Tratarea apei industriale

Metode de bază de tratare a apei:

Clarificarea apei (îndepărtarea particulelor în suspensie și coloidale)

Impuritățile mari dispersate și fitoplanctonul, formate în timpul înfloririi corpurilor de apă, sunt eliminate prin filtrare în bazine speciale. Ca materiale filtrante se utilizează nisip de cuarț, antracit zdrobit, sulfocărbune, celuloză, argilă expandată etc. De asemenea, se folosesc microfiltre cu ochiuri. Particulele coloidale sunt eliminate din apă prin coagulare. Coagularea este înțeleasă ca un proces fizic și chimic de lipire a particulelor coloidale și de formare a unei microfaze cu dispersie grosieră (floculi), cu precipitarea ulterioară a acestora. Sulfații de aluminiu și de fier sunt frecvent utilizați ca reactivi numiți coagulanți. Creșterea efectului de coagulare se realizează prin adăugarea de floculanți (poliacrilamidă, acid silicic activ etc.). Aceasta accelerează formarea fulgilor de Al(OH)3 și Fe(OH)3 și le îmbunătățește structura. Masa de fulgi formată cu particule coloidale absorbite de aceasta este separată de apă în decantoare sau filtre.

Acțiunea sulfatului de aluminiu se bazează pe hidroliza acestuia, ducând la formarea unui gel de hidroxid de aluminiu Al(OH)3 și dioxid de carbon liber. La coagularea cu sulfatul feros, disocierea sărurilor de fier duce la formarea hidroxidului de fier Fe(OH)3 puțin solubil. După introducerea sulfatului de aluminiu în apă, au loc următoarele reacții:

Аl2(SO4)3 ↔ 2Al3+ + 3SO42–,

Al3+ + H2O ↔ Аl(ОН)2+ + H+,

Аl(ОН)2+ + H2O ↔ Аl(ОН)2+ + H+,

Аl(ОН)2+ + H2O ↔ Аl(ОН)3↓+ H+.

Hidroxidul de aluminiu Al(OH)3 format este o substanță coloidală, ale cărei particule au sarcini pozitive. În același timp, coloizii conținuți în apa naturală (substanțe humice, acid silicic etc.) sunt încărcați negativ. Acest lucru duce la o neutralizare a sarcinilor particulelor ambelor coloizi, provocând neutralizarea lor reciprocă se coagulează pentru a forma fulgi. Un fenomen similar apare și în cazul aplicării FeSO4. Soluția coloidală de hidroxid de fier Fe(OH)3 rezultată coagulează coloizii încărcați negativ din apă.

Ionii de hidrogen eliberați după hidroliza sulfatului de aluminiu se leagă de ionii de bicarbonat din apa naturală:

H+ + HCO3– ↔ H2CO3 ↔ H2O + CO2↑.

Datorită acestui fapt, pe lângă clarificarea apei, se obține o scădere a durității carbonatice a acesteia cu 0,7-1 mmol/l cu creșterea simultană a durității necarbonatice a apei prin aceleași reacții:

Аl2(SO4)3 + 6H2O → 2Аl(ОН)3↓+ 3H2SO4,

H2SO4 + Ca(HCO3)2 → CaSO4↓ + 2H2O + 2CO2↑,

H2SO4 + Mg(HCO3)2 → MgSO4 + 2H2O + 2CO2↑.

Evoluția generală a reacției care implică un coagulant Al2(SO4)3:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 3CaSO4↓+ 2Al(OH)3↓ + 6CO2↑

sau

Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + ЗН2О → 2Аl(ОН)3↓ + 3Na2SO4 + 3CО2↑.

Rata hidrolizei coagulantului depinde de temperatura apei (scade brusc la temperaturi scăzute) și de valoarea pH-ului. La un pH mai ridicat (mai mare de 8,2), particulele de Al(OH)3 primesc sarcină negativă, nu se formează fulgi de hidroxid de aluminiu, iar procesul de clarificare a apei încetinește. Capacitatea de coagulare a reactivului crește odată cu creșterea sarcinii ionice a electrolitului.

Decontaminarea

Prezența microorganismelor patogene și a virușilor în apă o face improprie pentru nevoile menajere și potabile, iar prezența unor tipuri de microorganisme în apă (filamentoase, zooglazice, bacterii sulfato-reducătoare, bacterii de fier) determină bioîncrustarea și uneori distrugerea conductelor și a echipamentelor.

Dezinfecția apei se realizează în principal prin clorinare cu clor lichid sau gazos Cl2, dioxid de clor SlO2 și hipocloriți – NaClO, Ca(ClO)2. Ozonul și iradierea cu ultraviolete sunt, de asemenea, utilizate pentru dezinfecția apei.

Dedurizarea apei

Dedurizarea apei este purificarea apei de compușii de calciu și magneziu care provoacă duritatea apei. Metodele fizice, chimice și fizico-chimice de dedurizare a apei sunt utilizate în industrie.

Distilarea

Desalinizarea termică a apei este utilizată în practica de laborator pentru obținerea distilatului necesar pentru producerea de reactivi chimic puri, medicamente și diverse analize. Acest proces se realizează în evaporatoare de tip fierbere. În procesul de evaporare a apei, cea mai mare parte a impurităților anorganice și organice rămâne în faza lichidă. În consecință, vaporii și condensatul obținut din acesta sunt purificați de impurități.

Înghețarea

Deoarece majoritatea impurităților sunt mai puțin solubile în apă solidă (gheață) decât în apă lichidă, este posibilă purificarea gheții de impurități prin cristalizarea (înghețarea) parțială a apei. Cu cât obținem mai puțină gheață din apă, cu atât aceasta va fi mai pură. Pe măsură ce rata de cristalizare crește, eficiența purificării scade. Procesul invers poate fi, de asemenea, utilizat pentru purificarea apei: toată apa este înghețată și apoi o parte din ea este topită lent (dezghețată). În ambele cazuri, impuritățile sunt concentrate în faza lichidă.

Metode cu var-soda și fosfat

Metodele de dedurizare a apei cu sodă calcaroasă și fosfat se bazează pe transformarea cationilor Ca2+ și Mg2+ în precipitate, ca urmare a următoarelor reacții:

• Tratarea cu var stins pentru eliminarea durității temporare, eliminarea ionilor de fier și fixarea CO2:

Са(НСO3)2 + Са(ОН)2 → 2СаСО3↓ + 2Н2О,

Mg(HCO3)2 + 2Са(ОН)2 → 2СаСO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2Н2O,

FeSO4 + Са(ОН)2 → Fe(OH)2↓ + CaSO4↓,

СO2 + Са(ОН)2 → CaCO3↓ + Н2O;

• tratament cu sodă calcinată pentru a elimina duritatea permanentă:

MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3↓ + Na2SO4,

MgCl2+ Na2CO3 → MgCO3↓ + 2NaCl,

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4;

• tratament cu fosfat trisodic pentru o precipitare mai completă a cationilor Са2+ и Mg2+:

ЗСа(НСO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3,

3MgCl2 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 6NaCl.

Solubilitatea fosfaților de calciu și magneziu este neglijabilă, ceea ce asigură eficiența ridicată a metodei fosfaților.

Degazarea

O parte importantă a procesului tehnologic complex de tratare a apei – este eliminarea gazelor dizolvate din apă. Prezența gazelor în apă se explică prin sorbția lor din aer, diverse reacții chimice în apa inițială și în procesul de purificare a acesteia. Aceste gaze pot fi împărțite în gaze care nu interacționează chimic (H2, O2,) și gaze care interacționează chimic cu apa și impuritățile acesteia (NH3, CO2, Cl2), conform unei alte clasificări, corozive (O2, CO2, NH3, Cl2, H2S) și inerte (N2, H2, CH4). Concentrația gazelor în apă depinde de mulți factori; principalii sunt natura fizică a gazului, gradul de saturație, presiunea din sistem și temperatura apei.

Principala metodă de eliminare a gazelor dizolvate din apă este desorbția (termenul tehnic este degazare termică sau dezaerare). Principiul său este crearea unui contact între apă și abur, în care presiunea parțială a gazului eliminat din apă este aproape de zero. În unele cazuri, sunt utilizate metode chimice. De exemplu, pentru a elimina oxigenul, apei i se adaugă agenți reducători puternici (de exemplu, sulfit de sodiu); pentru a elimina H2S, apa este clorurată.