Дегазация воды

Дегазация - процесс удаления из воды растворенных в ней газов (диоксид углеро­да. кислород, сероводород, реже метан), обусловливающих или усиливающих коррози­онные свойства воды, а в некоторых случаях придающих ей неприятный запах.

Выбор метода дегазации определяется в основном видом и содержанием удаляемо­го газа в исходной воде.

В практике водоподготовки известны следующие методы дегазации, в основу клас­сификации которых положен принцип воздействия на обрабатываемую воду: физичес­кий (изменение температуры воды или парциального давления удаляемого газа); хими­ческий (связывание растворенных в воде газов путем добавления реагентов); биохими­ческий (использование окислительной способности микроорганизмов); сорбционно-об- менный (извлечение растворенных газов путем фильтрования через сорбционно-обмен­ные материалы).

При H-Na-катионитовом умягчении, ионитовом обессоливании и обезжелезивании воды возникает необходимость удаления свободной углекислоты с целью наиболее пол- його и эффективного протекания процесса очистки. Кроме того, углекислота относится к числу коррозионно-активных газов по отношению к бетону и металлу и оказывает не­посредственное влияние на показатель стабильности воды.

Для удаления из воды углекислого газа применяют дегазаторы (пленочные, с принудительной или естественной вентиляцией, барботажные, пенные и вакуумные).

Широкое распространение получили пленочные дегазаторы  с насадкой из колец Рашига и хордовой деревянной (Q< 150 м³/ч и С0₂< 150 мг/л).

Дегазаторы барботажного типа имеют ограниченную область применения, обусловленную большими эксплуатацион­ными затратами. Использование пенных дегазаторов  для удаления углекис­лоты признано экономичным при производительности < 100 м³/ч. При принятой интен­сивности подачи воздуха, производительности и рекомендуемым конструктивным пара­метрам, в ходе расчета пленочных дегазаторов определяют общую площадь перегородок, габариты сооружений и подбирают марку (тип) вентиля­тора.

Применение вакуумных дегазаторов является целесообразным при необходимости одновременного удаления углекислого газа и кислорода. 

Устранение агрессивной углекислоты в процессе стабилизационной обработки во­ды при отрицательном индексе стабильности может быть достигнуто реагентным мето­дом с применением едкого натрия (NaOH), соды (Na₂CО₃), извести (СаО), мела или мра­морной крошки (СаСО₃). При этом связывание углекислого газа происходит по следую­щим химическим реакциям:

NaOH+CO₂→NaHCO₃

Na₂CO₃ + CO₂ + H_2O→ 2NaHCO₃,

CaO + 2CO₂ + H_2O → Ca(HCO₃)₂,

CaCO₃ + CO₂ + H_2O → Ca(HCO₃)₂.

Пленочный (а), вакуумный (б) и пенный (в) дегазаторы

Количество мела, подаваемого в обрабатываемую воду, рассчитывают в зависимо­сти от исходного содержания углекислого газа.

Проектирование элементов реагентного хозяйства (растворные и расходные баки, гасильные аппараты, сатураторы, баки-мешалки, дозирующие устройства и т.д.) осуще­ствляется по общепринятой методике.

Параметры для расчета пленочного дегазатора

Содержание в воде избыточного количества кислорода обусловливает ее коррозионность относительно трубопроводов и арматуры, выполненных из металла, и делает воду не пригодной для использования в системах горячего водоснабжения, технологи­ческих процессах ТЭС, АЭС и отдельных производствах химической промышленности.

В настоящее время нашел применение метод вакуумного обескислороживания во­ды, реализуемый на специальных аппаратах - вакуумных дегазаторах, заполненных кольцами Рашига.

По аналогии с методикой расчета пленочных дегазаторов площадь поперечного се­чения вакуумного дегазатора определяется по расчетному расходу воды и плотности орошения насадки. 

При реагентной обработке воды следует учитывать, что повышение ее температу­ры и использование катализаторов (соли меди, кобальта и т.д.) способствует увеличе­нию скорости окислительных реакций и эффективности процесса обескислороживания в целом.

Для приготовления и дозирования растворов реагентов заданной концентрации применяют растворные и расходные баки, баки-мешалки, насосы-дозаторы и т.д., рас­чет которых производится по аналогии с расчетом сооружений для реагентной обработ­ки поверхностных вод.

При расчете фильтров со стальной стружкой скорость фильтрования принимают равной 25-100 м/ч; продолжительность контакта стружек с водой составляет от 25 мин в зависимости от температуры, а их расход - 5 кг на 1 кг удаляемого кислорода.

Обескислороживание воды наряду с другими перечисленными методами обработ­ки может осуществляться путем фильтрования через электронно-обменные (ЭО) и эле­ктронно-ионообменные (ЭИ) смолы.

Восстановительная способность применяемых в водоподготовке смол составляет: для ЭО-6 - 450 г/экв-м³; ЭО-7 - 600-800 г/эквм³; ЭО-8 - 5000 г/экв-м³; ЭИ-12 - 500 г/экв-м³ (по кальцию) и 45 кг0₂/м³ (по кислороду).

При расчете фильтров высоту слоя ЭО смолы принимают равной 2 м, скорость фильтрования - 20 м/ч. Регенерацию смол ЭО и ЭИ-12 осуществляют 1-2%-ным рас­твором сульфита или тиосульфита натрия.

Наличие растворенного сероводорода (H₂S) придает воде неприятный запах и обу­словливает ее агрессивность при контакте с металлом, бетоном и резиной.

К физическим методам очистки воды от сероводорода относится метод аэрации, ре­ализуемый на пленочном дегазаторе с принудительной подачей воздуха. Аэрационный метод следует применять при содержании H₂S в исходной воде до 3 мг/л.

Полного удаления свободного сероводорода, в силу зависимости существования различных форм сульфидных соединений от величины pH, можно достичь в случае предварительного подкисления обрабатываемой воды серной или соляной кислотой или в цикле H-Na-катионитового умягчения, где удаление H₂S объединяется с удалением свободной углекислоты.

Необходимый расход воздуха, м³/ч, для подбора вентилятора определяют исходя из производительности дегазатора и удельного расхода воздуха - 12 м³/м³ воды.

Сущность химических методов удаления сероводорода состоит в обработке воды различными окислителями и, в зависимости от вида и количества последних, сероводо­родные соединения могут быть окислены до свободной серы, тиосульфатов, сульфидов и сульфатов. Химические методы очистки сероводородных вод следует применять при содержании H₂S в исходной воде до 10 мг/л.

В таблице приведены расходы реагентов-окислителей из расчета удаления 1 мг сероводорода и реакции, описывающие химизм процесса окисления. При реагентной обработке воды необходимо учитывать, что для большинства окислителей увеличение рН-среды приводит к снижению их окислительной способности по отношению к серо­водороду.

Удельный расход реагентов окислителей

Существуют сорбционные методы очистки воды от растворенного сероводорода. В качестве эффективных сорбционных материалов по отношению к сероводороду мо­гут быть рекомендованы АУ, АР-3, анионит АН-31, аминолигнин, черный (омарганцованный) песок и др. Кроме того, установлено, что совместное применение окислитель­ных и сорбционных методов позволяет существенно сократить расход сорбентов и реа­гентов-окислителей и повысить надежность и эффективность очистки воды.

Биохимический метод извлечения сероводорода из подземных вод основан на ис­пользовании окислительной способности серобактерий. Процесс окисления в аэробных условиях осуществляется в два этапа:

2H₂S + 0₂ = 2Н₂0 + 2S↓ + 529,2, Дж,

2S + 30₂ + 2Н₂0 = 2H₂S0₄+ 1234,8, Дж.

Существует несколько групп серобактерий, отличающихся по физио­логическим и морфологическим признакам и участвующих в окислении сероводорода.

Удаление из воды сероводорода биохимическими методами может осуществляться на сооружениях типа аэроокислитель, реактор биохимического окисления и др.

Оптимальные значения pH при окислении H₂S серобактериями

Примечание, а - аэробы; ан - анаэробы; ма - микроаэрофилы

Удаление метана

Специфические свойства метана, в частности его взрывоопасность и вследствие этого невозможность использования метаносодержащих природных вод для питьевых и производственных целей, требуют его удаления.

Существуют физические и биохимические методы очистки воды от метана.

Широкое распространение получил метод вакуумной дегазации с принудительным насыщением обрабатываемой воды воздухом или диоксидом углерода.

Выбор той или иной технологической схемы следует производить с учетом данных, полученных в результате технологических изысканий.

Технологи­ческая схема удаления метана из подземных вод вакуумным спосо­бом с предваритель­ным насыщением ис­ходной воды инерт­ным газом (а) или воз­духом (б):

1 - подача исходной воды из скважины; 2 - ва­куумный дегазатор; 3 - эжектор; 4 - промежу­точная емкость с высокоминерализованной во­дой; 5 - циркуляционный насос; 6 - бак для раствора извести; 7 - электропечь; 8 - насос для перекачки пульпы СаСО_З; 9 - газгольдер для метана; 10 - фильтр; 11 - РЧВ; 12 - HC-II; 13 - отвод воды потребителю 14 - отвод дегази­рованной воды.

Вернуться к списку