Лекция 10. Регулирование состава гомофазных примесей воды

План

1. Удаление из воды железа и марганца.

2. Фторирование и дефторирование воды.

3. Устранение запахов, привкусов и токсических микрозагрязнений.

4. Удаление из воды растворенных газов.

1. Удаление из воды железа и марганца

Железо в природных водах встречается в виде 2-х и 3-х-валентных ионов, а также в виде органических и неорганических соединений его. В поверхностных водах железо содержится в органических комплексах (гуматы), а также в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей.

В подземных водах при отсутствии кислорода оно находится в двухвалентном состоянии.

Окисление железа (II) кислородом воздуха происходит по реакции:

4Fe²⁺ + O₂ + 8HCO₃^- + 2H₂O → 4Fe(OH)₃↓ + 8CO₂↑

На окисление 1 мг Fe (II) расходуется 0,143 мг O₂, растворенного в воде. Щелочность воды при этом снижается на 0,036 мг – экв/л. Скорость окисления Fe (II) значительно возрастает при хлорировании воды. При этом соединения Fe (II) в присутствии гидрокарбонатов природных вод полностью гидролизуются по реакции:

2Fe²⁺ + Cl₂+ 6HCO₃^- →2Fe (OH)₃+ 2Cl^-+ 6CO₂↑

При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и последующего гидролиза протекает по уравнению

4Fe²⁺+ MnO₄^-+ 8HCO₃^-+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃↓+ MnO₂↓ +8CO₂

Методы обезжелезивание воды

По данным Николадзе, методы, позволяющие удалить железо из природных вод, можно свести в две группы: безреагентные (физические) и реагентные.

К безреагентным методам относятся:

- упрощенная аэрация с последующим фильтрованием (железо окисляется в толще фильтрующего слоя);

- фильтрование на каркасных фильтрах;

- электрокоагуляция;

- двойная аэрация;

- обработка в слое взвешенного осадка;

- фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды (метод Виредокс).

К реагентным методам относятся:

- упрощенная аэрация

- окисление

- фильтрование

- напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием

- аэрация, окисление, известкование, коагулирование, флокулирование с последующим отстаиванием

- катионирование

- фильтрование через модифицированную загрузку

Обезжелезивание поверхностных вод

Поверхностные воды обезжелезивают при одновременном осветлении и обесцвечивании.

Железо, находящееся в воде в виде коллоидов, тонкодисперсных взвесей и комплексных органических соединений, удаляется обработкой воды коагулянтами (сульфатом алюминия, хлоридом железа(III), либо смешанным коагулянтом).

Для разрушения комплексных соединений железа воду обрабатывают хлором, озоном или KMnO₄.

Оптимальным рН для коагуляции является 5,7-7,5.

В институте общей и неорганической химии АН УССР разработан метод обезжелезивания воды, состоящий в применении алюмината натрия и хлорида железа(III).

Оптимальное соотношение FeCl₃ и NaAlO₂ - 1:1. Кроме того, разработан метод удаления железа из воды пропусканием ее через взвешенный слой тонкодисперсного мела и гидроксида аммония.

Соли железа переводятся мелом в карбонат железа(II), который гидролизуется в гидроксид железа(II) и окисляется до гидроксида(III).

4CaCO₃+ 4FeSO₄+ O₂+ 6H₂O → 4Fe(OH)₃+ 4CaSO₄+ 4CO₂

Обезжелезивание подземных вод

Для предварительного выбора метода обезжелезивания подземных вод необходимо руководствоваться следующим:

- обезжелезивания воды упрощенной аэрацией применяется для вод, содержащих до 10 мг/л общего железа (в т.ч. Fe(II) не менее 70%).

- рН не менее 6,8

- щелочность – более ( Лекция 10. Регулирование состава гомофазных примесей воды - student2.ru ) млэкв/л

- содержание сероводорода – не более 0,5 мг/л

Аэрированием из воды удаляется гидрокарбонат железа, который является не прочным, легко гидролизующимся в воде соединением:

Fe(HCO₃)₂+ 2H₂O ↔ Fe(OH)₂+ 2H₂CO₃

H₂CO₃ → H₂O + CO₂

Образующийся гидроксид (II) кислородом воздуха окисляется в III.

4Fe(OH)₂+ O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Удаление из воды марганца

Удалить из воды марганец можно следующими методами:

- обработкой воды перманганатом калия;

- аэрацией с подщелачиванием;

- фильтрованием через грубозернистый песок или катионит;

- окислением озоном, хлором или оксидом хлора.

Перманганат калия окисляет марганец (II) до оксида марганца (IV).

3Mn²⁺+ 2MnO₄^-+ 2H₂O → 5MnO₂↓ + 4H⁺

Удаление марганца перманганатом калия из поверхностных вод осуществляют на фильтровальных станциях совместно с коагуляцией, фильтрованием или хлорированием.

Раствор KMnO₄ вводят в воду в трубопровод насосной станции первого подъема до коогуляции.

Для удаления марганца из подземных вод применяют открытые напорные фильтры, загруженные песком на высоту 1,2 м. В этом случае KMnO₄ подают насосами – дозаторами в трубопровод перед фильтрами.

Ионы Mn²⁺могут быть удалены на Na – катионитовых фильтрах.

Общие сведения

● Вода, используемая для хозяйственно-питьевых нужд, должна иметь высокие органолептические показатели (отсутствие окраски, мутности, привкусов и запахов). Для получения воды с такими свойствами применяют разные способы очистки. Проблема улучшения вкусовых показателей воды приобретает особое значение в связи с необходимостью использования поверхностных источников водоснабжения, поскольку запасов подземных вод не хватает.

● Дезодорация такой воды чрезвычайно осложняется из-за непрерывного загрязнения рек, озер и других водоемов стоками промышленных предприятий, часто содержащими значительные количества гомофазных примесей.

● Различают запахи и привкусы, вызываемые неорганическими соединениями (минеральные соли, сероводород) и органическими веществами. Запахи органического происхождения могут вызываться органическими веществами биологического происхождения, так и вносимые со стоками промышленных предприятий.

Появление в воде растворимых органических веществ биологического происхождения является следствием распада водных растений, планктоновых и бентосных организмов.

Наиболее интенсивно обогащается природная вода органическими веществами в период «цветения» водоёмов.

Сброс промышленных сточных вод в природные водоёмы приводят к загрязнению воды различными по составу и свойствам органическими свойствами. Среди них наиболее распространены углеводороды нефти и нефтепродуктов, фенолы и полифенолы, синтетические алифатические спирты и кислоты, поверхностно-активные вещества, пестициды и т.д.

Единых методов для устранения всех видов запахов и привкусов не существует, однако некоторые из них сами по себе или в сочетании с друг с другом обеспечивают требуемую степень дезодорации.

Когда вещества, продуцирующие неприятные запахи и привкусы находятся в состоянии взвесей и коллоидов, их удаляют из воды коагулированием.

● Запахи и привкусы, обусловленные повышенным содержанием неорганических веществ, находящиеся в молекулярном и ионном состояниях, можно удалять методами корректирования минерального состава воды (обессоливание, обезжелезивание, дегазация и др.).

● Запахи и привкусы, вызываемые органическими веществами биологического происхождения или органическими веществами сточных промышленных вод, являются наиболее стойкими. Удаляют их в большинстве случаев окислением, адсорбированием и аэрированием.

Окислительными методами хорошо удалятся из воды вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами. К ним относятся: поли- и одноатомные фенолы, дубильные вещества и гумусовые кислоты, соли железа (ІІ), сероводород, нитриты.

2) Аэрирование воды.

Для удаления их в большинстве случаев необходимы специальные мероприятия.

● На протяжении десятилетий единственным методом устранения из природных вод привкусов и запахов, вызываемых органическими веществами, было аэрирование воды, основанное на летучести этих соединений.

● На практике аэрирование проводят в специальных установках – аэраторах барботажного, разбрызгивающего и каскадного типов.

● В аэраторах борботажного типа воздух, подаваемый воздуходувками, распределяется в воде дырчатыми трубами, подвещаными в резервуаре, рис. 14.1 (слайд 57).

Степень аэрирования регулируют изменением количества подаваемого кислорода.

3) Обработка воды окислителями.

● Интенсивный рост химической промышленности привёл к значительному ухудшению вкусовых качеств вод, забираемых из поверхностных источников водоснабжения, в связи с этим вопросы дезодорации воды стали первостепенными.

● В результате исследований были предложены реагенты, обладающие окислительными свойствами и эффективно устраняющие привкусы и запахи.

Так, ещё в 1913 году в Англии для дезодорации был применён перманганат калия, который удалял из воды привкус касторового масла.

● В настоящее время как профилактика для борьбы с хлорфенольным запахом и привкусом используют хлорирование с аммонизацией, которое не устраняет хлорфенольный запах, а предупреждает его возникновение. При введении в воду сначала аммиака, а потом хлора – хлорфенольные соединения не образуются. Метод хлорирования с аммонизацией применяется при содержании фенола в воде до 1 мг/л воды.

● В последние годы в практике водоочистки для дезадорации начали применять озонирование, что оказалось весьма перспективным.

Благодаря высокому окислительному потенциалу озон окисляет вещества, обуславливающие привкусы и запахи, которые обычно не окислятся другими реагентами. Время контакта 10-15 минут, дополнительных соединений не образуется. В результате озонирования вода приобретает освежающий запах и привкус, характерный для ключевых вод.

● Однако в случае высокого загрязнения воды органическими веществами озон из-за плохой его растворимости в воде не дает хорошего дезодорирующего эффекта. Например, углеводороды нефти окисляются озоном в карбоновые кислоты ступенчато, образуя в качестве промежуточных продуктов альдегиды и кетоны, обладающие неприятным запахом. Предельно допустимые концентрации альдегидов и кетонов в воде составляет 0,1-2,0 мг/л, в то время как ПДК для кислот 5-250 мг/л.

● И все же в практике наиболее распространенным способом дезодорации воды является ее хлорирование. Дезодорация активным хлором может быть использована при любой загрязненности, так как высокая растворимость хлора обеспечивает его дезодорирование в необходимом количестве.

Для различных загрязнений воды существуют оптимальные концентрации хлора.

При воздействии относительно малых концентраций хлора на фенол образуются хлорфенолы. Атомы хлора в этих соединениях не реакционноспособны. В то же время при взаимодействии Cl₂ с NH₃ образуется реакционноспособное вещество – монохлорамин, атом хлора которого является активным. Он активно воздействует на микроорганизмы, производя дезинфекацию воды. Такой активный хлор называется связанным.

Однако после обработки воды хлором она приобретает хлороформенный запах, который удаляется активированным углем.

Удаление из воды пестицидов

● Пестициды, попадая в водоемы в основном со сточными водами, представляют большую опасность для здоровья человека, ухудшают органолептические показатели воды.

В качестве ядохимикатов в последнее время широко применяются инсектициды, гербициды, акарициды, фунгициды и другие вещества.

Несмотря на соблюдение зон санитарной охраны и условий использования ядохимикатов, они обнаружены в водах водоемов Молдавии, Казахстана, Таджикистана и других республик.

● В практике очистки воды от ядохимикатов в настоящее время применяются окислительные, адсорбционные, физико-химические и биологические методы.

В качестве окислителей используют Cl₂, O₃.