9.5: Озеленення води - очищення перед використанням

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18954

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

З повітря річка Сан-Маркос/Казонес поблизу міста Поса-Ріка, Мексика, має гарний зелений колір. Але вода цієї річки - це не те, що зазвичай вибирається як джерело води (хоча за необхідністю вона так використовується), причина в тому, що її зовнішній вигляд позначає серйозну проблему забруднення, оскільки її зелений колір вказує на надмірний ріст рослин і водоростей (евтрофікація) у річці, що живляться необробленими стічні та інші відходи, що скидаються в неї. У цьому розділі обговорюється збереження води зеленою, не за кольором, а з точки зору якості води.

Для більшості застосувань вода вимагає лікування. Процеси, що використовуються для очищення води, як правило, схожі для муніципального, комерційного або промислового використання. У цьому розділі розглядаються основні процеси очищення, що застосовуються до водопостачання.

Муніципальна вода

Перші кроки в очищенні води, як правило, фізичні, продуваючи через неї повітря (аерація) і осідання, щоб тверді речовини осідали з води. Ще однією перевагою аерації води є окислення розчинного Fe ² ⁺, дуже небажаного забруднювача, що викликає фарбування сантехніки та одягу, до твердого Fe (OH) ₃, який осідає з води. Перевага утворення цього желатинового твердого речовини полягає в тому, що він діє як коагулянт, який зв'язується з колоїдними домішками, захопленими у воді, і змушує їх осідати. Іншим фізичним процесом, якому зазвичай піддається муніципальна вода, є фільтрація для фільтрації твердих речовин. Фільтрація, як правило, над піщаними фільтрами, але активоване вугілля, форма вуглецю, обробленого при високих температурах парою або вуглекислим газом для створення пір і надання йому величезної площі внутрішньої поверхні, може бути використаний в якості фільтруючого середовища для видалення органічних речовин.

Деякі джерела води мають занадто багато розчиненого Ca ²⁺ (жорсткість води), який утворює опади з милом і відкладає твердий CaCo ₃ в трубах. У нормі розчинений кальцій присутній у вигляді бікарбонату кальцію, в якому аніон присутній з Са ² ⁺ є бікарбонатом, HCO ₃ ^-. Цікаво, що метод видалення цього кальцію полягає в додаванні більшої кількості кальцію у вигляді вапна, Ca (OH) ₂, основної речовини, яка перетворює HCO ₃ ^- в CO ₃ ^2- і видаляє розчинений кальцій як твердий CaCo ₃ відповідно до наступного реакція:

\[\ce{Ca^{2+} (aq) + 2HCO_{3}^{-} (aq) + Ca^{2+} (aq) + 2OH^{-} (aq) \rightarrow 2CaCO3 (s) + 2H2O}\]

Останнім етапом очищення води є дезінфекція, як правило, додаванням елементарного хлорного газу, який реагує з водою,

\[\ce{Cl2 + H2O \rightarrow HOCl + H^{+} + Cl-}\]

виробляти дезінфікуючий засіб HoCl, який вбиває віруси та бактерії у воді. Гіпохлоритні солі HoCl, включаючи NaOCl і Ca (OCl) ₂, також можуть виступати в якості дезінфікуючих засобів. Хлор та гіпохлорити можуть реагувати з низькими концентраціями доданого аміаку для отримання хлорамінів, таких як NH ₂ Cl, які залишаються в системі розподілу води та підтримують залишкову дезінфекцію У присутності залишкових органічних речовин, таких як гумінові речовини, може утворюватися елементарний хлор потенційно токсичний хлороформ, HcCl ₃ та клас споріднених речовин, які зазвичай називають сполуками тригалометану. Щоб ці сполуки не утворилися, поширеною практикою є застосування діоксиду хлору ClO ₂, який не виробляє тригалометани. Діоксид хлору занадто небезпечно реагує для переміщення і занадто нестійкий для зберігання, тому він виготовляється на місці реакцією хлориту натрію з елементарним хлором:

\[\ce{2NaClO2 (s) + Cl2 (g) \rightarrow 2ClO2 (g) + 2NaCl}\]

Тому потенційно небезпечний діоксид хлору готується лише тоді, коли це необхідно, у необхідних кількостях, де це необхідно, що відповідає найкращій практиці зеленої хімії та технології.

Зелений озон

Більш зеленою альтернативою дезінфікуючим засобам на основі хлору багато в чому є озон, О ₃. Закачується у воду, ця форма кисню вбиває патогенних мікроорганізмів, не виробляючи небажаних побічних продуктів, вироблених хлором, і насправді вона ефективніша, ніж хлор, у знищенні вірусів. Озон виробляється з кисню в повітрі високовольтним електричним розрядом через висушене повітря, як показано на малюнку 9.6. Термін служби озону у воді короткий, тому невелика кількість хлору зазвичай потрібно додавати в озоновану воду для підтримки дезінфекції в системі розподілу води.

Дезінфекція води методом озонування є практично ідеальним прикладом зеленої хімічної практики. Єдиною сировиною є універсально доступне повітря, яке є безкоштовним. Озон виробляється тільки там, де він потрібен в міру необхідності, без побічних продуктів. Озон не зберігається у воді, розкладаючись до елементарного кисню. Існує дуже мала ймовірність отримання шкідливих побічних продуктів дезінфекції озоном.

Вода для комерційного та промислового використання

Широкий діапазон якості води необхідний для води, призначеної для комерційного та промислового використання, і з економічних причин вода обробляється тільки в міру необхідності для її призначення. Вода, що використовується для охолодження, як правило, вимагає невеликої обробки, основна вимога полягає в тому, щоб вона була вологою. На іншому кінці шкали вода, що використовується в напівпровідниковій промисловості, повинна бути гіперчистою. Патогени, очевидно, повинні бути видалені для води, що використовується в харчовій промисловості, а корозійні та утворюючі накипу забруднюючі речовини повинні бути видалені з живильної води котла.

Малюнок 9.6. Система знезараження води на основі озону, що утворюється електричним розрядом через охолоджене, висушене повітря з подальшим перекачуванням озонованого повітря через воду.

Ті ж процеси очищення, описані вище для муніципальної води, застосовуються до води, призначеної для комерційного та промислового використання. Деякі інші етапи лікування, які зазвичай застосовуються до комерційного та промислового водопостачання, включають наступне:

• Додавання опадів, таких як Na ₃ PO ₄ для видалення Ca ² ⁺ та запобігання утворенню CaCo ₃

• Додавання диспергаторів для запобігання утворенню накипу

• Регулювання рН шляхом додавання кислоти або основи

• Дезінфекція для видалення хвороботворних мікроорганізмів та додавання біоцидів для запобігання розмноження мікробів

• Додавання коагулянтів з подальшою фільтрацією для видалення зважених колоїдних матеріалів

• Обробка активованим вугіллям для видалення органіки

• Деіонізація для видалення солей

• Зворотний осмос для видалення солей

З економічних та природоохоронних причин значна кількість води, що використовується для комерційного та промислового застосування, переробляється, як обговорюється в розділі 9.7. Така вода часто піддається послідовному використанню для застосувань, які вимагають послідовно нижчої якості, останнє використання перед скиданням вимагає найнижчої якості води. У деяких випадках вода, що залишає об'єкт, може застосовуватися до трави або полів для гольфу або використовувати для зрошення.