Меню Рубрики

Установки для приготовления деионизованной воды

Деионизированная вода

Деионизированная вода, еще ее называют деионизованная вода, в природе не встречается. Это истинное или абсолютное химическое соединение — H 2 O. Основной показатель, по которому можно определить, что это именно деионизованная вода — удельное сопротивление. Оно должно соответствовать 18 МОм·см.

Как известно, в природе нет места особо чистым веществам (жидким, газообразным или твердым). Не терпит мироздание прямых линий и химически чистых соединений. Казалось бы, чего проще — вода. Чистая и прозрачная, значит идеальная? Нет, внешний вид обманчив. Визуально незаметные, растворенные в водном растворе соли и есть причина химического загрязнения. Помимо молекул воды и солей жесткости в растворе могут присутствовать и другие органические и неорганические соединения. Поэтому, то что мы пьем под видом Н 2 О — это всегда раствор. Слабый или сильный минеральный раствор . Можно ли получить исключительно чистую воду? Да, это возможно. Для этого нужно удалить все примеси, соли и химические соединения. Формула в данном случае выглядит так:

( раствор ) — ( ВСЕ примеси ) = деионизованная вода .

После предварительной очистки через фильтры водоподготовки мы получаем прозрачный раствор. Удалив механические и органические примеси создается впечатление, что проблема очистки решена, но это не так. В водном растворе остались ИОНЫ солей, которые можно удалить с помощью ионного обмена, забрав загрязняющие ионы и в обмен выдав ионы Н 2 О. Более подробно работа ионообменного фильтра для получения деионизированной воды рассматривалась здесь.

Так что такое деионизированная вода? Это самое чистое соединение кислорода и водорода — Н 2 О . В данном виде чистота составляет 99,99999991%

Специалисты нашей компании — ООО «Смолы» знают как и умеют получать деионизированную воду с помощью выпускаемых и используемых в деминерализаторах ионообменных смол:

Исходя из качества входной воды смесь в фильтре делают в соотношении 50% на 50% или 45% на 55% и самый распространенное соотношение — это 60% Анионита в гидроксильной фороме и 40% Катионита в водородной форме. Готовую смесь также можно заказать на нашем сайте — СМОЛЫ МВ-115 по цене производителя.

Удаляя ионы, эти ионообменные смолы решают задачу получения абсолютной Н 2 О.

Применение деионизированной воды

Применение деионизированной воды в некоторых отраслях промышленности не прихоть, а производственная необходимость. Деионизованная вода обладает уникальными свойствами. Если совсем просто, то это настолько жадное и агрессивное соединение, что после ее получения она начнет экстремально впитывать и растворять в себе буквально все, насыщаясь ионами:

  • из воздуха — ионами газов;
  • из любой тары — ионами материалов тары;
  • из трубопроводов — ионами покрытия.

Из всего, с чем будет соприкасаться. Именно это качество — активно растворять и впитывать ничего Вам не напоминает? Именно! Идеальное моющее средство .

Применение деионизованной воды по принципу обрабатываемых материалов можно классифицировать на:

  • микросхемы, печатные платы и полупроводники;
  • медицина и косметология;
  • стекло;
  • металлы;
  • нагревательные поверхности в бытовых приборах;
  • любые поверхности под покраску.

Электроника нуждается в чистых материалах, это не надуманная проблема — смыть с поверхности микросхем, растворить в себе и унести в дренаж ионы солей, заизолировав их надежно — такая задача ставится перед деионизированной водой в электронике.

Высокая химическая и биологическая активность деионизированной воды обеспечивает широкое применение в косметологии и медицине, являясь чистейшим и экологически безопасным растворителем растительных экстрактов. Это относится и к вопросу о том можно ли пить деионизированную воду? Отвечаем: да, можно. Еще не дойдя до гортани, вода теряет свои свойства и в лучшем случае становится дистиллированной. К желудку она подходит уже вполне обычной минералкой, напитавшись химическими и биологическими соединениями организма.

Если приходилось наблюдать за тем как происходит мойка окон деионизированной водой в офисных или торговых центрах, то, наверное пену Вы не видели. Особо чистая вода растворяет любые загрязнения без помощи моющих средств, причем не оставляя на поверхности разводов и пятен. Создание и склейка бронированных слоев стекол для военной техники также невозможно без очищения поверхностей.

Утюг, отпариватель, чайник и увлажнитель при длительной эксплуатации покрывается в теплопередающих местах накипью. Самый простой способ — использовать для бытовых целей в них очищенную воду. А для полноценной очистки достаточно несколько раз использовать деионизованную, активность которой обеспечит растворение и удаление отложений накипи.

Пластиковые и металлические поверхности под покраску должны быть идеально чистыми для того, чтобы краска держалась. Именно отсутствие деминерализаторов на технологических линиях Жигулей, а не пресловутая оцинковка (которая также невозможна без отмывки деталей) и была причиной отслоения краски со временем.

Получение деионизованной воды

Получение деионизованной воды основано на принципе ионного равновесия в растворах. Реакции ионного обмена подробно рассматривались на этом сайте. Суть метода получения деионизированной воды заключается в финишной абсолютной доочистки . Для этого применяется установка получения деионизованной воды. Дословно — установки удаления ионов из воды. Главной частью такой установки является ионообменный фильтр со смолой . Как правило используется смешанный ионит, состоящий из гранул катионита особой чистоты ( КУ-2-8чС ) и анионита ( АВ-17-8чС ). Данные ионообменные смолы Вы можете заказать на нашем сайте: www.smoly.ru

Водный раствор в установке деионизированной воды, проходя через фильтр со смолой, обменивает любые ионы на ионы кислорода и водорода, которые образуют воду и только улучшают ионный состав. Ионообменные смолы обменивать ионы могут не бесконечно и при насыщении нуждаются в перезарядке. Пропуская через катионит раствор серной кислоты, а через анионит раствор щелочи добиваются очищения и восстановления ионоопоглощающих свойств ионообменных смол.

В получении деионизованной воды самой распространенной схемой является:

катионобменный фильтр -> анионообменный фильтр -> смешанный фильтр (ФСД).

Деионизованная вода по ГОСТ получается именно по этой схеме.

Как и чем отличается деионизированная вода и дистиллированная вода?

Дистиллированную воду получают путем выпаривания с последующей конденсацией. Так же известен метод заморозки с последующим размораживанием. Но простейшие измерения помогают определить чистоту такой воды как не абсолютно чистой. И опять все дело здесь в ионах.

Откуда они берутся в дистиллированной воде, не из воздуха же?

Именно из воздуха! Растворенные в воздухе химические соединения активно и жадно впитываются абсолютно чистой водой, пары конденсата тоже назвать идеальными нельзя. Поэтому получается много затрат на получение дистиллированной воды. Степень чистоты такой воды во многих задачах достаточна и поэтому она востребована, но есть ряд производств, в которых нужна еще более чистая, абсолютно чистая вода.

Она то и нужна нам: деионизованная или вода деионизированная по ГОСТ.

источник

Мембранная установка для получения дистиллированной, деминерализованной и деионизованной воды

Инновации

В 2004 году впервые в г. Санкт-Петербурге специалистами ООО «Осмос» разработана и произведена установка для получения дистиллированной, деминерализованной и деионизованной воды, выполненная на основе двухступенчатого обратного осмоса.

Старейшим методом получения дистиллированной воды является термический метод — выпарка. Основой процесса является перевод воды в паровую фазу с последующей ее конденсацией. Главным недостатком этого метода являются очень большие эксплутационные затраты на электроэнергию, необходимую для перевода воды в пар. Кроме того, при образовании пара в него наряду с молекулами воды могут попадать и другие растворенные вещества в соответствии с их летучестью.

Новейшей альтернативой термического метода получения дистиллированной воды является двухступенчатый обратный осмос. Технология основана на двукратном пропускании исходной воды через полупроницаемую мембрану под давлением. В результате вода разделяется на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей). Использование метода двухступенчатого обратного осмоса позволяет значительно сократить эксплуатационные затраты и повысить качество получаемой воды.

На деле

В 2004 году на заводе ОАО «Морион» впервые в г. Санкт-Петербурге была введена в эксплуатацию установка двухступенчатого обратного осмоса для получения дистиллированной и деионизованной воды. Установка разработана, спроектирована и произведена фирмой «Осмос», г. Санкт-Петербург.

ОАО «Морион» занимается производством пьезоэлектронных приборов стабилизации и селекции частоты (кварцевых генераторов, фильтров и резонаторов) и в технологическом процессе использует дистиллированную и сверхчистую деионизованную воду.

Ранее для получения дистиллированной воды на заводе использовался дистиллятор-испаритель. Испарительная установка позволяла получить воду с сопротивлением 200 кОм*см. При этом затраты электроэнергии составляли 300-350 кВт-ч на выработку 1 тонны воды. Для получения сверхчистой деионизованной воды дистиллированная вода подавалась на ионообменные смолы.

Введение в эксплуатацию мембранного дистиллятора на основе двухступенчатого обратного осмоса позволило достичь превосходных результатов. При улучшении качества получаемой воды (достигается сопротивление от 500 кОм*см до 1,5 МОм*см) затраты электроэнергии снизились до 6 кВт-ч за 1 тонну воды, то есть в 50 раз.

С учетом эксплуатационных и амортизационных затрат, срок окупаемости установки двухступенчатого обратного осмоса составит менее 5 месяцев.

Повышение качества получаемой воды обеспечивает более длительный срок службы ионообменных смол, используемых для дальнейшей деионизации и получения сверхчистой воды (с сопротивлением до 18,2 МОм*см).

Сравнительная характеристика дистилляторов производительностью 1 м3/час.

Характеристика
Мембранный дистиллятор
Сопротивление 200 кОм*см 1 МОм*см
Проводимость 5 мкСм/см 1 мкСм/см
Затраты на
электроэнергию
390 рублей на тонну воды 7,8 рублей на тонну воды
8150$ в месяц 160$ в месяц

Таким образом, использование установки двухступенчатого обратного осмоса позволяет получить значительную экономическую выгоду и повысить качество получаемой воды. Несмотря на неоспоримые преимущества мембранного метода, многие предприятия все еще используют старый «проверенный» метод выпарки.

Справка

Основными параметрами, определяющими качество дистиллированной воды, являются электрическое сопротивление и проводимость. Чем меньше солесодержание воды (соответственно, чем качественнее дистиллят), тем сопротивление выше, а проводимость меньше. По нормам проводимость дистиллированной воды должна составлять не более 5 мкСм/см, а сопротивление не менее 200 кОм*см. При сопротивлении 18,2 МОм*см вода считается сверхчистой (деионизованной).

Читайте также:  Установка ксенона freelander 2

источник

Установки деминерализации воды

Вода является хорошим растворителем. В ней содержится огромное количество не видимых человеку веществ. Чистая и прозрачная на первый взгляд вода часто оказывается небезопасна для употребления в питьевых целях. Различным промышленным предприятиям также требуется очищенная вода, пригодная для использования в технологических процессах.

Что такое ультрачистая деионизированная вода

Процесс получения деионизированной воды заключается в полном удалении всех примесей, растворенных в ней. Деминерализованная вода — жидкость, лишенная как вредных, так и полезных солей и веществ. Также ее принято называть сверх (ультра) чистой водой. В природных условиях нельзя найти деионизованную воду. Для получения деионизированной воды необходимо использование специальных технологий. В процессе очистки из нее на 99,99% удаляются все катионы, анионы, газы и микроорганизмы. Определить степень деионизации воды можно по удельному сопротивлению, которое находится в пределах 10-18 МОм*см.

Получение деминерализованной воды

20 век стал временем новых открытий в области водоподготовки. Одним из достижений того времени являлось разработка системы деионизированной воды. Но человечество не стоит на месте, идет развитие во всех сферах жизни человечества. Получить очищенную воду возможно только с помощью профессиональных установок по деминерализации воды. Удаление из воды минеральных веществ с помощью ионного обмена называют процессом деионизации воды. Вода, подающаяся на установку для деминерализации воды, должна пройти предварительную очистку и соответствовать определённым требованиям. В зависимости от исходного анализа, профессионалы могут Вам предложить системы аэрации, обезжелезивания, умягчения, сорбции, корректировки показателей и т.д. Блок предварительной очистки позволяет подготовить воду для ее использования в системах для получения деионизированной воды.

Методы и установки по деионизации воды

Деионизованная вода обладает определёнными свойствами и применяется только на производстве. Ученые до сих пор спорят о пользе и вреде сверхчистой воды для организма человека. На сегодняшний день выделяют 3 основных метода получения деионизированной воды для производства.

  • Деминерализация воды обратным осмосом;
  • Оборудование для производства деминерализованной воды на основе установки электродеионизации;
  • Деминерализация воды ионным обменом с помощью фильтров ФСД.

Каждый из них имеет ряд преимуществ и широко применяется в области систем деионизации воды. Для выбора оптимального решения вашей проблемы мы советуем обращаться к специалистам.

Установка обратного осмоса для получения деионизированной воды

Очистка воды от растворенных примесей до 98% возможна на обратноосмотических установках деионизации воды. Мембранная деминерализация воды позволяет удалить из воды минеральные соли и химические соединения. Обратноосмотические мембраны из синтетического волокна пропускают через себя только молекулы воды. Концентрированный поток после установки для деионизации воды уходит в дренажную систему.

Основным достоинством установки получения деионизированной воды является непрерывное получение деминерализованной воды в больших объемах (от 250 л/ч до 50 м 3 /ч). Часто в аналитические центры требуются обратноосмотические установки для получения деминерализованной воды на небольшую производительность. Для лабораторных исследований мы разработали специальную серию установок Microcell. В комплект установки для деминерализованной воды может входить блок предварительной очистки, состоящий из 3 картриджных фильтров, система накопления и распределения, блок химической мойки мембран. Наша компания занимается разработкой установок по получению деминерализованной воды для различного назначения.

Электрическая деионизация воды

Принцип работы установок электродеионизации воды также основан на работе синтетических мембран. Главным отличие от обратноосмотических систем получения деионизированной воды является пропускание воды под действием электрического тока. Установка получения деминерализованной воды представляет собой шкаф, на краях которого расположены полюса с отрицательными и положительными зарядами. Вода поступает в специальный отсек, в котором происходит разделение потока на 3 части, две из которых являются концентратами. Катионы и анионы, растворенные в исходной воде, движутся по направлению к заряженным полюсам и задерживаются на мембранах. Установку электродеионизации можно использовать только для получения небольших объемов деминерализованной воды. Большое потребление электроэнергии ограничивает сферу применения данной установки.

Фильтры для деминерализации воды

Получение воды с удельным сопротивлением 18 МОм*см возможно с помощью фильтров деминерализованной воды смешанного действия (ФСД). Ионообменная смола для деионизации воды в H+ и OH- формах эффективно задерживает оставшиеся в воде катионы и анионы. Данная система деминерализации воды может представлять собой как несколько фильтров для деионизированной воды, работающих в определенной последовательности, либо один фильтр с комплексной смолой. Срок службы данных оборудования для получения деминерализованной воды зависит от состава поступающей в них воды. Регенерация отдельных фильтров осуществляется с помощью кислотного и щелочного раствора. Основными проблемами системы очистки деионизированной воды с помощью ФСД является большой расход реагентов и утилизация воды после регенерации.

Сферы применения станций деминерализации воды

В настоящее время широко распространено применение установок деминерализованной воды. Благодаря своим свойствам деионизованная вода используется в следующих направлениях:

  1. В медицине (онкология, кардиология, хирургия и т.д.) для приготовления растворов и лекарственных препаратов. Препараты на основе деминерализованной воды более эффективны при лечении серьезных заболеваний.
  2. В косметологии для производства духов, кремов и средств по уходу за кожей. Исследования доказывают, что применение деионизованной воды в косметических средствах положительно влияет на человеческий организм.
  3. Для исследовательских и лабораторных центров. Надежность и эффективность установок для деионизированной воды способствует их широкому распространению в исследовательских лабораториях по всей России.
  4. В микроэлектронике. При производстве электронных микросхем и плат вода должна быть лишена примесей и соответствовать высоким требованиям данной специфики.
  5. Деминерализованная вода для систем увлажнения. Многие увлажнители и испарителя предъявляют высокие требования к качеству питающей воды.
  6. В энергетике, легкой и бумажно-целлюлозной промышленности, на гальваническом производстве. Применение установок по получению деионизированной воды предусмотрено технологическими процессами промышленных предприятий.

Деминерализованная вода необходима не только для использования в технологических процессах, но и для обработки посуды, тары и оборудования.

Получение деминерализованной воды в производстве от Diasel Engineering

Наша компания уже на протяжении долгого времени занимается подготовкой деионизированной воды. Надежное оборудование для деионизированной воды пользуется популярностью на предприятиях и исследовательских институтах. Нас выбирают клиенты, потому что мы гарантируем качество нашего оборудования для деионизации воды и его эффективность при очистке воды.

источник

Установки для приготовления деионизованной воды

ДЕИОНИЗОВАННАЯ ВОДА: ОЧИЩЕННАЯ, ЧИСТАЯ И УЛЬТРАЧИСТАЯ ВОДА. ПОЛУЧЕНИЕ
(автор: Ген.директор компании «МИРОВЫЕ ВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» — С.В.Черкасов)

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.

Читайте также:  Установка закиси азота на мотоцикл

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:

  1. Грубодисперсные примеси
  2. Коллоидные примеси
  3. Истинные растворы

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

В подавляющем большинстве поверхностных вод (для подземных вод эта проблема стоит менее остро, однако не снимается совсем, точно также как и для водопроводной) обитают различные микроорганизмы – бактерии, вирусы, простейшие, а также микроскопические водоросли и грибы.

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.

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.

При коагуляции соединений кремния нужно учитывать, что эффективный расход солей железа составляет около 2 мг на 1 мг удаляемых коллоидных силикатов, а алюмината натрия NaAlO2, который считается наиболее эффективным для этого, 10-15 мг/л на 1 мг SiО3 2 — ).

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.

Читайте также:  Установка пожарных насосов повысителей

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 SO4 2− (сульфаты) в своей большей части относятся к числу устойчивых примесей, но могут образовывать труднорастворимые соединения с солями жесткости (кальцием и магнием). А также в присутствии большого количества органических примесей и при дефиците кислорода могут легко восстанавливаться до Н2S или S в результате протекания биохимических процессов. Последние при изменении кислородного режима системы вновь легко окисляются до SO4 2− .

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.

Фосфорная кислота Н3РО4 трёхосновная, поэтому образует как нормальные (третичные) соли с анионом РО4 3− , так и два ряда кислых солей: вторичные фосфаты НРО4 2− (или гидрофосфаты) и первичные фосфаты Н2РО4 − (дигидрофорсфаты). Последние хорошо растворимы в воде. Из числа вторичных и третичных фосфатов в воде растворимы только фосфаты натрия, калия и аммония.

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.

источник