, способного химически реагиро­вать с находящимися в воде загрязнениями, причем продукты реак­ции выносятся вместе с водой. Таким образом, при мутационном фильтровании протекает химическая реакция, приводящая к рас­ходованию фильтрующего материала.

При дехлорировании для загрузки мутационного фильтра ис­пользуют обычный, неактивированный, уголь. Реакции, протекаю­щие на нем, можно представить следующими уравнениями:

2Сl₂ + 2Н₂О→2НОСl + 2Н⁺ + 2Сl^-

2HОCl + С →СО₂+2Н⁺+2Сl^-

2Сl₂ + 2Н₂О + С→СО₂ + 4Н⁺ + 4Сl^-

Загрузка фильтра окисляется и продукты реакции уносятся с водой. Скорость этих реакций сравнительно мала, поэтому при фильтровании в первых слоях фильтра, на которые вода поступает с наибольшей концентрацией хлора, связывается небольшая часть свободного хлора; к следующим слоям угля вода подходит с мень­шей концентрацией хлора, и здесь также теряется некоторая его часть и т. д. Следовательно, к каждому последующему слою вода подходит со все меньшей и меньшей концентрацией свободного хлора.

В процессе дехлорирования, где загрузкой фильтра является уголь, наблюдается адсорбция. На угле адсорбируются НСl и кол­лоиды. Это приводит к тому, что частицы угля покрываются слоем адсорбированных веществ, препятствующих реакции хлора с углем, и работа фильтра ухудшается. В таких случаях говорят, что фильтр «утомляется». Мерой борьбы с утомлением служит промывка филь­тра чистой водой, раствором гипохлорита, щелочью, раствором хло­ристого кальция и снова чистой водой. Такая промывка обеспечи­вает пептизацию адсорбированных веществ и приводит к обновле­нию поверхности фильтра.

Для заполнения мутационного фильтра не нужно применять активированный уголь, так как процесс адсорбции мешает течению основной реакции дегазации.

Методом мутационного фильтрования удаляют агрессивную углекислоту, пропуская воду через мраморную крошку. При этом идет реакция

СаСОз + СО₂ + Н₂О→Са (НСО₃)₂

Физические методы основаны на законе Генри — Дальто­на:

1) растворимость газов понижается с понижением их парциаль­ного давления над раствором;

2) растворимость газов уменьшается с повышением температуры.

При этом используется β – коэффициент десорбции (коэффициентом десорбции называют величину скорости вытеснения из жидкости поглощенных ею газов и парообразных веществ).

Концентрация растворенного газа влияет на величину β только при химическом взаимодействии растворенного газа с водой: при 20° С для Н₂, О₂ и других мало растворимых в воде газов β≈1; для H₂S β≈0,07; для NH₃ β≈0,015; для СО₂ β≈0,153.

Продолжительность удаления газов определяется главным об­разом отношением v/s; увеличивают поверхность раздела жидкой и газообразной фаз (S) при v = const. Для этого воду дегазируют дождеванием, фонтанированием, пропусканием через градирни, разбрызгиванием в вакууме или барботажем воздуха через слой воды.

При дождевании вода тонкими струями стекает из дырчатого ящика.

Фонтанирование воды производится в железобетонных или бе­тонных бассейнах, над которыми на высоте 1,2—1,5 м расположена сеть распределительных труб с установленными на ней разбрыз­гивающими насадками.

Для дегазации воды в градирнях используют обтекание водой загрузки из кокса или разбрызгивание воды в решетке.

Уменьшение парциального давления удаляемых газов в воздухе над жидкостью достигается усиленной вентиляцией помещения, в котором проводят разбрызгивание.

Особенно успешно происходит дегазация в вакууме в котлах специальной конструкции с одновременным подогревом воды.