Удаление из воды растворенных газов. Обескислороживание воды

Процесс водоподготовки часто сопровождается удалением таких газов, как углекислота, кислород и сероводород. Эти газы являются коррозийно-агрессивными, так как обладают свойствами обусловливать или усиливать коррозию металлов. Кроме того, углекислота  агрессивна по отношению к бетону, а наличие сероводорода придает воде неприятный запах. В силу вышеперечисленного актуальна  задача  наиболее полного удаления этих газов из воды.

Дегазация воды – это комплекс мероприятий, направленных на  удаление из воды растворенных в ней газов. Существуют  химические и физические методы  дегазации  воды. Химические методы дегазации воды предполагают использование определенных реагентов, связывающих газы,  растворенные в воде. Например, обескислороживание воды достигается  введением в нее сульфита натрия, гидразина или сернистого газа. При введении в воду сульфита натрия  происходит его окисление  до сульфата натрия растворенным в воде кислородом:

2Na₂SO₃ + О₂ → 2Na₂SO₄

 Введенный в воду сернистый газ реагирует с ней и превращается в сернистую кислоту:

 SO₂ + Н₂О → H₂SO₃,

 которая, в свою очередь, растворенным в воде кислородом окисляется до серной кислоты:

 2H₂SO₃ + O₂ → 2H₂SO₄

При этом в настоящее время в системах химводоподготовки используются модифицированные растворы сульфита натрия (реагенты Аминат КО-2, Аминат КО-2Н и пр.), имеющие ряд преимуществ в сравнении с чистым раствором сульфита натрия.

Гидразин способствует практически полному обескислороживанию воды.   

Введенный в воду  гидразин связывает кислород и способствует выделению  инертного азота:

N₂H₄ + O₂ → 2H₂O + N₂

Обескислороживание воды последним способом  -  наиболее совершенный, но и, в то же время,  наиболее дорогой метод (из-за высокой стоимости гидразина).  В связи с этим данный способ применяют в основном после физических методов обескислороживания воды с целью удаления остаточных концентраций кислорода. При этом гидразин относится к веществам первой категории опасности, что также влечёт ограничения по возможности его применения.

Одним из вариантов  химического метода удаления из воды сероводорода является обработка воды хлором:

а)  с окислением сероводорода до серы:

H₂S + Cl₂ → S + 2HCl

б)  с окислением сероводорода до сульфатов:

H₂S + 4Сl₂ + 4Н₂О -> H₂SO₄ + 8HCl

Протекание этих реакций (так же как и промежуточных реакций образования тиосульфатов и сульфитов) происходит параллельно; их соотношение определяется в первую очередь дозой хлора и рН воды.

Недостатки химических методов газоудаления:

а) Процесс обработки воды усложняется и удорожается необходимостью применения реагентов. При больших часовых потоках через систему ВПУ дегазация химическими реагентами при сравнительной простоте своей реализации начинает сильно проигрывать термической дегазации по эксплуатационным затратам.

б) Нарушение дозировки реагентов приводит к ухудшению качества воды.

Эти причины обуславливают значительно более редкое применение на крупных объектах химических методов газоудаления, чем физических.

Существует два основных способа удаления из воды растворенных газов физическими методами:

1) аэрацией - когда очищаемая от газа вода активно контактирует с воздухом (при условии, что парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю);

2) созданием  условий, при которых растворимость газа в воде снижается практически до  нуля.

Аэрацией обычно удаляют из воды свободную углекислоту и сероводород, парциальное давление которых  в атмосферном воздухе близко к нулю. Дегазаторы, осуществляющие аэрацию, в зависимости от  конструктивного устройства, характера движения воды и воздуха и протекания процесса дегазации делятся на:

1) Пленочные дегазаторы (декарбонизаторы) – это колонны с насадкой  (деревянной, кольца  Рашига и др.), по которой тонкой пленкой стекает вода.  Предназначение насадки -  создание обширной поверхности контакта воды и воздуха. Воздух, нагнетаемый вентилятором, движется  навстречу потоку воды;

2) Барботажные дегазаторы.  В них  идет продувка сжатого воздуха через слой медленно движущейся воды;

Второй способ применяется при удалении кислорода из воды, поскольку ясно, что первый способ здесь не сработает из-за значительного парциального давления кислорода в атмосферном воздухе.  Чтобы удалить кислород, воду доводят до кипения, при этом происходит резкое снижение  растворимости всех газов в воде.

Доведение воды до кипения осуществляется:

1) ее нагреванием (в деаэраторах атмосферного типа);

2) снижением  температуры кипения воды путем понижения давления (в вакуумных деаэраторах). 

В деаэраторах атмосферного типа предварительная деаэрация осуществляется в специальных деаэрационных колонках за за счет избыточного количества пара, попадающего в деаэрационный бак через подводящий паровровод, а окончательная - в деаэрационных баках за счёт продувки паром. В вакуумных дегазаторах (деаэраторах) специальные устройства (такие как вакуум-насосы  или  водоструйные эжекторы)  создают давление, при котором происходит кипение воды при данной температуре.

В процессе водообработки основное применение в процессах удаления углекислого газа нашли пленочные дегазаторы, для удаления сероводорода (совместно с радом других задач – подачей кислорода, как окислителя в системах обезжелезивания, удаления марганца) - барботажные, а для обескислороживания воды в присутствии источников пара на объекте – термические, при отсутствии - вакуумные.

Проектирование дегазаторов предусматривает определение площади поперечного сечения дегазатора, высоты водного столба в нем, необходимого расхода воздуха, тип и площадь поверхности насадки, требуемой для достижения заданного эффекта дегазации.