Специальные методы.
Обезжелезивание.
Повышенное количество железа встречается, как правило, в глубоких подземных водах и реже в поверхностных и грунтовых водах.
Повышенное содержание железа в воде не угрожает вредными последствиями для здоровья, но железо придает воде специфический (чернильный, металлический) привкус, делает ее мутной и цветной, оставляет ржавые пятна на белье. Кроме того, выпадение железа в осадок уменьшает, а размножение железобактерий может и полностью закрыть просвет в трубах небольшого диаметра.
Обезжелезивание подземных вод проводится безреагентными аэрационными методами. В основе методов лежит предварительная аэрация воды с целью удаления свободной углекислоты и сероводорода, повышения рН, обогащения кислородом воздуха, последующего образования гидроксида железа и удаления из воды осаждением или фильтрованием.
В подземной воде железо большей частью содержится в виде двууглекислых солей Fe(НСОз)2. Это — нестойкое соединение, легко гидролизуется:
Fe(HCO3)2+2Н2О→Fe(OH)2+2Н2СО,
Н2СО3 → Н2О + СО2.
Гидрат закиси железа Fe(OH)2 остается в растворе, а при соприкосновении на поверхности с воздухом обогащается кислородом, окисляется и переходит в нерастворимый гидрат окиси — Fe(ОН)3, выпадающий в осадок:
4 Fe(OH)2 + 2 Н2О + О2→ 4 Fe(OH)3
↓
Искусственная аэрация усиливает этот процесс, и реакция идет тем успешнее, чем выше рН воды. Аэрация производится в брызгальном бассейне на градирне или компрессором; после образования хлопьев гидрата окиси железа воду освобождают от них в отстойниках и на скорых фильтрах. Обезжелезивание поверхностных вод проводится реагентными методами. В качестве реагентов выступают сульфат алюминия, известь и хлор.
Умячение.
Умягчение – снижение природной жесткости воды.
Проводится разными способами, но принципиальная сторона умягчения воды одна: удаление катионов кальция (Са2+) и магния (Mg2+).
Методы умягчения делятся на: а) реагентные, б) ионного обмена или катионитовые, в) нагревания.
а) из реагентных методов наиболее распространен известково-содовый.
Известь, внесенная в воду в большем количестве, чем нужно для связывания углекислоты, вступает в реакцию с бикарбонатными солями кальция и переводит их в карбонатные соли, выпадающие в осадок:
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О.
Остается сульфатная жесткость, для устранения которой вводится раствор соды.
CaSO4 + NasCO3 = Na2SO4 + CaCO3.
Переход в нерастворимое состояние солей магния происходит при взаимодействии с известью и при высокой щелочности — рН 10,2-10,3.
Надо иметь в виду, что такое реагентное умягчение связано с образованием обильного осадка, который нельзя сбрасывать в водоем. С этим приходится считаться при умягчении технической воды.
б) катионитное умягчение основано на свойстве некоторых нерастворимых веществ обменивать ионы натрия, водорода и другие на ионы кальция, магния, извлекая их из воды и тем самым, умягчая ее. Процесс этот происходит при фильтрации воды через катиониты на так называемых ионообменных фильтрах.
В качестве катионов используются ионообменные смолы. Их преимущество: стойкость, высокие пористость и площадь соприкосновения с водой и ионообменная способность. Для обработки используют катионнообменные смолы – эспатит-4, СБС и анионообменные — ЭДЭ-1О.
в) умягчение путем нагревания (кипячения) основано на переходе двууглекислых растворимых солей кальция в нерастворимые углекислые и солей магния — в гидрат окиси магния:
Са(НСО3)2 = СаСО3 + CO2 + Н2О
Mg(НСО3)2 = MgСО3+ CO2 + Н2О
MgСО3+ Н2О = Mg (ОН)2 + CO2
Этим путем можно избавиться только от устранимой (бикарбонатной) жесткости.
Опреснение, обессоливание.
Под опреснением понимается снижение содержания солей в воде до степени, отвечающей качеству питьевой воды, т. е. 1000 мг/л. Обессоливание — полное или почти полное удаление из воды растворенных в ней солей.
Наиболее распространенными способами опреснения являются дистилляция, ионный обмен, электродиализ и гиперфильтрация.
Метод дистилляции основан на выпаривании воды с последующей конденсацией. Недостатками метода являются плохие органолептические свойства воды вследствие поступления в нее продуктов термического разложения органических веществ и низкая минерализация.
Ионообменный метод – воду пропускают через катионитовые и анионитовые фильтры, в результате происходит обмен ионов и удаляются растворенные соли.
Метод электродиализа основан на том, что при пропускании постоянного тока через слой воды анионы растворенные в воде солей движутся к аноду, а катионы — к катоду. Вода помещается в трехкамерный сосуд или резервуар, средняя камера отделена от соседних пористыми перегородками (диафрагмы), а в крайние камеры опущены электроды. При пропуске тока ионы соли (например, NaCl) из средней камеры, где находится обессоливаемая вода, переходят в крайние (анионы С1- в камеру с анодом, а катионы Na+ в камеру с катодом).
Метод позволяет управлять процессом и остановить его при достижении заданного результата.
Гиперфильтрацией называют процесс фильтрования воды через полупроницаемые мембраны, задерживающие гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений.
Обесфторивание и фторирование.
На практике с богатой фтором водой приходится встречаться только при водоснабжении из подземных источников. Для дефторирования используют реагентные (методы осаждения) и фильтрационные. Реагентные методы основаны на сорбции фтора свежеосажденными гидроокисями алюминия и или магния. Этот метод рекомендуется при обработке поверхностных вод, когда, кроме дефторирования, требуется еще осветление и обесцвечивание. Более практично и достаточно эффективно фильтрование через активированную окись алюминия (AI2O3), обладающую по отношению к фтору сорбционной способностью. Высота фильтра, загруженного сорбентом, 2 м, скорость фильтрации — 5 м/ч.
Фторирование воды является эффективным средством снижения заболеваемости кариесом зубов. Для фторирования воды применяют фторид натрия, кремнефтористую кислоту и ее натриевую соль, фторид-бифторид аммония, добавляемые к воде дозирующими устройствами. К реагентам предъявляются следующие требования: высокое противокариозное действие при меньшей потенциальной токсичности, отсутствие ядовитых примесей (мышьяк, соли тяжелых металлов), хорошая растворимость в воде, безопасность для персонала (малое пыление), возможно низкая коррозионная активность. Фторирование лучше проводить после фильтров, перед резервуарами чистой воды. Необходим тщательный лабораторный контроль, чтобы не завысить содержание фтора выше нормы СаНПиН для данного климатического района. Контроль за содержанием фтор-иона должен быть автоматизирован.