Основные химические и физико-химические способы водоподготовки

Выбор метода удаления примесей из воды определяется характером и свойствами примесей. Так, взвешенные примеси проще всего вывести из воды фильтрованием, коллоидные примеси — коагуляцией. Если ионные примеси могут образовывать малорастворимое соединение, то их можно перевести в это соединение, примеси-окислители можно устранить восстановлением, а примеси-восстановители — окислением. Для удаления примесей широко используется адсорбция, причем незаряженные примеси адсорбируются на активированном угле или других адсорбентах, а ионы на ионообменных веществах. Заряженные примеси можно также удалить электрохимическими методами. Таким образом, знание состава и свойств примесей позволяет выбрать способ очистки воды.

Для малорастворимых солей при постоянной температуре соблюдается постоянство произведений активностей ионов (ПР).

Концентрацию иона. Входящего в малорастворимое соединение, можно уменьшить увеличением концентрации она противоположного знака, входящего в тоже соединение. Например, концентрацию ионов Са2+ и Mg2+ можно понизить увеличением концентрации ионов СО32- и ОНсоответственно. Метод осаждения малорастворимых соединений используется для очистки воды. Например, для её 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+ + 2ОН;

возрастает рН воды, что приводит к смещению углекислотного равновесия в сторону образования карбонат-ионов:

В результате этого достигается произведение растворимости карбоната кальция с последующим выпадением в осадок:

Са2+ + СО32- > СаСО3v.

Кроме того. При увеличении концентрации гидроксид-ионов достигается произведение растворимости гидроксида магния, с последующим выпадением в осадок:

Mg2+ + 2ОH- > Mg (ОH)2v.

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

Са (НСО3)2 + Са (ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О.

Mg (НСО3)2 + 2Са (ОН)2 =Mg (OH)2 + 2СаСО3 + 2Н2О Н2СО3 + Са (ОН)2 = СаСО3 + 2Н2О Как видно, при введении извести снижается концентрация ионов Са2+ и Mg2+ (умягчение), НСО3- (снижение щелочности) и Н2СО3.

Метод известкования непригоден для снижения некарбонатной жесткости. Для этих целей необходимо вводить хорошо растворимую соль, содержащую карбнат-ионы. Обычно для этого используют соду Na2CO3, которая, диссоциируя, дает ионы СО32-:

Na2CO3 > 2Na+ + CO32-; CO32- +Са2+ >СаСО3v.

Углекислотное уравнение может быть смещено вправо и при нагревании:

В результате этого увеличивается концентрация карбонат-ионов и достигается произведение растворимости карбоната кальция, который выпадает в осадок.

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

Удаление катионов (Mg2+, Ca2+, Na+ и др.) проводится на катионитах, анионов (Cl-, SO42+, HCO3- и др.) — на анионитах.

Например, ионы жесткости удаляются способом Na-катионирования.

Анионы можно удалить методом ОН-анионирования.

где индекс (и) указывает на ионит.

Если провести ОН-анионирование и удалить анионы из раствора и Н-катионирование для удаления катионов из раствора.

.

то в раствор перейдут ионы Н+ и ОН-, которые нейтрализуются, образуя воду:

Таким образом, в результате ионообменных реакций удаляются катионы и анионы из раствора, т. е. соли, или другими словами происходит химическое обессоливание. Для удаления солей из морской воды также применяется метод электролиза, который производится и многокамерном электролизере. Каждая камера имеет на одной стороне мембрану, проницаемую только для анионов. В результате электролиза морская вода в одних камерах обогащается солями (получается рассол), в других камерах обедняется солями (происходит очистка воды).

Обеззараживание. Для уничтожения болезнетворных бактерий, вирусов микроорганизмов. Вызывающих биологическое обрастание трубопроводов и оборудования. Воду подвергают обработке окислителями. Наиболее распространено хлорирование воды жидким или газообразным хлором, гипохлоритами NaClO или Са (ClO)2. Бактерицидное действие хлора в основном вызвано хлорноватистой кислотой, образующейся при взаимодействии хлора с водой:

При взаимодействии хлора с органическими веществами возможно появление небольшого количества токсичных веществ, например CHCl3, поэтому все больший интерес вызывает обработка воды озоном О3 (озонирование.).