Химия очистки воды, химические реагенты и реакции: Окисление, ионный обмен, нейтрализация.

1. Реакции окисления

2. Реакции ионного обмена

3. Реакции нейтрализации

1. Реакции окисления

Такие примеси, как органические вещества, ионы металлов в низших степенях окисления, а также бактерии, легко удаляются (обезвреживаются) химическими методами очистки воды. Рассмотрим наиболее часто применяемые реагенты, их достоинства и недостатки, а также характерные химические реакции в процессах очистки воды.

Хлор, Cl2

Хлорирование является наиболее распространенным методом окисления и обеззараживания (дезинфекции) воды. В процессе хлорирования вода практически полностью освобождается от железа, под воздействием хлора легко разрушаются и гуматы, и лигно-гуминовые вещества, и другие органические соединения железа (Fe2+), переводя последнее в легкогидролизуемые соли трехвалентного железа, которые быстро выпадают в осадок.

4 Fe(HCO3)2 + Cl2 + 4H2O = 4 Fe(OH)3 (осадок) + 8 CO2 (газ) + 4 HCl

Хлор также легко окисляет марганец (Mn2+), различного вида органические соединения, сероводород. Основной недостаток данного метода – сложность транспортирования и хранения больших объемов жидкого и высокотоксичного хлора. Поэтому в качестве альтернативы чистому хлору используют водные растворы гипохлоритов, и чаще всего для окисления и обеззараживания воды применяют гипохлорит натрия.

Гипохлорит натрия, NaOCl

Гипохлорит натрия позволяет осуществлять безопасное хлорирование очищаемой воды, поэтому гипохлорит натрия можно назвать "мягким" хлорирующим агентом. Обычно, гипохлорит натрия получают в виде концентрированного раствора пропусканием хлора через водный раствор гидроокиси натрия. Другим способом является электрохимический способ получения NaOCl . Как и чистый хлор, гипохлорит переводит железо (Fe2+) в железо (Fe3+ ):

2 Fe(HCO3)2 + NaOCl + H2O = 2 Fe(OH)3 (осадок) + 4 CO2 (газ) + NaCl

Гипохлорит натрия также окисляет марганец (Mn2+), органику, сероводород и обеззараживает воду. Удобен в применении как в промышленных масштабах, так и для установок водоочистки индивидуального пользования.

Кислород воздуха, О2

Самый распространенный и доступный реагент для окисления, однако он имеет недостаточную химическую активность при нормальных условиях, поэтому ограниченно используется в водоочистке. Но есть примеси, удаление которых сравнительно легко окислителяется кислородом – это железо (Fe2+) и марганец (Mn2+).

Взаимодействие этих примесей в низших степенях окисления с кислородом воздуха переводит их в окисленную форму, которая легко (особенно в присутствии каталитических систем) взаимодействует с водой (гидролизуется) и переходит в малорастворимые соединения, которые выпадают в осадок. Частички осадка укрупняются и накапливаются на поверхности частиц засыпного материала в фильтрах обезжелезивателях, а затем легко удаляются простой обратной промывкой фильтра.

Озон, О3

Озон близок к кислороду, но гораздо более химически активен и при этом не привносит в воду посторонние химические вещества. Использование озона позволяет наряду с обеззараживанием достигнуть обесцвечивания воды, окисления железа и марганца, устранить посторонние привкусы и запахи воды. Стоит отметить очень высокую скорость реакции, даже по сравнению с таким окислителем, как хлор, и возможность получение озона на месте использования.

Основной недостаток – большой удельный расход электроэнергии, потребляемый озонаторами, а также сложность и достаточно высокая стоимость оборудования.

Перманганат калия (марганцовокислый калий, марганцовка), KMnO4

Перманганат калия (всем известная аптечная марганцовка) широко используется в водоподготовке как окислитель железа и марганца. Дозируется либо путем введения в трубопровод, подводящий исходную воду в фильтр обезжелезиватель, либо подачей раствора перманганата на стадии регенерации загрузки в фильтрах -обезжелезивателях.

Однако, слив воды при регенерации фильтров в локальные станции биологической очистки сточных вод недопустим, так как может привести к гибели бактерий, перерабатывающих канализационные стоки.Марганцовокислый калий иногда применяется в сочетании с гипохлоритом натрия.

К недостаткам перманганата калия следует отнести то, что он является достаточно дорогим реагентом, а кроме того существует опасность его передозировки, поэтому не исключена возможность вторичного загрязнения воды опасными для здоровья человека соединениями марганца.

2. Реакции ионного обмена

Ионный обмен используется для замещения ионов вредных примесей воды на безвредные. Различают анионообменный и катионообменный способы очистки воды. Наиболее часто катионный обмен применяют для снижение жесткости воды, а анионный обмен - для улавливания анионов слабых органических кислот (органики - продуктов естественной трансформации в земной коре древесины и растительных остатков). Реагентами в процессах ионного обмена являются специальные материалы - ионообменные смолы.

После насыщения ионообменных смол ионами вредных примесей требуется проводить их регенерацию растворами реагентов. В процессах водоподготовки для регенерации ионообменных смол чаще всего используется раствор пищевой соли. При этом происходит обратный процесс ионного обмена: ионы вредных примесей замещаются ионами Na+ - при катионном обмене и ионами Cl- - при анионном обмене. Фильтры ионного обмена легко масштабируются, поэтому производительность этого метода практически не ограничена.

Более подробно об ионитах читайте на страничке ионообменные смолы.

3. Реакции нейтрализации

Реакция нейтрализации с применением подщелачивающих либо подкисляющих веществ также используется для очистки воды. В качестве подщелачивающих веществ чаще всего используют разбавленный раствор каустической соды (едкого натра) NaOH или пищевой соды (бикарбоната натрия) Na2HCO3.

В качестве подкисляющих веществ обычно применяют растворы слабых органических кислот, например, лимонной кислоты или разбавленный раствор минеральной кислоты, например, серной. Как правило, этим методом корректируют кислотно-щелочной баланс, нарушения которого, например, возникают в процессе очистки воды от тяжелых металлов.

 

Как заказать и купить фильтр для очистки воды