• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Водопідготування

Технічна вода.

Воду, яку використовують промислові підприємства, називаютьтехнічною. Її застосовують головним чином в якості охолоджувального елемента, транспортуючого середовища для сипучих матеріалів (наприклад, гідротранспорт подрібненої мінеральної сировини, золи на теплових електростанціях), розчинника і ін. У цілому по всіх галузях промисловості 70-75% від загальних витрат води застосовують як охолоджувальний агент по циркулярній схемі. У цьому випадку вода лише нагрівається і практично не забруднюється. Головні джерела забруднення води, яка використовується для охолодження у системах циркуляційного водопостачання, - вода, яка прибавляється у системи для поповнення неминучих втрат, і атмосферне повітря, з якого в охолоджувачах води вимикаються суспензовані речовини і гази, розчинні у воді.

Основними іонами, які можуть приводити до відкладань мінеральних солей у системах циркуляційного водопостачання, є аніони HCO₃^-, CO₃^2-, OH^-, SO₄^2-, PO₄^3-, SiO₃^2- , а також катіони Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Zn²⁺. Найчастіше зустрічається у сольових відкладах такий компонент як СаСО₃. Попередити відкладання карбонатів можна підкисленням води H₂SO₄ або HCl, її рекарбонізацією (зазвичай обробка топочними газами, які містять вуглекислий газ), дією поліфосфатів (NaPO₃)₆ Na₅P₃O₁₀, органічних фосфатів і ін. Для попередження (зменшення) корозії труб і теплообмінного обладнання у воду прибавляють інгібітори корозії: поліфосфати, інгібітори на основі хромато-цинкових сумішей і інші. Для попередження обростання обладнання бактеріями воду в основному хлорують (вміст хлору до 5 мг/л), а деколи озонують.

Водопідготування — це комплекс технологічних процесів обробки і очищення води для приведення її якості у відповідність до вимог споживачів. Під час водопідготовки з води можуть видалятись Mn, F, синтетичні миючі і фарбувальні речовини, пестициди і ін. Водопідготовку проводять на спеціальних станціях, продуктивність яких може складати від декількох м³/доб до млн. м³/доб.

Процес водопідготовки включає ряд послідовних операцій, які тут наведені.

Освітлення полягає у видаленні з води поверхневих (відкритих) джерел крупнодисперсних і колоїдних мінеральних і органічних речовин, які обумовлюють кольоровість води. Для їх видалення воду обробляють коагулянтами — Al₂(SO₄)₃·nH₂O, FeSO₄·mH₂O, FeCl₃·xH₂O і флокулянтами — поліакріламідом, активною H₂SiO₃ і ін. Потім воду відстоюють і фільтрують.

Знезаражування води виконується для знищення хвороботворних мікроорганізмів і вірусів, які викликають непридатність води для господарсько-питних потреб. Присутність у воді деяких видів мікроорганізмів (наприклад, ниткоподібних, зооглейних, сульфатвідновлювальних бактерій і залізобактерій) викликає біологічне обростання, а деколи і руйнування трубопроводів і обладнання.

Найпоширеніше знезаражування води здійснюється рідким або газуватим хлором, гіпохлоритами металів — NaClO і Ca(ClO)₂ і ClO₂.

Для цієї ж мети використовують озон, ультрафіолетове опромінення, фторування за допомогою натрій фториду.

Стабілізація води полягає в тому, щоб забезпечити такий її хімічний склад, при якому вона не виділяє і не розчиняє відклади СаСО₃.

Показником стабільності служить індекс насичення (І) води карбонатом кальцію, який розраховують за даними про рН і температуру оброблюваної води, а також концентрації катіонів Са²⁺, загальних лужності і солевмісності. Виходячи з цих даних, знаходять рН_s, який відповідає насиченню води карбонатом. На основі рН_s і виміряного значення рН вираховують І = рН-рН_s. Вода вважається стабільною, якщо І = 0; при І<0 вода викликає корозію сталі, чавуну і інших матеріалів. При І>0 може виділятися СаСО₃ з утворенням протикорозійної плівки на стінках трубопроводів і обладнання. Це пов'язано з наявністю у воді СО₂: при його надлишку відбувається корозія, при нестачі — пересичення води СаСО₃ , що і призводить до утворення накипу.

Для зв'язування СО₂ в Са(НСО₃) або NaHCO₃ воду обробляють Са(ОН)₂, Na₂СO₃ або іншими лужними реагентами. Багато природних і промислових вод, які йдуть на охолодження, перенасичені CaCO₃ і Mg(OH)₂. При використанні води як охолоджувального агента вона нагрівається і випадання CaCO₃ ; крім цього осаджуються Mg(OH)2 і деякі солі. Для усунення відкладів воду підкислюють H₂SO₄ або HСl, обробляють CO₂ (за звичай топочними газами), фосфатують і стабілізують іншими реагентами.

Пом'якшення води зводиться до видалення з неї катіонів Са²⁺ і Mg²⁺, які викликають твердість води. Твердість води — це сукупність її властивостей, які викликані розчинними сполуками Кальцію і Магнію. Твердість води відображає вміст у ній Кальцію і Магнію у мекв/дм³:

Т = ((m,мг Mg²⁺)/(E(Mg²⁺)·V,дм³)) + ((m,мг Ca²⁺)/(E(Ca²⁺)·V,дм³)), де Т — твердість, m — наважка у мг, Е - еквівалент, V — об'єм води.

Розрізняють постійну (некарбрнатну) і тимчасову (карбонатну) твердості води. Тимчасова твердість води обумовлена гідрогенкарбонатами магнію і кальцію, а постійна іншими сполуками Магнію і Кальцію (у тому числі хлоридами, сульфатами). При кип'ятінні води солі, що викликають тимчасову твердість руйнуються, а продукти розкладу випадають в осад; речовини, які викликають постійну твердість при кипінні води не руйнуються, а тому осад не утворюють.

Тверда вода викликає певні труднощі і ускладнення при її використанні у різних технологічних процесах; якість харчових продуктів, особливо напоїв, така вода може значно погіршувати. Через це воду необхідно пом'якшувати. Це здійснюється шляхом прибавляння до води розрахованих кількостей вапна і промислової соди, пропусканням води через колону, наповнену катіонітом. Воду можна очищати шляхом опріснення і обезсолювання.

Видалення солей із води до межі, близької до вмісту їх у дистильованій воді (долі або декілька мг/л), називається обезсолюванням. А видалення солей до концентрацій, які допускаються при застосуванні води для пиття (до 1 г/л), - опрісненням.

Обезсолювання і опріснення води іонним обміном досягається шляхом послідовного фільтрування води через зернисті шари Н⁺ - катіоніта і ОН^- - аніоніта.

Обезсолювання води можна здійснити електродіалізом і зворотнім осмосом, які не потребують застосування хімічних реагентів і характеризуються суттєво меншими енергетичними затратами у порівнянні з дистиляцією.

Діаліз — це видалення за допомогою мембран низькомолекулярних сполук з колоїдних розчинів і розчинів високомолекулярних сполук.

Електродіаліз використовують для збільшення швидкості діалізу низькомолекулярних електролітів. З цією метою в діалізаторі створюють постійне електричне поле з падінням потенціалу 20 — 250 В/см і вище. Електродіаліз дозволяє прискорити очищення води у декілька десятків разів у порівнянні з діалізом. Витрата електроенергії на 1м3 води, обезсоленої електродіалізом складає 6 — 30 кВт·г/м³. Електролізом воду можна обезсолити на 90%.

Очищення води зворотним осмосом. Осмосом називають переважно одностороннє проникнення молекул розчинника (дифузію) через напівпроникнену мембрану із розчинника у розчин або з розчину з меншою концентрацією у розчин з більшою концентрацією.

Якщо змінювати напрям руху молекул води у процесі осмосу за рахунок створення тиску з боку розчину з вищою концентрацією солей (причому прикладений тиск повинен бути вищим осмотичного), то досягають процесу здійснення зворотного осмосу. Рух молекул води при цьому відбувається із розчину з вищою концентрацією солей у сторону розчину з нижчим вмістом солей. Відбувається процес протискування води через напівпроникну мембрану з метою одержання обезсоленої води. Зворотно осмотичні мембрани мають тонкий гомогенний шар без пор. Ступінь розділення на мембрані дуже високий і токсичний. Лише сліди деяких солей можуть проходити через структуру мембран. Бактерії і в тому числі віруси мембрана не пропускає. Саме тому за допомогою зворотного осмосу можна одержати високоочищену питну воду або ж у залежності від співвідношення відбору фільтрату, надчисту воду для медичних цілей. Така вода добре зарекомендувала себе у промисловості харчових продуктів, особливо алкогольних напоїв. Відбір чистої води при її очищенні цим методом складає від 40 до 75%. За допомогою установок зворотного осмосу, наприклад, фірми РОХЕМ РО — Васербехандлунг ГмбХ (м. Гамбург) можна одержати від 500 до 2 000 000 літрів на добу екологічно чистої води. Всі ці установки випускаються у модульному виконанні. Зворотним осмосом воду можна обезсолити на 98 % і більше.

6.3. Інші процеси водоочищення.

Крім зазначених операцій очищення з води водаляють сполуки Феруму, Силіцію, здійснюють дегазацію води.

Видалення сполук Феруму. У підземних водах Ферум за звичай знаходиться у вигляді Fe(HCO₃)₂, у поверхневих водах — у вигляді тонкодисперсної суспензії гідроксиду або входить до складу комплексних органічних речовин. Підземні води очищають від Феруму спрощеною аерацією (вільне падіння води з висоти 0,4 — 0,6м) з наступним фільтруванням через шар зернистого матеріалу. Метод використовують при загальному вмісті Феруму до 10 мг/л (у тому числі Fe²⁺ не менше 70%); H₂S — до 0,5 мг/л; рН не менше 6,8. В інших випадках застосовують спеціальні методи.

Аерація, яка суміщається з підлуженням води Са(ОН)₂ або Na₂CO₃ і фільтруванням, є універсальний метод, якмй дозволяє видалити Ферум в усіх його формах з підземних і поверхневих вод.

Обезкремнювання води (у природній воді вміст H₂SіO₃ і її солей зазвичай коливається від 1 до 50-60 мг/л) необхідне для усунення утворення накипу. Високі концентрації H₂SіO₃ і її солей внаслідок утворення накипу недопустимі у воді, яка використовується для постачання парових котлів високого тиску, а також у деяких виробництвах ((наприклад, харчових продуктів, медичних препаратів, целюлози, напівпровідників, електрохімічних виробництвах).

Для обезкремнювання води використовують солі Fe³⁺ , або Al³⁺, або Mg(OH)₂, обпалений доломіт, а також метод іонного обміну.

Дегазація води проводиться для видалення з неї розчинених газів (О₂, СО₂, H₂S), які підвищують її корозійність і надають неприємного присмаку і запаху (H₂S, СН₄). На теплових електростанціях процес дегазації здійснюють головним чином через воду пари. При цьому в результаті нагрівання її до температури кипіння при атмосферному тиску або в вакуумі розчинність газів знижується до нуля. Аерацію води шляхом її розбризкування використовують в основному для очищення води від H₂S і СО₂ (О₂ цим способом не видаляється), як самостійний цей спосіб застосовують при малих значеннях концентрацій H₂S і при рН <5. Використовують для дегазації (переважно для видалення О₂) також деякі відновники — SO₂, Na₂SO₃, Na₂S₂O₃, гідразин. Очищенням води у біохімічних реакторах з наступним фільтруванням через шар зернистого матеріалу можна практично повністю усунути H₂S, гідрогенсульфіди і сіркові сполуки.

Очищення води в домашніх умовах. Для додаткового очищення водопровідної або іншого походження води в домашніх умовах зараз все ширше використовують спеціальні фільтри, які наповнені вугільним або оксидним адсорбентом. Недолік цих фільтрів полягає в тому, що споживач води часто не знає, коли їх очисна здатність втрачається і коли саме потрібно зробити заміну забрудненого фільтра. Крім цього , дуже глибоке очищення води позбавляє споживача важливих іонів, які в оптимальних кількостях повинні бути у воді, наприклад, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, Cl^-, F^- і інші.

Водні ресурси річок України оцінюються такими показниками.

Площа, тис. км² — 603,7; населення, млн. Чоловік — 48 млн. 457 тис. (дані перепису 2001р.); середній річний об'єм , км3 : місцевого стоку — 49,9б притоку — 159,0б загального стоку — 209,0; водозабезпечення загальним стоком, тис. км³ : 1 км² території — 0,34, на одного жителя — 4,42. Ці цифри означають, що Україна за водозабезпеченням має один з найнижчих показників серед країн, які утворились на території колишнього Радянського Союзу. А проблема водозабезпечення жителів України чистою водою є надзвичайно важливою.

Проблеми водоочищення розглянуті також у частині ІІІ даного видання “Актуальні проблеми екології та екохімії” (розділ 4 - “Водоочищення”)

7. Особливі властивості води.

Вже саме перебування води у природі у трьох агрегатних станах — газуватому (пара), рідкому і твердому (лід) виділяє її як особливу речовину. Хоч молекула води досить проста за хімічним складом, але будова рідкої і твердої води має свої особливості. У рідкому стані вода існує у вигляді асоціатів, де переважають димери. Якщо воду нагрівати, то кількість асоційованих молекул зменшується, а при охолодженні збільшується. Якщо воду, наприклад, налити у звичайну миску і поставити її у холодильник при температурі менше 0⁰С, то через деякий час вона почне кристалізуватись біля стінок посудини, а вода з домішками буде збиратись у середині частині налитого об'єму води. Якщо цю воду з “серцевини” посудини злити, а лід на стінках миски розтопити, то можна одержати чисту воду, збагачену асоціатами у домашніх умовах. Така вода корисна для приготування різноманітних відварів, лікарських трав. Вона містить менше різних шкідливих домішок (у тому числі і важкої води), ніж водопровідна. Численними дослідженнями встановлено, що короткочасний вплив магнітного поля на воду надає їй особливих властивостей. У такій воді зростає швидкість багатьох хімічних реакцій, полегшується кристалізація розчинених у воді речовин, краще злипаються дрібні частки домішок, інтенсифікуються процеси утворення осадів. Хоч природа наслідків дії магнітного поля на воду остаточно не з'ясована, але на підставі багатьох досліджень можна припустити, що магнітне поле діє безпосередньо на гідратну оболонку іонів і асоціатів, які є у воді.

Є дані, що полив магнітною водою підвищує урожай культур, така вода має бактерицидну дію і навіть сприяє видаленню ниркових каменів.

Для технології магнітна вода корисна тим, що з такої води майже не утворюється накип на стінках апаратів, труб і котлів. Саме тому магнітна вода найбільше підходить для створення різних замкнених технологічних циклів. З успіхом використовується магнітна вода у флотаційних процесах переробки мінеральної сировини.

Якщо обезсолену воду нагріти при великому тиску до високої температури, то після охолодження така вода стає набагато активнішою. Це явище дістало назву температурної активації води. Активована вода має питому електропровідність у 10-20 вищу, ніж звичайна, розчинність карбонатів, сульфатів і силікатів у такій воді значно збільшена.

Вода дуже чутлива до різних домішок хімічних речовин. Якщо до води, наприклад, прибавити дуже мало (значно менше 1%) поліетиленоксид, або поліокс (-СН₂ - О - СН₂ -)_n, то вода різко зменшує свою в'язкість, а за рахунок цього швидкість її течії різко зростає, така вода у 2,5 рази швидше наповнює резервуари, ніж звичайна.

При введенні у воду малих кількостей деяких силікатних сполук вода може стати сухою або набути еластичних властивостей, які властивості гумі.

Особливі властивості воді надають також мікродомішки неорганічних іонів, особливо малі кількості Аргентуму.

Бактерицидна дія іонів Аргентуму у воді настільки сильна, що перевищує дію багатьох широко відомих антибіотиків, наприклад, пеніцилину або біоміцину. Якщо в 1 л води міститься всього 1 мг Аргентуму, то у ній гинуть віруси грипу, концентрації Аргентуму 0,1-0,4 мг/л знищують збудників багатьох видів, які викликають епідемічні хвороби, що поширюються через воду. Існують спеціальні прилади-іонатори, які сприяють переведенню срібла в сполуки Аргентуму і наступній їх розчинності у воді. Необхідна концентрація Аргентуму у питній воді становить 0,05 — 0,5 мг/л. Якщо срібну питну воду вживають систематично то рекомендована доза Аргентуму не повинна перевищувати 0,05 мг/л.

Щодо проблеми очищення води і покращення екологічного стану водного середовища в Україні, тор найбільший внесок тут, без сумніву, зробили співробітники Інституту колоїдної хімії і хімії води НАН України.

8. Ще одна маловідома функція води.

Якщо звернутись до біблії, то у книзі Буття сказано: “І сказав Бог: нехай буде твердь серед води, і нехай відділяє вона воду від води. І створив Бог твердь; і відділив воду, яка під твердю, від води, яка над твердю. І стало так”. Тут під “твердю” розуміється атмосферний шар, який оточував Землю. “Вода, яка над твердю” - це був щільний сферичний шар водяної пари, який оточував Землю! Цей шар водяної пари служив захисним водним екраном Землі і забезпечував на ній субтропічний парниковий ефект.

Така обставина приводила до того, що у давні часи клімат Землі дуже помітно відрізняється від того, який існує у наші дні.

Довгохвильове випромінювання сонячного світла проходило через захисний шар водяної пари, розсіюючись і поширюючись у різних напрямах. Тому світло досягло всіх широт з однаковою інтенсивністю. Тепло світло досягало всіх широт з однаковою інтенсивністю. Тепло, яке випромінювалось поверхні Землі у вигляді короткохвилоьового випромінювання, затримувалось усередині водяної оболонки. Це створювало середовище з парниковим ефектом на усій поверхні земної кулі. Наслідком цього був однаковий стабільний клімат від полюса до полюса, який був субтропічним. Вологість на Землі була дуже високою, але дощі на Землю не випадали. За Біблією дощу не було аж до самого всесвітнього потопу. Шар води, який оточував Землю, міг фільтрувати шкідливе космічне випромінювання, поглинаючи короткохвильлове випромінювання, наприклад ультрафіолетові промені. Тобто функція водяного шару тоді була такою, яка властива озоновому шару тепер.

Короткохвильове випромінювання надзвичайно небезпечне для життя, бо викликає дегенеративні генетичні зміни у хромосомах клітин і прискорює процес старіння організму. Саме існування водного екрану пояснюють той факт , що у допотопні часи рослини і тварини були набагато більші, здоровіші, сильніші і жили довше. Про величезні розміри тварин і рослин і субтропічний клімат допотопних часів свідчать численні розкопки у заполярних зонах північної і південної півкуль Землі. Мохоподібні рослини досягали 12 м у висоту, папоротники — 16 м, птахи виростали до 3 м, ріст гігантрських носорогів перевищував 6 м.

Середній вік людини, яка жила до всесвітнього потопу, був приблизно 900 років. Після потопу цей показник становив 175 років. Водна екранна модель захисту Землі пояснює, чому після потопу люди стали жити менше. Коли під час потопу водна оболонка зруйнувалась (лавина води під час потопу випадала протягом 40 днів і ночей), то на Землю полинув надмірний (у порівнянні з допотопним періодом) потік небезпечного короткохвильового випромінювання сонця.

З часом короткохвильове випромінювання продовжувало викликати певні зміни у генетичних кодах живих істот.

Ці зміни переходили до наступних поколінь. Процес старіння організму прискорювався. Внаслідок цього тривалість життя людини різко скоротилась і в наш час складає у середньому від 70 до 80 років.

Таким чином Біблія дає пояснення причин різної тривалості життя на Землі у певні періоди її існування.

На наш погляд, така функція води у допотопний період цілком має право для осмислення, поскільки є досить переконливою.

Переглядів: 1008