Хімічні методи очищення води

Хімічні методи очищення води. Дезінфекція та окислення

Властивості окислювачів, що застосовуються в водопідготовки.

Одна з найрозповсюдженіших у світі технологій водопідготовки полягає в хімічній обробці води окислювачами. Застосування окислювачів направлено на вирішення комплексу проблем з водою - дезінфекції, корекцій кольоровості, каламутності, смаку і запаху. Дозування в воду окислювачів широко застосовується на різних стадіях водопідготовки як спосіб знебарвлення, дезодорації, коагуляції, знезалізнення, деманганации, стерилізації та зниження окисляемости води. Дія окислювачів залежить від рН і температури води, наявності та пропорцій важко-і легко-окислюваних з'єднань. Ефективність дії окислювача визначається твором його концентрації і часу впливу (CхT, мг / л * хв). C

До найбільш часто вживаним в водопідготовки окислювача відносять кисень О2. озон О3. хлор Cl2. діоксид хлору ClO2. гіпохлорит натрію NaClO, гіпохлорит кальцію Ca (ClO) 2. перманганат калію KMnO4 і перекис водню H2 O2.

1. Кисень повітря О2

Кисень - порівняно слабкий окислювач. Його окислювальна здатність фактично не поширюється на органічні речовини, а для ряду аеробних мікроорганізмів він є необхідною складовою середовища існування. Кисень ефективно окисляє ряд розчинених неорганічних іонів, наприклад, залізо і марганець. Кисень повітря переводить ці метали в стан найвищої валентності, сприяючи їх гідролізу і переходу в нерозчинну форму для подальшої фільтрації. Застосування кисню набуло широкого поширення в побутовій і комерційної водопідготовки, перш за все в системах знезалізнення і деманганации. Стадія насичення води киснем повітря отримала загальну назву - аерація води. Нездатність кисню окисляти органічні речовини, що входять до складу протоплазми клітин різних мікроорганізмів, визначила відсутність у нього дезінфікуючих властивостей, характерних сильнішим окислювача. Сірководень, як порівняно сильний відновник, може бути окислений киснем тільки в присутності каталізаторів.

Озон - один з найбільш сильних окислювачів, що застосовуються в водопідготовки. Обробка води озоном призводить до більш швидкому розкладанню органічних речовин, знебарвлення, знезараження, усунення запахів і присмаків в порівнянні з традиційно застосовуваним хлором. На відміну від традиційної обробки води хлором озон самостійно не утворює токсичні вторинні продукти окислення. Висока окислювальна здатність озону заснована на легкості віддачі активного атома кисню O3 → O2 + O. Озон окисляє практично всі метали до оксидів. Озон - нестабільний газ, швидко розкладається у воді з утворенням кисню. Це властивість обумовлює з одного боку перевага - екологічну безпеку озону, а з іншого боку недолік - відсутність пролонгації у часі дезинфікуючого дії. Дозування озону для контролю вмісту бактерій знаходяться в діапазоні від 1,5 до 3 мг / л, для контролю вмісту вірусів - від 3 до 5 мг / л, час витримки складає 5-10 хв.

Особливе значення під час хлорування приділяється водневого показника рН, так як саме його значення визначає форми сполук хлору в воді і його активність. Розчинення молекулярного хлору в воді відбувається з освітою хлорнуватистої і соляної кислот по реакції: Cl2 + H2 O = HOCl + HСl. Хлорнуватиста кислота може диссоциировать HOCl → Н + OCl -. Суму елементарного хлору, хлорнуватистої кислоти і аніона OCl - прийнято називати вільним активним хлором. Хлор і хлорновасістая кислота - сильні окислювачі, які у воді вступають в окислювальні реакції з речовинами-відновниками - залізом, марганцем, сірководнем, сульфидамі, нітратами, ціанідами, амонієм, органічними речовинами.

Часто присутнє у воді у вигляді бікарбонату двовалентне залізо (Fe 2+) окислюється хлором в хлорид тривалентного заліза з гідролізом його в нерозчинний гідроксид. Хімічна реакція окислення двовалентного заліза виглядає таким чином: 2Fe (HCO3) 2 + Cl2 + Ca (HCO3) 2 → 2Fe (OH) 3 ↓ + CaCl2 + 6CO2 (0,69 мг Cl2 / мг Fe). Така реакція найбільш ефективно проходить при нейтральному рН, призводить до його зниження і закислення води внаслідок виділення вільної вуглекислоти. Реакції окислення неорганічного заліза дуже швидка, тоді як для органічних комплексів заліза реакція протікає значно повільніше.

Двовалентний марганець (Mn 2+) окислюється хлором і водним розчином хлорнуватисту кислоти до труднорастворимого діоксиду чотирьохвалентного марганцю (Mn 4+). Реакція протікає в такий спосіб: Mn 2+ + Cl2 + 4OH - → MnO2 ↓ + 2Cl - + 2H2 O (1,29 мг Cl2 / мг Mn). Реакція ефективно протікає в лужному середовищі при значенні рН від 8 до 10, гальмуючи при зниженні рН в сторону нейтрального показника. При цьому, чим вище рН, тим швидше швидкість окислення марганцю. У кислому середовищі реакція сповільнюється аж до повного припинення.

Сульфід-аніони (S 2) і сірководень H2 S часто присутні в складі підземних вод. Залежно від значення водневого показника і дози хлор окисляє ці домішки до колоїдної сірки або сірчаної кислоти (сульфатів). Реакція окислення проходить наступним чином: H2 S + Cl2 → S ↓ + 2HCl (2,1 мг Сl2 / мг H2 S). В результаті реакції утворюється колоїдна сірка, яка потребує коагуляції або фільтрації. При підвищенні дози активного хлору до 8,4 мг / мг реакція закінчується утворенням сірчаної кислоти і сульфатів: H2 S + 4Cl2 + 4Н2 Про → Н2 SО4 + 8HCl (8,4 мг Сl2 / мг H2 S). Для повного видалення сірководню зазвичай доза активного хлору повинна складати близько 5 мг / мг H2 S.

3.4 Нітрити (солі азотної кислоти)

Реакція нітритів і хлорнуватисту кислоти закінчується окисленням нітритів до нітратів (NO3 -) з закислением середовища: NO2 - + HClO → NO3 - + HCl (1,54 мг Сl 2 / мг NO2 -).

Реакція окислення хлором (хлорнуватисту кислотою) ціанідів (CN -) проходить в лужному середовищі при значеннях рН вище 8,5 і виглядає наступним чином: CN - + Cl2 + 2OH - → CNO - + 2Cl - + H2 O (2,73 мг Сl2 / мг СN -).

Загальна реакція взаємодії амонійного азоту з хлором складна і багатостадійна з утворенням моно, ді і три хлораминов при нестачі вільного хлору (продукти неповного окислення органіки хлорнуватисту кислотою) і описується в кінцевій стадії наступним чином: 2NH4 + + 3Cl2 → N2 + 6Cl - + 8H + (7,6 мг Cl2 / мг NH4 +).

Діоксид хлору - сильний окислювач кисневого типу. Ефективно окисляє сірководень і сульфіди у всіх молекулярних станах, включаючи органічні, пригнічує ріст бактерій, окисляє залізо, марганець, органіку. Окислювальна здатність діоксиду хлору перевищує молекулярний хлор. Діоксид хлору не вступає в реакцію з амонієм, але окисляє нітрит-іони в нітрат-іони. Діоксид хлору часто застосовується для усунення запахів, викликаних органічними сполуками природного походження, зокрема фенольними сполуками. На відміну від хлору, що утворює з фенолом хлорфеноли зі специфічним неприємним запахом, діоксид хлору покращує органолептичні показники води -вкус і запах, окислюючи феноли до органічних кислот. Процес обробки води діоксидом хлору не викликає появи токсичних продуктів окислення органічних речовин.

Розчинений марганець Mn 2+ окислюється діоксидом хлору до нерозчинної чотиривалентної форми діоксиду марганцю. При рН> 7 для окислення 1 мг марганцю необхідно 2,5 мг діоксиду хлору. Швидкість реакції окислення марганцю зростає зі збільшенням лужної реакції середовища.

Розчинене двовалентне залізо Fe 2+ окислюється діоксидом хлору до трехвалентной форми Fe 3+. гидролизируется в гідрооксид заліза Fe (ОH) 3. випадає в осад, що видаляється фільтруванням: ClO2 + 5Fe 2+ + 13H2 O -> 5Fe (ОH) 3 + Cl - + 11H +. Швидкість реакції окислення заліза зростає зі збільшенням лужності середовища. При рН> 5 для окислення 1 мг заліза необхідно 1,3 мг діоксиду хлору.

4.3 Сульфіди, сірководень

Джерелами сульфідів у воді є відновлювальні процеси, що протікають при бактеріальному розкладанні природних органічних речовин. Реакція окислення діоксидом хлору сульфід-аніонів проходить з утворенням колоїдної сірки в діапазоні рН 6.5-8.5: 2ClO2 + S 2 -> SO4 2- + 2Cl -. Для окислення 1 мг сірководню потрібно 5,2 мг діоксиду хлору. Колоїдна сірка вимагає подальшої коагуляції і фільтрування.

5. Гіпохлорит натрію NaClO

6. Гіпохлорит кальцію Ca (ClO) 2

Гіпохлорит кальцію містить більше активного хлору і стабільніший, ніж гіпохлорит натрію. При його розчиненні в воді додатково до хлорнуватисту кислоті утворюється гідроксид кальцію, надаючи розчину сильнолужну реакцію. Гіпохлорит кальцію використовується одночасно як сильний окислювач, дезінфектант і засіб подщелачивания води. Застосування гіпохлориту кальцію також підвищує жорсткість води, стабілізуючи карбонатную буферну ємність води і хімічну рівновагу.

7. Перманганат калію KMnO4

Перманганат калію зручний тим, що не утворює речовин з неприємним запахом, не дає побічних ефектів. Його розчини допускають тривале зберігання. Через сильний окисляє впливу він витрачається в першу чергу на взаємодію з органічними і неорганічними речовинами у воді, що заважає дезінфікуючій дії. До того ж його дезинфікуючу дію нижче, ніж у хлору і озону. Тому для дезінфекції води перманганат калію рідко застосовується самостійно. Використовується для перекладу солей двовалентного заліза і марганцю в чотирьохвалентний стан, в якому вони легко гідролізуються. До недоліків перманганату калію слід віднести його високу вартість, дефіцитність і небезпека передозування, оскільки марганець в питній воді нормується на рівні 0,05 мг / л.