Как сделать деионизированную воду
Деионизированная вода: получение, применение и прогнозы
Вода – основа не только всех жизненных процессов, но и большинства видов производства. И если для внутреннего применения она должна быть просто очищенной, без бактерий, микроорганизмов и ненужных химических включений, то для промышленных целей требуется таковая, состоящая исключительно из воды, без дополнений в виде посторонних соединений или ионов.
Дистиллят – не вершина чистоты
Люди, далекие от химии и физики, упорно считают, что дистиллированная вода абсолютно чиста, а потому непригодна для питья (поскольку вымывает все необходимые соли из организма и не вносит новых). В последнем они правы. Но для многих производственных процессов обычной дистилляции маловато. Так что промышленникам предпочтительней деионизированная вода. Как раз она-то практически на 100 процентов содержит только молекулы Н2О.
Откуда она берется
Обычным выпариванием с последующим конденсированием, как для получения дистиллята, здесь не обойдешься. Чтобы получилась качественная, предельно чистая деионизированная вода, в одном из способов ее получения используется в качестве промежуточной стадии дистиллированная. Далее идут в ход смолы-ионообменники, благодаря которым производится суперглубокая очистка.
Есть еще второй вариант, при помощи которого образуется деионизированная вода. Получение ее таким образом еще более химическое. Водород сжигается, в результате чего образуются молекулы Н2О, но потом все равно применяются все те же смолы. Они нужны в связи с тем, что при сгорании в жидкость все равно вовлекаются посторонние соединения. На выходе получается чрезвычайно чистая деионизированная дистиллированная вода.
Для чего она нужна
Наиболее широко такая жидкость используется в производстве полупроводников. Однако это не единственное направление ее применения. Российскими врачами больше десятилетия деионизированная вода употребляется в кардиологии для лечения атеросклероза. Хирурги отдают ей должное при борьбе с сепсисами и гнойными, плохо заживающими ранами; весьма полезна она при врачевании диабета; уделяют ей должное внимание и гастроэнтерологи. Если деионизированная вода является основой для физрастворов, их лечебные свойства увеличиваются, причем зачастую – в разы.
Косметологи уверяют, что такая вода в основе кремов, тоников и прочих средств оздоравливает кожу, омолаживает ее и предотвращает образование угрей и морщинок.
Последние исследования дают надежду и экологам. Установлено, что деионизированная вода, добавленная в грязный, почти загубленный водоем (причем относительно в небольшом количестве), постепенно меняет его воды, способствуя восстановлению изначальной чистоты. Может быть, этим методом можно будет возродить даже моря и океанские просторы, пострадавшие от неуемной человеческой деятельности. Есть данные, что деионизированная вода сможет даже помочь в восстановлении численности морских растений и животных. Однако до таких глобальных экспериментов надо будет провести еще множество дополнительных изысканий.
Надежда онкологов
Раковые заболевания в последние годы становятся все более частыми. Причину этого ни врачи, ни ученые пока не установили, но не оставляют попыток найти способ помочь как можно большему количеству заболевших. В этом им на помощь также приходит деионизированная вода. Было выяснено, что внутривенное ее вливание действует на особую молекулу, которая называется АТФ и «разрешает» клеткам делиться. При инъекции описываемой жидкости молекула не пропускает сигнал, и бесконтрольное размножение, которым и страшны раковые клетки, как минимум, становится медленнее, а то и вовсе останавливается.
Пока нельзя сказать, что деионизированная вода – несомненная панацея. Но медики возлагают на нее огромные надежды. Так что ее изучение в России уже даже включено в программу президента «Здоровье нации».
Удивительная деионизированная вода – где она только не применяется!
Поздравляю всех с прошедшим вчера Днем химика!
Для тех, кто не знает, сообщаю, что он празднуется в последнее воскресенье мая. Подробнее я писала об этом вот здесь. А вообще о многих профессиональных праздниках я рассказывала в своем «Химическом календаре», который сейчас временно приостановлен (просто катастрофически не хватает времени), но вскоре думаю снова продолжить эту рубрику.
В подарок вам, мои читатели, небольшая песенка, которую мы пели еще в студенческие времена:
А мои коллеги на курс старше пели песню на мотив «Ваше благородие». Очень жалею, что не запомнила текст, но там в конце каждого куплета рефреном шли слова: «Не везет мне в химии – повезет в любви!»
Я их частенько вспоминала, когда работала в лаборатории, и не получался какой-то эксперимент. Стоишь у вытяжного шкафа, бормочешь себе под нос эту мантру – и все начинает получаться. Впрочем, жизнь показала, что мне одинаково не повезло ни там, ни там, но это уже совсем другая история…
Если среди вас есть химики, расскажите, как вы отмечали этот праздник? Будет очень интересно!
Ну а сейчас перехожу к теме, которую начала несколько статей назад – дистиллированная вода. Точнее, сегодня речь пойдет про ее сестру или наследницу – это деионизированная вода. Я уже упоминала о ней и обещала рассказать подробнее.
Что это такое
Деионизированная вода (я буду ее сокращать до ДВ) – это очень чистая, иногда даже говорят, сверхчистая, глубоко обессоленная вода. Она гораздо чище дистиллированной.
Ее чистота стремится к 99,99999%
Да, примеси в ней все равно есть, куда ж без них. Они те же, что и в дистиллированной воде, но их во много раз меньше.
ДВ бывает трех видов в зависимости от степени чистоты:
Как ее получают
Совсем не так, как нашу старую знакомую – дистиллированную воду, но с ее участием. Это сложный и длительный многостадийный процесс.
Для получения деионизированной воды берут дистиллят (реже – простую воду) и пропускают ее через так называемые ионообменные смолы. Именно они осаждают на себя практически все имеющиеся в воде примеси.
Дальше используют дополнительную очистку на специальных установках обратного осмоса и на мембранных фильтрах. В общем, этакая инообменная станция.
Кстати, проверяльщик орфографии упорно подчеркивает слово «деионизированная» красным и предлагает заменить на «демонизированная». Как вам такая замена?
Мне попался еще один метод получения ДВ, но без подробностей — слишком уж он экзотический. Когда сжигают водород по классическому уравнению: водород + кислород = вода. Но и в этом случае получившийся продукт все равно очищают на ионообменных смолах.
Где используют
Самое распространенное применение – в радиоэлектронной промышленности. Эту супер-чистую воду используют для промывки плат. Она очень хорошо отмывает их именно благодаря своей чистоте. Все посторонние «грязные» вещества и примеси из отмываемого предмета мгновенно переходят в раствор.
Как утверждают те, кто с этим работает, активность ДВ при отмывке – просто огромная. Ее абсолютное преимущество – благодаря своей чистоте она шикарно отмывает все загрязнения и не оставляет никаких разводов.
Еще одна сфера применения – косметология. На основе ДВ делают гели, кремы, средства для пилинга, то есть почти всю продукцию, у которой водная основа. Именно благодаря ДВ увеличивается срок хранения такой косметики – ведь в ней нет болезнетворных микроорганизмов.
Следующий потребитель деионизированной воды – медицина и приготовление лекарственных препаратов. За счет чистоты воды лучше идет заживление ран, деление клеток, лечение гнойных заболеваний.
Не может обойтись без этого интересного вещества и химическая лаборатория. Для элементного анализа ДВ – просто необходимая вещь.
Автомобильная химия также все чаще использует ДВ: для приготовления электролитов в аккумуляторы, для промывания систем охлаждения и отопления, для разбавления концентрированных антифризов.
Ну а в быту, конечно же, это вещество не так популярно, как обычный дистиллят, но если и используется, то точно так же. Чаще всего — для заливки в паровые утюги, увлажнители воздуха и другие бытовые приборы, где необходимо образование пара и не нужна накипь.
Одна из новых сфер применения – отмывка фасадных материалов, таких как стекло, кирпич, керамогранит, сэндвич-панели. Она прекрасно растворяет все загрязнения и, самое главное, после нее не остается ни разводов, ни пятен, высыхает все идеально.
Интересные факты
Коротко, конспективно несколько интересных примечаний о деионизированной воде.
Хотя это вещество довольно широко используется, на него, как ни странно, нет ГОСТа, а есть только технические условия ТУ, причем, международные. И кто только не занимался их написанием, начиная от Американского химического общества до Международной организации по стандартизации.
Еще одна интересность. Очень часто допускают ошибки в названии и говорят «деионизованная вода». Это неправильно, такого названия нет. Это как история с правильным написанием слова «целлофан», которую я рассказывала в этой статье.
В одной из фирм, занимающейся продажей этой воды, я нашла краткое описание-инструкцию к ней, где большими буквами было написано: «Внимание! Запрещено употреблять в пищу из-за отсутствия в ней солей и микроэлементов». Это я к вопросу о том, можно ли такую воду пить аналогично дистиллированной.
Ну как? Вам понравилось это вещество? Если да, делитесь ссылками на статью со своими друзьями, оставляйте комментарии, будет интересно услышать ваши отзывы.
До встречи в следующей статье!
Деионизированная вода: что это такое, получение, применение, отличие от дистиллированной воды
Услышав название «деионизированная вода», человек, незнакомый с химией, только разведёт руками. На самом деле такая жидкость давно используется во многих сферах промышленности и медицины.
Что это такое деионизированная вода
Воду с высокой степенью очистки от посторонних веществ называют деионизированной. Она имеет особые свойства, и применяется в современном промышленном производстве, сфере красоты и медицины.
Обычная вода содержит соли металлов, органические соединения и другие посторонние примеси, поэтому она легко проводит электричество. Диэлектриками являются деионизированная вода и дистиллированная вода, отличия заключаются в удельном сопротивлении, у первого вида жидкости оно составляет 18 Мом/см, у второго – примерно 0,20 Мом/см.
Способ получения
Деионизированная вода – что это такое, можно лучше понять, ознакомившись с процессом её получения. На предприятиях, где вырабатывают такую воду, производство основывается на закономерности ионного равновесия в жидкостях. Важную роль играет финишная доочистка, позволяющая получить воду с требуемым удельным сопротивлением, соответствующую ГОСТу. Основной частью комплекса по удалению ионов из воды являются ионообменные фильтры, содержащие смолы.
Система очистки является многоуровневой. Полученная на первом этапе дистиллированная вода поступает на фильтры с ионообменными смолами. При этом используются смолы 2 типов – анионитные и катионитные, чтобы связать ионы металлов и кислотных остатков. Водород и кислород на выходе соединяются в чистую молекулу воды.
Затем вода поступает на установку мембранного обратного осмоса и проходит дальнейшую очистку в комбинированных фильтрах. Хранят готовый продукт с чистотой 99, 99999991% в ёмкостях из фторопласта. Процесс производства сложный, получить такую воду в домашних условиях невозможно. Она имеет небольшой срок хранения и не подлежит транспортировке из-за потери удельного сопротивления.
В каких отраслях применяется
Получение деионизированной воды необходимо для современной промышленности. Она находит широкое применение в различных сферах человеческой жизни. Эту жидкость даже трудно назвать водой, благодаря особой чистоте она имеет уникальные свойства. В некоторых отраслях производства без неё не обойтись. Деионизированная вода настолько чистое соединение, что жадно впитывает всё, с чем соприкасается, и может в себе растворить. Она идеально отмывает загрязнения, впитывая ионы веществ из воздуха с твердых поверхностей и из других жидкостей. Это идеальное моющее средство нового поколения.
Как сделать деионизированную воду
В этой статье речь пойдет о деионизованной воде (деминерализованной воде), ее свойствах, способах получения, условиях хранения и транспортировки. К написанию этой статьи нас подвинуло то обстоятельство, что в интернете даются только отрывочные сведения о деионизованной воде, не дающие полного представления об этом сложном веществе, методах его получения, хранения, транспортировки, контроля состава.
Введение
Справка, даваемая в Википедии гласит: «Деионизованная вода — вода, в которой не содержится ионов примесей. Это, фактически, очень хорошо очищенная вода. Её удельное сопротивление составляет 18 МОм·см. Чистота — 99,99999 %. Деионизацию осуществляют с помощью ионно-обменных смол. Используют смолы двух типов: катионитные R-H (R-органический радикал) и анионитные R-OH. Ионы металлов связываются на катионите. Отрицательные ионы кислотных остатков осаждаются на анионите. Образовавшиеся ионы H и OH объединяются в молекулу воды. Возможно предварительное использование процесса обратного осмоса.»
Однако нормативные документы ОСТ 11.029.003-80 и ASTM D-5127-90, определяющие требования к деионизованной воде, подразделяют ее на классы (группы, марки).
Технические стандарты на качество ультрачистой воды были установлены рядом профессиональных организаций, в том числе: Американское химическое общество (American Chemical Society, ACS), Американская международная добровольная организация, разрабатывающая и издающая стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг (American Society for Testing and Materials, ASTM International), Американский Национальный комитет по клиническим лабораторным стандартам (U.S. National Committee for Clinical Laboratory Standards, NCCLS) и Фармакопея США (U.S. Pharmacopeia, USP). ASTM, NCCLS, ISO 3696 и Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization) деионизованная вода подразделяется 1-3 класса или типа I-IV в зависимости от уровня чистоты (см. Таблицу).
Согласно этим таблицам деионизованная вода может иметь и другое удельное сопротивление (удельную электропроводность), а не только 18 МОм•см. Кроме того, как видно из приводимых нормативных требований, деионизованная вода помимо удельного сопротивления определяется и другими показателями: общий органический углерод; значение рН; содержание металлов: бора, калия, натрия, железа, никеля, меди, цинка, хрома; содержание анионов: хлоридов, нитратов, фосфатов, сульфатов; содержание микрочастиц и микроорганизмов; содержание кремниевой кислоты и пр. Давайте последовательно рассмотрим часть из них, тем более в своем дальнейшем повествовании мы часто будем их упоминать и ссылаться на них.
2. Получение деионизованной воды
Получение деионизованной воды – это совокупность технологических операций или стадий технологического процесса деминерализации или обессоливания воды, обеспечивающая производство деионизованной воды, соответствующей тем или иным нормативным требованиям.
Для получения деионизованной воды: чистой, очищенной и ультрачистой используются различные методы ее деминерализации или обессоливания. Выбор методов обессоливания воды и количество стадий деионизации определяются нормативными требованиями к конечному продукту. В данном случае могут быть использованы такие процессы как обратный осмос, ионный обмен, дистилляция, электродеионизация и пр. и/или их комбинация. Сравнение перечисленных методов деионизации воды, а также требования к исходной воде для проведения того или иного процесса приведены в Таблице 2.1.
Как видно из представленной таблицы для осуществления процесса деминерализации воды лучше всего иметь тщательно подготовленную исходную воду практически для любого из выбираемых методов деминерализации, поскольку все они требуют «чистой» развитой поверхности будь то массообменный, теплообменный или баромембранный процесс деионизации. В частности, вода должна быть максимально освобождена от различного рода механических примесей (как грубодисперсных, так и коллоидных), иметь невысокую перманганатную окисляемость и содержание органических примесей, а также низкое содержание железа и марганца. Особенно это касается обратного осмоса. Что касается процесса электродеионизации, то для его осуществления нужна вода, уже прошедшая частичную деминерализацию либо на ионном обмене, либо на обратном осмосе.
Таким образом, для производства деионизованной воды перед осуществлением процесса деминерализации воды обязательно следует произвести предварительную подготовку исходной воды.
2.2. Предварительная подготовка исходной воды
Предварительная подготовка исходной воды – это совокупность технологических операций или стадий технологического процесса очистки исходной воды (удаления из нее нежелательных примесей), направленных на получение воды такого качества, которое требуется для стадии деминерализации или обессоливания, т.е. стадии получения деионизованной воды.
По размеру загрязнений (частиц или молекул примесей), присутствующих в исходной воде, (степени их дисперсности) их делят на три группы:
К особой, четвертой группе можно отнести растворы высокомолекулярных веществ, в которых отдельные макромолекулы могут объединяться в агломераты, размеры которых могут достигать размеров коллоидных частиц.
Вещества минерального и органического происхождения присутствуют в исходной воде во всех видах дисперсного состояния. Они могут быть как природного, так и антропогенного происхождения.
2.2.1. Обеззараживание исходной воды
Удаление микроорганизмов не всегда является первоочередной задачей систем водоподготовки. Однако все системы очистки воды (особенно мембранные) сталкиваются с последствиями микробиологического роста, в особенности бактерий. Это обусловлено рядом причин: во-первых, присутствие бактерий в воде неизбежно, они живут в любых системах, где есть хоть какое-нибудь количество воды. Во-вторых, рост бактерий неизбежен, если есть питательные вещества (а им для «жизни» не так много надо). В-третьих, микробиологическое загрязнение намного легче предотвратить, нежели избавиться от него.
Поскольку в системе предварительной очистки воды, как правило, используются фильтры насыпного типа с высокой развитой поверхностью, то проблема микробиологических загрязнений фильтрующих загрузок может рано или поздно проявиться.
Для предотвращения этого явления чаще всего используют химическое обеззараживание воды – процесс, основной целью которого, является полное уничтожение болезнетворных бактерий и микроорганизмов, находящиеся в воде в результате ее загрязнения, за счет обработки воды окислителями с ярко выраженными бактерицидными свойствами (биоцидами): хлором и его производными, озоном, йодом и т.п. При этом для достижения стойкого эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого биоцида и обеспечить условия для достижения максимального бактерицидного эффекта и достаточную длительность контакта его с водой. Первое и второе достигается за счет расчета и проведения пробных лабораторных испытаний, третье – за счет установки контактных емкостей.
В отдельных случаях, когда значения мутности и цветности исходной воды низкие, для ее обеззараживания допускается использовать ультрафиолетовую стерилизацию.
2.2.2. Очистка воды от грубодисперсных примесей
Грубодисперсные примеси имеют определяющий размер частиц более 0,1 мкм (для сферических – диаметр, для кубических – длина ребра, для вытянутых – эквивалентный диаметр). В грубодисперсном (взвешенном) состоянии находятся глинистые, кварцевые, известковые и гипсовые частицы, ряд веществ животного и растительного происхождения, а также все виды бактерий. К этим системам также относят суспензии, эмульсии.
Частицы грубодисперсных примесей, размер и масса которых позволяет им оседать под воздействия сил гравитации, можно удалить благодаря отстаиванию, осветлению, центрифугированию, а также за счет напорной или безнапорной фильтрации или комбинацией этих методов. Чем больше размер частиц грубодисперсных примесей, тем быстрее устанавливается седиментационное равновесие и тем легче выделяются они из воды при отстаивании и фильтрации.
Отстаивание производят в отстойниках и осветлителях различного типа (горизонтальных, вертикальных, тонкослойных и т.д.). Основными недостатками этих аппаратов является их громоздкость, низкая скорость проведения процесса и недостаточная эффективность удаления взвешенных частиц (составляет 50-60%). Интенсифицировать процесс удаления взвешенных частиц из воды и повысить его эффективность можно в центробежных полях при использовании гидроциклонов и центрифуг. Однако размеры микрочастиц, задерживаемых в отстойниках и центрифугах, редко опускаются ниже значения в 50 мкм. Поэтому полное осветление воды чаще всего завершают процессом ее фильтрования, как правило, совмещая этот процесс реагентной обработкой воды: окислением, обеззараживанием, коагуляцией и флокуляцией.
Фильтрование на сегодняшний день является самым распространенным методом отделения твердых частиц от жидкости. Оно может обеспечить практически любое качество осветления. При этом из воды могут быть удалены не только диспергированные частицы, но и коллоидные соединения. Процесс фильтрования основан на задержке взвешенных частиц снаружи или внутри пористой фильтрующей среды – фильтрующей перегородке: жесткой, гибкой или зернистой. Для осветления воды в промышленном и муниципальном водоснабжении наиболее широкое распространение получили насыпные (засыпные) фильтры с зернистой загрузкой, которые, как правило, состоят из корпуса, фильтрующего слоя, дренажной или распределительной системы, системы подачи на фильтр осветляемой воды и отвода очищенной и промывной вод.
2.2.3. Очистка воды от коллоидных примесей
Коллоидные примеси имеют определяющий размер частиц от 0,1 мкм до 1 нм. Частицы могут включать в себя от нескольких единиц до сотен миллионов молекул вещества. В коллоидном состоянии находятся микрочастицы глин, соединения кремния и железа, серосодержащие вещества, продукты жизнедеятельности и распада микроорганизмов, соединения гуминовых и фульвокислот и т.д. Коллоидные системы называют также золями, а в данном случае, когда дисперсионной средой является вода, – гидрозолями.
В природной воде частицы глины, кремниевой кислоты и гуминовых веществ всегда находятся в коллоидном состоянии. Они не выделяются из воды под действием силы тяжести и не задерживаются обычными фильтрующими материалами, поскольку «несут на себе» отрицательный заряд и взаимно отталкиваются, оставаясь во взвешенном состоянии. Осаждение этих частиц возможно только после нейтрализации их зарядов электролитами или противоположно заряженными частицами специальных реагентов – коагулянтов при внесении их растворов в исходную воду. Наиболее эффективными коагулянтами для этого считаются сульфат алюминия, сульфат железа и хлорное железо.
Высокие значения цветности исходной воды, как правило, косвенно свидетельствуют о присутствии в ней гуминовых кислот (в частности, фульвокислот и лигнинов), которые находятся либо в коллоидном, либо в истинно растворенном состоянии. При этом коллоидная фракция имеет высокую степень дисперсности.
Удаление гуминовых кислот, как правило, производится окислительно-адсорбционным методом, т.е. с их предварительным окислением, коагулированием и последующей адсорбционной очисткой. Активный хлор или другие окислители разрушают гидрофильные органические соединения, стабилизирующие дисперсные примеси воды, и облегчают условия протекания коагуляции: увеличивается гидравлическая крупность хлопьев коагулированной взвеси, ускоряется осветление воды. Кроме того, предварительная обработка воды окислителями позволяет поддерживать хорошее санитарное состояние системы предварительной очистки за счет их биоцидных свойств.
2.2.4. Обезжелезивание и деманганация воды
Ионы железа могут находиться в исходной воде в различных формах. В артезианских водах в отсутствии растворенного кислорода ионы железа в основном находятся в двухвалентном виде (Fe 2+ ), соединения которого с большинством анионов не образует труднорастворимых соединений. Однако именно они способствуют развитию железобактерий, которые не только образуют бугристые колонии на стенках трубопроводов, но вызывают коррозионные процессы стальных и чугунных труб, а также способствуют развитию биопленок.
Железо поверхностных вод, как правило, встречается в составе комплексов с солями гуминовых кислот (гуматы), которые являются чрезвычайно устойчивыми комплексными соединениями железа.
Аналогичную картину можно наблюдать по соединениям марганца.
Более подробно о формах существования железа и марганца в природных водах и методах очистки от этих веществ можно узнать из статьи «Обезжелезивание воды. Теория и практика.»
Для процессов деминерализации воды, как правило, важно, чтобы содержание железа в исходной воде не превышало 0,1 мг/л, а содержание марганца было не выше 0,05 мг/л. Для решения этой проблемы на стадиях предварительной очистки воды чаще всего используют фильтры каталитического обезжелезивания и деманганации воды с предварительной аэрацией или дозированием окислителей. При высоком содержании железа в исходной воде (более 10 мг/л) к стадии каталитического обезжелезивания добавляют стадию механической очистки на насыпных фильтрах с дозированием коагулянтов и/или флокулянтов для укрупнения коллоидных частиц железа и марганца.
2.2.5. Обескремнивание воды
В разделе 1.4 настоящей публикации мы уже касались темы влияния содержания соединений кремния в деионизованной воде, а также природы их происхождения. Здесь же кратко рассмотрим те методы обескремнивания воды, которые позволят довести концентрацию кремния в исходной воде до норм, требуемых для ее подачи в блок деминерализации.
Обычно при предварительной очистке процесс удаления примесей кремния из исходной воды не выделяют в отдельную стадию, а проводят совместно с удалением других примесей, например, с процессом коагуляции и с последующим фильтрованием на насыпных фильтрах для удаления образовавшегося осадка. Как правило, эту операцию совмещают со стадией осветления и обесцвечивания исходной воды до ее подачи на фильтры каталитического обезжелезивания, поскольку присутствие кремниевой кислоты в больших концентрациях блокирует активные центры катализаторов обезжелезивания, а вследствие этого снижает эффективность их работы.
Как правило, такой обработки бывает достаточно, чтобы получить значения содержания кремния, приемлемые для подачи исходной воды в блок деионизации (менее 10 мг/л). Однако в природных водах содержание кремния может достигать значений 60 мг/л. Такие значения будут требовать дозирования очень большого количества коагулянтов. Поэтому для решения задачи обескремнивания воды в этих случаях стадию удаления кремния выделяют в отдельную и, как правило, используют реагентную обработку воды либо гашенной известью, либо минералами магнезит или доломит, обожженными при 1000 о С. Аппаратурное оформление этих процессов энергоемкое, поскольку эффективность протекания химических реакций нейтрализации кремниевой кислоты зависит от температуры исходной воды (обычно 40-50 о С). Эти химические процессы переводят кремниевую кислоту в нерастворимые соединения, которые затем также коагулируют и задерживают фильтрованием.
2.2.6. Очистка воды от органических веществ, деодорация, дехлорирование
Блок адсорбционной очистки на активном угле, как правило, включают в технологическую схему очистки воды на заключительной стадии, когда из исходной воды путем отстаивания, фильтрации, коагуляции уже удалена большая часть взвешенных частиц, эмульгированных масел и смол, вода также освобождена от крупных мицелл коллоидных веществ и обеззаражена.
Основным направлением применения стадии адсорбции является глубокая очистка исходной воды от растворенных органических веществ, осколков микробиологических примесей, а также для удаления ионов тяжелых металлов. Адсорбционная очистка эффективна во всем диапазоне концентраций органических примесей в воде, но на фоне других методов очистки больше всего ее преимущества проявляются при низких концентрациях загрязнений, как раз в том диапазоне, который нам нужен в данном случае.
При этом размеры молекул поглощаемых из воды веществ варьируются в широких пределах: от небольших размеров молекул простых веществ (молекулярный вес до 150), до размеров молекул полимерного строения и коллоидных частиц. Т.е. в процессе адсорбции должны быть удалены те высокомолекулярные вещества, которые мы отнесли к особой, четвертой группе.
Вторым не менее важным назначением стадии адсорбции является удаление остаточного хлора как активного, так и связанного в составе хлорорганических соединений.
Именно эта стадия технологической схемы предварительной подготовки воды чаще всего отвечает за снижение перманганатной окисляемости и содержания активного хлора до нормируемых значений.
Для осуществления процесса осветления воды обычно используются насыпные скорые фильтры серии AС, характеристики которых приведены на странице светлительно-сорбционных (адсорбционных) фильтров.
Эффективность адсорбционной очистки воды на насыпных скорых фильтрах достаточно велика: достигает 85-90%. При этом в фильтрат может выделяться некоторое количество адсорбента в результате его истирания.
По мере загрязнения адсорбционного фильтрующего слоя задерживаемыми из воды взвешенными веществами потеря напора возрастает до некоторой величины, характеризующей сопротивление предельно загрязнённого фильтрующего слоя. По достижении предельной потери напора или при ухудшении качества фильтрата нужно произвести очистку фильтрующего слоя очистить от накопившихся в нем загрязнений путем его промывки или другим способом. Такая промывка приводит к очистке поверхности адсорбента и только частичному восстановлению его адсорбционной способности. По мере заполнения пор адсорбента загрязняющими веществами его адсорбционная емкость снижается, и процесс адсорбционной очистки прекращается. Восстановление адсорбционной способности в насыпных фильтрах невозможно, поэтому адсорбент меняется на новый, а отработанный отправляется либо на регенерацию, либо на утилизацию.
Следует помнить, что процесс адсорбционной очистки воды надо проводить только с водой безопасной в микробиологическом отношении. Для этого перед адсорбционными фильтрами всегда следует использовать стадию обеззараживания воды любым приемлемым способом, который не повлияет в дальнейшем на стадию адсорбции, о чем мы уже говорили в п.2.2.1 настоящей публикации.
2.2.7. Анализ ионных примесей в исходной воде
Как было уже указано в п.2.2 настоящей публикации к третьей группе примесей в исходной воде относятся истинные растворы, размер частиц которых не превышает 1 нм, т. е. соответствует размерам отдельных молекул или ионов. В истинно растворенном состоянии находятся газы, неорганические соли щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов, ряд органических соединений, а также бром, иод и другие.
Иногда истинно растворенные примеси воды по характеру их поведения в процессах очистки воды дополнительно подразделяют на молекулярно-растворенные (газы и органические соединения с малодиссоциированными группами) и ионно-растворенные. Последние отличаются ярко выраженной способностью к гидратации и влиянием на структуру и физические свойства воды.
К ионно-растворенным веществам относят соли, кислоты, щелочи, находящиеся в исходной воде в виде ионов:
— катионов (положительно заряженных ионов), таких как – кальций (Ca 2+ ), магний (Mg 2+ ), натрий (Na + ), калий (K + ), железо (II)(Fe 2+ ), марганец (II) (Mn 2+ ), аммоний (NH4 + ) и т.д., а также барий, бор и стронций.
Катионы кальция и магния образуют труднорастворимые соединения с находящимися в исходной воде сульфатами, фторидами, карбонатами. Чаще всего это происходит при изменении исходных концентраций катионов и анионов при достижении предела растворимости той или иной соли, например при упаривании, концентрировании или снижении температуры. Суммарное содержание катионов кальция и магния, выраженное в мг-экв/л, характеризует величину жесткости воды. В технологических процессах предварительной подготовки воды часто используются дополнительные стадии для снижения концентрации ионов кальция и магния в исходной воде (жесткости воды) до ее поступления на стадию деминерализации, например, вводят стадию умягчения воды (Na-катинирования).
В противном случае следует предусматривать стадию дозирования ингибиторов солеотложения – веществ, которые замедляют или предотвращают кристаллизацию малорастворимых солей из исходной воды. Особенно это актуально при использовании в качестве стадии деминерализации процесса обратного осмоса.
Катионы щелочных металлов: натрия и калия не образуют труднорастворимых солей с анионами, присутствующими в исходной воде, и практически не гидролизуются, поэтому их относят к группе устойчивых примесей. Аналогичные утверждения можно сделать и по отношению к соединениям аммония.
Анионы угольной кислоты гидрокарбонаты (HCO3 − ) и карбонаты (CO3 2− ) являются важнейшей составной частью солевого баланса воды, поскольку определяют поведение различных примесей в ней, и в первую очередь солей жесткости. Кроме HCO3 − и CO3 2− в исходной воде содержится также «свободная» углекислота, в виде растворенного в воде углекислого газа CO2 и его гидрата – молекул H2CO3. Но так как в воде концентрация H2CO3 составляет десятые доли процента от концентрации растворенного СО2, то обычно ее концентрация выражается именно через СО2.
Диссоциация угольной кислоты в воде протекает по двум ступеням: с образованием бикарбонат-ионов и карбонат-ионов:
Таким образом, в воде одновременно присутствуют и бикарбонат-ионы, и карбонат-ионы и свободная углекислота. Концентрации углекислоты в этих формах взаимосвязаны и могут быть определены из констант диссоциации углекислоты по первой и второй ступеням. При определенной температуре соотношение между концентрациями в исходной воде СO2, НСО3 − и CO3 2− зависит от концентрации водородных ионов, т.е. значения рН исходной воды. На основании этих данных определяется щелочность воды и производится расчет индексов Ланжелье и Ризнара, а также делается вывод о карбонатной стабильности воды.
Анионы Сl − (хлориды) относятся к числу устойчивых примесей, содержащихся в исходной воде, так как они не образуют труднорастворимых соединений и не подвергаются гидролизу. Однако их повышенное содержание при воздействии высоких температур может вызывать питтинговую (точечную) коррозию сталей, в том числе и нержавеющих.
Анионы F − (фториды) в своей большей части относятся к числу устойчивых примесей, но могут образовывать труднорастворимые соединения с солями жесткости (кальцием и магнием).
Анионы NO3 − (нитраты) в своей большей части относятся к числу устойчивых примесей.
Неорганические соединения фосфора в исходной воде могут быть представлены в виде ортофосфатов и полифосфатов (к последним причисляются также пирофосфаты), причем преобладающей формой обычно являются ортофосфаты – соли ортофосфорной кислоты. Сумму неорганических соединений фосфора часто обозначают термином «фосфор минеральный». Концентрация фосфатов в незагрязненных природных водах может составлять тысячные, редко сотые доли мг/л. Повышение их содержания может быть связано с загрязнением источника водоснабжения.
С катионами металлов фосфаты образуют комплексные соединения. В частности, возможно протекание следующей реакции:
что способствует гидролитическому распаду фосфатов в жесткой воде.
Соединения фосфора могут присутствовать в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Переход соединений фосфора из одной формы в другую осуществляется довольно легко, что создает сложности как при определении тех или иных его форм, так и при их удалении.
Косвенно суммарную концентрацию примесей в истинно растворенном состоянии (солесодержанием) можно оценить по удельной электропроводимости воды, мкмСим/см. Однако нужно помнить, что связь между электропроводимостью и концентрацией ионных примесей зависит от множества факторов, в том числе от температуры, вида ионов, степени диссоциации, что существенно влияет на ее измерение. Поэтому при постоянных температуре и степени диссоциации, принимая во внимание, что растворы являются проводниками второго рода, удельную электропроводность водных растворов различных солей концентрацией до 500 мг/л в условном пересчете на NaCl можно примерно оценить из соотношения: 1 мкСм/см ≅ 0,6 мг/л.