6.5 Основные методы очистки воды

Составы вод весьма разнообразны, поэтому могут быть раз­нообразными и методы их очистки. Методы очистки можно разделить на две группы: деструктивные и регенеративные. При деструктивных методах примеси разрушаются и или выводятся из воды в виде газов или осадков, или остаются в воде в обезвреженном состоянии. При ре­генеративных способах примеси извлекаются и передаются для исполь­зования. Применение того или иного способа определяется в первую очередь экономическими соображениями.

Выбор метода удаления примесей из воды определяется характером и свойствами примесей. Так, взвешенные примеси проще всего удалить фильтрованием, коллоидные примеси — коагуляцией. Если ионные примеси могут образовать малорастворимое соединение, то их можно перевести в это соединение, примеси-окислители можно удалить восстановлением, а примеси-восстановители—окислением. Для удаления примесей широко используется метод адсорбции, причем незаряженные примеси адсорбируются на активированном угле, а ионы на ионообменных веществах. Заряженные примеси можно также умалить электрохимическими методами под действием электрического тока. Таким образом, знание состава и свойств примесей позволяет выбрать тот или иной способ их удаления.

6.5.1 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 обеспечить глубокое удаление кислорода. Последнее достигается взаимодействием кислорода с химическими восстановителями. Первоначально для этих целей использовался сульфит натрия, который при окислении перехо­дит в сульфат натрия:

2Na₂SO₃ + О₂ = 2Na₂SO₄

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 при помощи гидра­зина N₂Н₄,являющегося сильным восстановителем. При взаимодействии гидразина с кислородом образуются азот и вода по уравнению реакции

N₂H₄ + O₂ = N₂ + 2H₂O

При этом солесодержание не меняется. К недостатку гидразина следует отнести его токсичность, поэтому при работе с ним должны соб­людаться соответствующие правила техники безопасности.

6.5.2. Умягчение воды методом осаждения.

Для малорастворимых солей при постоянной температуре соблюдается постоянство произведений активностей ионов, называемое произведением растворимости ПР. Например, при 20^o С для равновесий

Концентрацию иона, входящего в малорастворимое соединение, можно уменьшить увеличением концентрации иона противоположного знака ,входящего в то же соединение ,например ,концентрацию ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ можно понизить увеличением концентрации ионов СО₃^2- и ОН^- 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 Са(ОН)₂. В результате электролити­ческой диссоциации извести Са(ОН)₂ = Са²⁺ + 20Н^- возрастает рН 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 гидроксил-ионов достигается произведение растворимости гидроксида магния, и последний выпа­дает в осадок Mg²⁺ + 20Н^- = Mg(OH)₂ .

Реакции, протекающие при введении извести, можно записать в молекулярной форме уравнениями

Как видно, при введении извести снижается концентрация ионов Са²⁺ и Mg²⁺ (умягчение), НCO₃ (снижение щелочности) и H₂CO₃ .

Метод известкования непригоден для снижения некарбонатной жесткости. Для этих целей необходимо вводить хорошо растворимую соль, содержащую карбонат-ионы. Обычно для этого используют соду Na₂CO₃, которая, диссоциируя, дает ионы СО₃^2-:

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 смягчении и когда вода должна подогревать­ся по технологическому процессу.

Для очистки природных и сточных вод от примесей широко применяются методы катионирования, анионирования и химического обессоливания.