Значение воды в промышленности. Понятие и виды водопользования в рф

Вода довольно широко используется в промышленности, на ряду со всеми остальными минералами и элементами которые есть на Земле, вода потребляется больше всего. Чаще всего это касается различных промышленных комплексов, которые занимаются металлургией, химическими веществами, нефтеперерабатывающие комплексы и многие другие, они употребляют воду в 70% случаях, остальные 30% использует промышленность, которая изготавливает непосредственно продукты питание и прочее. Если брать в пример использование воды, самым простым будет металлургические цехи, в которых воду используют для промывания деталей и прочего, чаще всего воду используют чистую, которая пригодна для питья. Это столь важно, сколько и предотвращение расходов употребления питьевой воды, а особенно возвращение воды обратно в источнике. Речь идет о том, что после использование воды для промывания и прочих целей, воду возвращают в реки, озера и т.д. Однако основной проблем является то, что предприятия могут быть не обустроены качественно и полноценно, что бы возвращать в источник очищенную воду. Это приводит к загрязнению воды и продолжению использования питьевой воды в том же количестве. Если своевременно позаботится о системах очистки и водоснабжения можно будет избежать множества причин загрязнения, а также экономить воду которую используют, так как после очистки воду можно будет использовать повторно, что обеспечит своего рода круговорот воды на предприятии с меньшими затратами на получение новой.
Разновидностей очистки воды чрезвычайно много, все зависит от количества воды, которую надо очистить, от вещества от которой нужно ее очистить и прочее. Конечно, системы очистки не дешевые и многие на этом экономят, а в итоге кто-то зарабатывает деньги, а кто-то теряет здоровье после употребление не качественной воды. Всего этого можно избежать и остаться при своих интересах, если позаботится о системе водоснабжения, канализации и очистки воды.

Наиболее распространенными методами очистки являются механическая, биологическая, физико-химическая и прочие. Все методы говорят по сути сами за себя. Во время механической очистки, вода очищается от различных крупных частиц, которые могут быть в воде после использования, например, крупицы какого-либо металла или песка и прочее. Биологическая больше направлена на очистку воды от различных микроорганизмов, которые могут быть в воде после использования в промышленности. Физико-химическая очистка предназначена для очистки различных примесей и биологических органических веществ. Также довольно часто могут использовать своего рода осветлители для очистки воды.
Очень важно правильное и главное гуманное отношение к воде, так как в любом случае эту воду будут использовать для питья и приготовления пищи. Поэтому если Вы видите нарушения санитарных норм или же, как какое-то предприятие сливает сточные воды в реки и озера, удостоверьтесь, что правительство знает об этом, ведь именно Вы можете в конечном итоге пить эту воду и губить свое здоровье. Помимо промышленности, вода играет очень важную роль во всем. Например,

Вода широко используется в химической промышленности, редким исключением являются процессы, в которых не участвует вода. В одних случаях вода служит сырьем и реагентом, непосредственно участвующим в основных химических реакциях, а в других вода употребляется как растворитель, теплоноситель или охладитель, а также для других самых разнообразных физических операций.

В перспективе природная вода может использоваться как источник промышленного сырья. В воде морей и океанов содержатся почти все элементарные вещества периодической системы элементов, но в небольших количествах. Так, например, в воде содержится в виде различных солей.

Если учесть, что общая масса воды на земном шаре велика и составляет 1,4*1018 т, то содержание различных веществ в воде выражается внушительными цифрами.

Основным источником промышленного водоснабжения в нашей стране являются речные воды. Однако территориальное распределение их крайне неравномерно.

В районах с дефицитным водоснабжением уже сейчас для нормальной эксплуатации и расширения многих химических предприятий и комплексов требуется проводить весьма сложные и дорогостоящие мероприятия по регулированию и переброске стока на большие расстояния и использовать подземные воды. Все это сопряжено со значительными дополнительными материальными и денежными затратами и в связи с этим с ухудшением технико-экономических показателей производства химической продукции.

Развитие химической промышленности вызывает огромный рост потребности в воде (современные химические предприятия расходуют большое количество воды, измеряемое миллионами кубических метров в сутки).

Так, например, современный завод капронового волокна расходует столько же воды, сколько потребляет ее город с населением 120 тыс. человек. Специализированный завод пластмасс, включающий производство мономеров, по потреблению воды эквивалентен городу с населением 400 тыс. человек. Мощный современный электрохимический комбинат по производству продуктов хлор органического синтеза потребляет столько же воды, сколько город с населением 800 тыс. человек. Наряду с этим химические предприятия сбрасывают большие количества сильно загрязненных вод.

Таким образом, рациональное комплексное использование водных ресурсов в условиях быстро развивающейся химической промышленности и других отраслей народного хозяйства становится крупной технологической, технической и экономической задачей.

Технологический аспект в решении водной проблемы заключается в новом подходе к разработке технологической схемы. Рациональное водопотребление должно быть обязательным в каждом технологическом процессе. Необходимы создание процессов, требующих минимальных расходов свежей воды, разработка научно обоснованных норм ее расхода в химических производствах и совершенствование технологических процессов в направлении возможно полного использования отходов производства, что снизит потребность в очистных сооружениях. Насколько это важно, можно судить по тому, что в настоящее время затраты на строительство очистных сооружений составляют примерно 20% стоимости химических предприятий.

В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на промышленную и питьевую; в каждой из них содержание примесей регламентируется соответствующим ГОСТ.

Питьевая вода в первую очередь освобождается от бактерий; к ней предъявляются особые требования в отношении вкуса, цвета, запаха.

Промышленные воды не должны содержать примесей больше допустимой нормы, которая устанавливается в зависимости от производства, на котором используется вода. Вода для прямоточных паровых котлов не должна содержать двуокись углерода и кислород, вызывающих коррозионное разрушение труб, и может содержать не более 0,2-0,3 мг/л сухого остатка. Соли в паровых котлах, отлагаясь на внутренней поверхности труб в виде накипи, снижают теплопроводность металла; происходит перегрев труб и преждевременный их износ.

Повышенные требования в отношении чистоты предъявляются к воде в производстве полупроводников, люминофоров и некоторых других материалов.

Качество воды характеризуется следующими показателями: жесткостью, общим солесодержанием, прозрачностью, окисляемостью и реакцией воды.

Жесткость воды — различают временную, постоянную и общую жесткость. Временная (устранимая) жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция и магния. Эти соли сравнительно легко удаляются из воды при кипячении, так как при этом они переходят в нерастворимые углекислые соли и выпадают в виде плотного осадка:

(Са, Mg) (НСО3) -> (Са, Mg)C03 + Н20 + С02

Постоянная жесткость воды обусловлена присутствием в воде хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния. Эти соли при кипячении не удаляются из воды.

Сумма временной и постоянной жесткости дает общую жесткость, измеряемую в миллиграмм*эквивалентах ионов кальция или магния, содержащихся в виде солей в 1 л воды. Жесткость воды равна единице, если в 1 л ее содержится 1 мг*экв ионов кальция, что соответствует 20,04 мг кальция или 12,16 кг магния.

По жесткости (в мг*экв/л) природные воды подразделяют на очень мягкую (0-1,5), мягкую (1,5-3), среднюю (3-6), жесткую (6-10) и очень жесткую (более 10).

Прозрачность воды измеряется толщиной слоя воды, через который можно различать визуально или с помощью фотоэлемента изображение креста или определенного шрифта.

Окисляемость воды определяется числом миллиграммов перманганата калия, израсходованного при кипячении 1 л воды с избытком КМnO4 в течение 10 мин.

Реакция воды, т. е. ее кислотность или щелочность, характеризуется концентрацией водородных ионов или величиной рН. При рН = 6,5-7,5 вода считается нейтральной, при рН < 6,5 воду называют кислой, при рН > 7,5 — щелочной.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 761 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Промышленность не может существовать без воды. Она основана на «мокрых» технологиях. Вода нужна для получения пара, а также для многих процессов: для охлаждения, промывки, поддержания концентрации химических веществ в растворах и т. п. Вода используется как промышленное сырье, так как в соленых подземных, озерных и морских водах содержится вся таблица Менделеева.

Для обеспечения всех потребностей промышленности ежегодно забирается из рек, подземных вод, озер и морей 1000 км3 воды.

Примерно половина этой воды затрачивается на теплоэлектростанциях для получения пара и охлаждения, а остальная - в других отраслях промышленности.

Так, в России оборотное водоснабжение составляет 170 км3 в год, а на промышленные нужды уходит всего 70 км3. Таким образом, для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных нужд ежегодно изымается во всем мире из природных вод около 4400 км3.

Это всего 1/10 часть годового стока рек, 1/20 объема пресных вод в озерах и совсем ничтожная часть запаса пресных вод в ледниках. Казалось бы, это не может существенно влиять на водные объекты. Но в отдельных районах мира изъятие воды серьезно влияет на окружающую среду. Так, в Центральной Азии реки Амударья и Сырдарья почти полностью отдают свои воды на орошение и водоснабжение, и потому исчезает Аральское море.

В США по этой же самой причине пересохла в низовье почти полностью река Колорадо.

Чтобы использовать воду, необходимы гидротехнические сооружения. Самые распространенные из них - плотины, с помощью которых создаются искусственные проточные озера - водохранилища.

Другое наиболее известное сооружение - каналы, которые отводят воду из реки или водохранилища. XX век можно назвать веком строительства плотин, создания водохранилищ и каналов, в том числе самых крупных, которые построены в основном во второй половине XX в. Они необходимы для получения энергии, орошения, водоснабжения, защиты от наводнении и рыболовства.

Но даже каскад крупных водохранилищ на Волге не вызвал столько изменений, сколько хозяйственная деятельность на всей площади бассейна этой реки.

Самая большая экологическая катастрофа - это загрязнение природных вод

Вода в промышленности википедия
Поиск по сайту:

ВОДА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Все лицо нашей Земли, возникновение и развитие жизни, все аспекты человеческого существования тесно связаны с водой и ее особенностями.

Основные источники воды сосредоточены в Мировом океане.

Для промышленных и бытовых нужд человечества используется только пресная вода, что составляет около 3% от всех ее запасов.

В настоящее время в связи с важным развитием промышленности и сельского хозяйства мир сталкивается с серьезной проблемой, вызванной непрерывным снижением свежей пресной воды и увеличением количества бытовых и промышленных сточных вод.

Недостаток пресной воды также зависит от интенсивного развития новых отраслей промышленности, которые потребляют много воды.

Например, если 1 тонна воды потребляет 600 м3 воды, требуется 8 тонн синтетических волокон для производства 1 тонны синтетических волокон. Ежедневное потребление на душу населения в крупных городах Соединенных Штатов и Европы составляет 600-700 литров, а в развивающихся странах — 50 литров.

Большое количество воды потребляет орошаемое земледелие, энергию и т. Д.

В настоящее время рациональное использование водных ресурсов стало чрезвычайно важным. Необходимо ввести общий метод экономии воды, резко сократить выбросы сточных вод, проводя глубокую очистку, перенося ее на мальвоскоп или безводные процессы потребителей (например, E. Tek в растворителях и газовую фазу).

Кроме того, сохранение и строгое управление потоком воды за счет снижения расхода воды на испарение на юге, что предотвращает загрязнение ценных пресноводных озер (например, Байкал), также способствует эффективному использованию водных ресурсов.

Повторное и переработанное водоснабжение должно широко использоваться на предприятиях всех секторов.

В этом случае пресная вода принимается только для дополнения необратимой потери, сточных вод останавливается, а так называемая «рециклированная вода» очищается при входе в замкнутый контур.

Системы водоснабжения также могут использоваться в сельском хозяйстве. Очень перспективно использовать бытовые сточные воды для орошения сельскохозяйственных культур (на «оросительных полях»).

При регулировании водного режима рек и защиты от мелководья особенно важна роль водосберегающих лесов.

Основным источником воды в промышленности является натуральная пресная вода. По происхождению они делятся на поверхность (реки, озера), атмосферные (атмосферные осадки) и подземные (ключевые, артезианские, минералы). Все воды содержат большое количество примесей: карбонатов кальция, магния, натрия, калия, а также сульфатов, хлоридов и т. Д. Вода, содержащая менее 1 г соли на 1 кг воды, называемая свежей, более 1 г соли …

В воде растворены газы: кислород, углекислый газ СО2, а также сероводород, оксиды азота, кислородные серные соединения; в воде могут содержаться бактерии, песок, глины (алюмосиликаты, силикаты, гидратированные кремниевые кислоты).

По назначению вода обычно делится на промышленную и питьевую воду. Конечно, требования к составу воды сильно зависят от цели. Основными показателями качества воды являются жесткость, общее содержание соли, прозрачность, окислимость, вкус, запах и реакция на окружающую среду.

Для оценки питьевой воды, токсичности примесей, важного количества микробов в ней, запаха, цвета и вкуса. Для промышленной воды важными показателями являются жесткость, содержание соли, растворенные газы и механические примеси. Общее содержание соли указывает на присутствие минеральных и органических примесей в воде. Количество определяется из сухого остатка (мг), чтобы испарить 1 литр воды и высушить остаток при 110 ° C до постоянного веса.

В большинстве отраслей промышленности основным показателем качества является жесткость воды из-за присутствия кальция и магния в воде. Существует три типа жесткости воды: временная, постоянная и общая. временный (сменная жесткость) обусловлено присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эти соли можно относительно легко удалить кипячением. Непрерывная жесткость из-за присутствия в воде сульфатов, хлоридов и нитратов, кальция и магния, которые не удаляются во время ферментации.

Время и постоянная жесткость суммы дают общая жесткость.

Пластыри, карбонаты кальция и магния из диоксида кремния, присутствующего в воде и механических примесях, а также различные соли, нанесли внутреннюю поверхность трубы котла и образуют пенопласт. Это вызывает нагрев и преждевременный износ оборудования, а теплопроводность уменьшается.

Максимально допустимая концентрация растворенных солей определяется стандартом, в зависимости от производства, на котором используется вода. Согласно классификации, в зависимости от содержания ионов кальция и магния, естественная вода делится на пять классов: очень мягкая, мягкая, умеренно твердая, сложная, очень сложная.

Количество растворенных газов в воде также влияет на качество воды, поскольку двуокись углерода, кислород, диоксид серы и другие вызывают значительную коррозию трубы.

Окисляемость воды из-за присутствия органических примесей в воде и определенных количествах перманганата калия (мг) путем кипячения 1 литра воды в течение 10 минут.

Реакция воды (кислотность и щелочность) характеризуется индексом концентрации водорода ионов водорода.

Реакция природных вод близка к нейтральности (рН 6,8-7,3). Разрешенное количество примесей также регулируется соответствующими стандартами.

Прозрачность воды измеряется толщиной водного слоя, через которую изображение изображения креста или конкретного шрифта может быть отделено визуально или с помощью фотоэлемента.

Самым распространенным санитарно-бактериологическим показателем качества воды является наличие в нем микроорганизмов.

Дата подачи: 2016-06-22; Посещений: 1693;

Статьи по теме:

Вода в промышленности

ВОДА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Весь облик нашей Земли, возникновение и развитие жизни, все стороны человеческого бытия тесно связаны с водой и ее определенными свойствами.

Основные запасы воды сосредоточены в мировом океане. Для промышленных и бытовых нужд человечества применяется только пресная вода, составляющая около 3% всех ее запасов.

Дефицит пресной воды также обусловливается интенсивным развитием новых водопотребляемых производств. Например, если для производства 1 т стали расходуется 600 м3 воды, то для производства 1 т синтетических волокон в 8 раз больше. Суточный расход воды на душу населения в крупных городах США и Европы составляет 600 - 700 л, а в развивающихся странах - 50 л. Большое количество воды потребляет орошаемое земледелие, энергетика и т.

Кроме того, строгий учет и контроль расхода воды, снижение расхода воды на испарение в южных районах, предотвращение загрязнения ценнейших пресноводных озер (таких, как Байкал) также способствуют рациональному использованию водных ресурсов.

Необходимо шире применять на предприятиях всех отраслей промышленности повторное и оборотное водоснабжение.

При этом свежая вода забирается лишь на пополнение безвозвратных потерь, сброс сточных вод прекращается, а в технологический процесс поступает по замкнутому циклу прошедшая очистку так называемая «оборотная вода». Оборотные системы водоснабжения можно использовать и в сельском хозяйстве. Весьма перспективным является использование бытовых сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур (на «полях орошения»).

В регулировании водного режима рек И предохранения их от обмеления особенно велика роль водоохранных лесов.

Все воды содержат большое количество примесей: карбонаты кальция, магния, натрия, калия, а также сульфаты, хлориды и т. д. Вода, содержащая менее 1 г солей на 1 кг воды, называется пресной, более 1 г солей - соленой. В воде содержатся растворенные газы: кислород, диоксид углерода СО2, а также сероводород, оксиды азота, кислородные соединения серы; в воде могут содержаться бактерии, примеси песка, глины (алюмосиликаты, силикаты, гидратированная кремниевая кислота).

В зависимости от назначения вода условно подразделяется на промышленную и питьевую.

Естественно, что требования к составу воды существенно зависят от назначения. Основными показателями качества воды являются жесткость, общее солесодержание, прозрачность, окисляемость, вкус, запах, реакция среды.

Для оценки питьевой воды большое значение имеет токсичность примесей, количество содержащихся в ней микробов, запах, цвет и вкус.

Для промышленных вод важными показателями являются жесткость, солесодержание, количество растворенных газов и механические примеси. Общее солесодержание характеризует наличие в воде минеральных и органических примесей.

Количество их определяют по сухому остатку (мг) испарением 1 л воды и высушиванием остатка при 110°С до постоянной массы. Для большинства производств основным качественным показателем служит жесткость воды, обусловленная присутствием в воде солей кальция и магния. Различают три вида жесткости воды: временную, постоянную и общую.

Временная (устранимая жесткость) обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эти соли сравнительно легко удаляются при кипячении.

Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов и нитратов кальция и магния, которые при кипячении не удаляются. Временная и постоянная жесткость в сумме дают общую жесткость.

В результате происходит нагрев и преждевременный износ аппаратуры, уменьшается теплопроводность. Максимально допустимая концентрация растворенных солей устанавливается стандартом в зависимости от производства, на котором применяется вода. По классификации в зависимости от содержания ионов кальция и магния природные воды разбиты на пять классов: очень мягкая, мягкая, умеренно жесткая, жесткая, очень жесткая.

Количество растворенных в воде газов также сказывается на качестве воды, так как углекислый газ, кислород, сернистый газ и другие вызывают значительную коррозию труб.

Окисляемость воды обусловлена наличием в воде органических примесей и определяется количеством перманганата калия (мг), израсходованного при кипячении 1 л воды в течение 10 мин.

Реакция воды (кислотность и щелочность) характеризуется показателем концентрации водородных ионов рН.

Реакция природных вод близка к нейтральной (рН 6,8 - 7,3). Допустимое количество примесей также регламентируется соответствующими стандартами.

Прозрачность воды измеряется толщиной слоя воды, через который можно различить визуально или с помощью фотоэлемента изображение креста или определенного шрифта. Самым общим санитарно-бактериологическим показателем качества воды является наличие в ней микроорганизмов.

Использование воды в химической промышленности. Характеристика природной воды. Технология подготовки питьевой воды.

Вода выполняет важную роль в химической промышленности в быту и в народном хозяйстве.

Это связано с: свойств воды, ее доступностью, удобством применения. Использование воды в химической промышленности разнообразно по функциям, которые она выполняет.

В ряде производств вода является сырьем и реагентом, непосредственно участвующим в основных химических реакциях, например в производстве водорода, серной, азотной и фосфорной кислот,. Будучи универсальным растворителем и одним из наиболее распространенных катализаторов, вод, дает возможность осуществлять многие химические реакции с большой скоростью в растворах или в присутствии следов воды.

Во многих производствах химической, металлургической, пищевой и легкой промышленности вода используется как растворитель твердых, жидких и газообразных веществ.

Часто ее применяют для перекристаллизации, для очистки газообразных, жидких и твердых продуктов от примесей.

Применяют воду и при различных мокрых способах подготовки сырья: флотации, гравитационного обогащения, пульпирования сыпучих материалов. В некоторых производствах вода образуется вследствие основных химических реакций: надсмольная вода при полукоксовании и коксовании; древесины, торфа, сланца, различных видов углей; вода выделяется при сжигании водородсодержащих топлив и разложении кислородсодержащих органических веществ, при окислении аммиака. Во всех перечисленных примерах вода непосредственно выполняет технологические функции.

В значительно больших объемах вода используется как теплоноситель, т, е. в теплотехнических целях. Это объясняется большой теплоемкостью воды, ее доступностью и безопасностью в применении. Водой охлаждают реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций, газообразные и жидкие конечные продукты. Водяным паром или горячей водой нагревают взаимодействующие вещества для ускорения реакций или компенсации затрат теплоты при эндотермических процессах, для перевода материалов из одного агрегатного состояния в другое.

Теплообмен между веществами и водой может быть осуществлен при их непосредственном соприкосновении. В громадных количествах воду используют как теплоноситель ТЭЦ, АЭС, промышленные и коммунальные котельные.

Химическая промышленность - крупнейший потребитель воды.

Современные химические комбинаты расходуют миллионы кубических метров воды в сутки. Поэтому химические предприятия и нефтехимические заводы строят рядом с водными источниками.

Природная вода, будучи хорошим растворителем многих веществ, всегда содержит различные примеси. По происхождению природные воды делят на три вида, сильно различающиеся по со держанию и характеру примесей.

Атмосферная вода - вода атмосферных осадков - содержит относительно небольшое количество примесей, преимущественно в виде растворенных газов: кислорода, оксида углерода, оксида азота, особенно в летнее время, сероводорода, кислородных соединений серы, органические вещества, пыль.

Атмосферная вода почти не содержит растворенных солей.

Поверхностные воды - речные, озерные, морские - содержат, кроме примесей, присутствующих в атмосферной воде, самые разное образные вещества от ничтожных количеств до полной насыщенности. Почти всегда можно обнаружить гидрокарбонаты кальция, магния, натрия, калия, а также сульфаты и хлориды. В морской воде присутствуют почти все элементы периодической системы Д.

И. Менделеева, включая драгоценные и радиоактивные. Во всех поверхностных водах содержатся органически вещества, живые микроорганизмы, в том числе и болезнетворные

бактерии.

Подземные воды - воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров, так же как и поверхностные воды, содержат разнообразные минеральные соли, состав которых зависит от характер горных пород и почв, через которые просачиваются атмосферные и поверхностные воды.

Благодаря высокой фильтрующей способности почв и горных пород подземные воды в отличие от поверхностных имеют высокую прозрачность и характеризуются отсутствием органических примесей и бактериальной загрязненности.

В зависимости от назначения используемая вода - это питьевая и промышленная, качество которой регламентируется соответственно ГОСТ.

2.2 Использование воды в промышленности

Промышленная вода может быть питательной (используется для различных технологических целей) и оборотной. Оборотной водой называется вода, которая после использования, например в теплообменниках, и последующего охлаждения вновь возвращается в производственный цикл.

Качество воды определяется ее физическими и химическими характеристиками в зависимости от присутствия тех или иных примесей и оценивается следующими показателями: прозрачность, цвет, запах, жесткость, окисляемость, реакция воды и общее солесодержание.

Прозрачность воды измеряется толщиной слоя воды, через который можно различать визуально или с помощью фотоэлемента изображение перекрестья или определенного шрифта.

Прозрачность воды зависит от присутствия в ней грубодисперсных механических взвесей и коллоидных частиц. Эти примеси засоряют трубопроводы и аппараты, соответственно снижая их производительность, образуя пробки, которые могут вызвать аварию. Коллоидные частицы засоряют диафрагмы электролизеров, вызывают вспенивание воды и перебросы в котлах и аппаратах.

Жесткость воды - различают временную, постоянную и общую жесткость.

Временная (устранимая кипячением) жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении воды переходят в нерастворимые карбонаты, выпадающие в виде плотного осадка (накипи).

Са (НСО3)2 = СаСО3 + Н2О

2Mg (HC03)2 = MgC08 + Mg (ОН)а

Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде других солей кальция и магния, не удаляемых из воды при кипячении.

Сумма временной и постоянной жесткости называется общей жесткостью, измеряемой в миллиграмм-эквивалентах ионов кальция или магния в 1 л воды. Жесткость воды равна 1 мг-экв, если в 1 л е содержится 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния. Жесткость воды очень важная характеристика. При нагревании воды до кипения гидрокарбонаты кальция и магния разрушаются, образуя на стенках сосудов нерастворимую накипь.

Малорастворимые сульфаты кальция и магния при кипячении в осадок не выпадают, однако при испарении больших количеств воды быстро образуют перенасыщение растворов и на стенках сосудов выпадают в виде плотного слоя накипи с низкой теплопроводностью.

Поэтому чем толще слой накипи на нагреваемых поверхностях паровых котлов или теплообменников, тем ниже их производительность и экономичность.

Общее солесодержание характеризуется наличием в воде минеральных и органических примесей.

Окисляемость воды обусловлена присутствием в воде органических примесей и определяется массой перманганата калия (в мг), израсходованного при кипячении 1 л воды с избытком КМпО4 в течение 10 мин.

Реакция воды - степень ее кислотности или щелочности, характеризуемая величиной рН.

При рН 6,5-7,5 вода считается нейтральной, при рН < 6,5 воду называют кислой, при рН > > 7,5 - щелочной. Реакция природных вод близка к нейтральной. Большой вред промышленному оборудованию приносит растворенный в воде газ (02 и СО2), вызывающий коррозию металлических поверхностей.

Природную воду без предварительной очистки обычно использовать нельзя. Улучшение качества воды, поступающей из водоисточника, для производственных целей называется водоподготовкой.

Водоподготовка представляет собой комплекс операций по очистке воды от вредных примесей, находящихся в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Выбор метода водоподготовки определяется как характером присутствующих в воде примесей, так и теми требованиями, которые предъявляются к потребляемой воде.

Водоподготовка питьевой воды. К питьевой воде предъявляются особые требования в отношении мутности, вкуса, запаха, химической и бактериальной загрязненности, которые регламентируются ГОСТ.

Общее число бактерий в 1 мл воды не должно быть больше 100, а кишечных палочек в 1 л воды - не более 3. Вода рек и озер обычно не удовлетворяет этим требованиям, поэтому вода перед подачей в питьевую водопроводную сеть очищается на водоочистных станциях. Водоподготовка питьевых вод - непрерывный процесс, состоящий из четырех стадий: отстаивания, коагуляции, фильтрации и обеззараживания.

Водозабор осуществляют непосредственно из водоема или чаще через промежуточный колодец (грубый отстойник), в который вода поступает самотеком. В отстойнике вода проходит с небольшой скоростью, освобождаясь от грубодисперсных взвешенных частиц путем простого отстаивания. Водозаборное устройство снабжено предохранительной сеткой, предотвращающей попадания в систему крупных предметов, в том числе и рыбы.

Легкая взвесь осаждается очень медленно, а коллоидные частицы, содержащиеся в воде (глина, кремниевая кислота, гуминовые кислоты), методами осаждения и фильтрования не отделяются. Поэтому воду из водозабора первого подъема подают в смеситель (коагулятор), в который одновременно поступает раствор электролита А12 (SO4)3, FeSO4 или других соединений, называемых коагулянтами.

Коагуляция — высокоэффективный процесс разделения гетерогенных систем. Физико-химическая сущность этого процесса в упрощенном виде состоит в том, что электролит в очень разбавленных растворах гидролизуется с образованием положительно заряженных частиц, которые, адсорбируясь на поверхности отрицательно заряженных коллоидных частиц, нейтрализует их заряды. Это приводит к слипанию (укрупнению) частиц, способных к осаждению. Чем выше заряд иона коагулянта (А13+, Fe8+), тем меньше расход электролита на коагуляцию.

Образовавшиеся в процессе коагуляции хлопья твердых частичек с большой поверхностью слипаются с легкой взвесью, адсорбируют на поверхности органические красящие вещества и тем самым осветляют воду.

Для интенсификации процесса коагуляции часто применяют дополнительные реагенты - флокулянты, ускоряющие процессы хлопьеобразования и осаждения. В качестве флокулянтов используют активированную кремниевую кислоту, химически модифицированные природные высокомолекулярные вещества, олеат натрия и синтетические полимерные материалы. Из смесителя вода поступает в отстойник , в котором завершается коагуляция (флокуляция) и выпадают в осадок крупные частицы.

Отстойники представляют собой большие непрерывно действующие бетонированные резервуары с системой перегородок, увеличивающих время пребывания воды в отстойнике. Но полное осветление ее достигается после фильтрации через песчаные фильтры открытого типа, в которых вода фильтруется под давлением (столб воды высотой до 2 м), со скоростью около 0,1 м/ч.

Фильтрующим материалом является слой кварцевого песка до 1 м с диаметром зерен 0,5-1 мм, поддерживаемый нижним слоем гравия. Основная масса загрязнений отлагается на поверхности песка, создавая фильтрующую пленку.

По мере работы фильтра эта пленка утолщается, качество очистки воды повышается, но скорость фильтрации снижается. Обычно водоочистные станции обслуживают несколько фильтров, часть которых останавливается для очистки. Хотя коагуляция, осаждение и фильтрация уменьшают микробную загрязненность, часто она после этих операций превышает допустимые нормы.

Поэтому осветленная вода из фильтра направляется в аппарат на обеззараживание - удаление из нее микроорганизмов и бактерий путем хлорирования, озонирования, кипячения и т. д. Для хлорирования воды используют хлор или гипохлорит кальция. При обработке воды гипохлоритом кальция образуется сильный окислитель - атомный кислород, который убивает микроорганизмы и окисляет органические примеси.

При хлорировании воды избыток хлора удаляют добавлением к ней аммиака или сульфита натрия.

В последние годы питьевую воду обеззараживают озоном, получаемым действием тихого электрического разряда на воздух, обогащенный кислородом. При обработке воды озон разлагается с выделением атомного кислорода. Эта вода в отличие от хлорированной не имеет запаха хлора. Для обеззараживания воды также используют фторирование, ультрафиолетовые лучи, ультразвуковые колебания, ионы серебра. После обеззараживания очищенную питьевую воду насосом второго подъема подают в водонапорную башню , которая поддерживает постоянное давление воды в водопроводе.

Использование воды в промышленности

В структуре водоотведения 35% приходится на все отрасли промышленности, кроме теплоэнергетики, 33% — на теплоэнергетику, 18% составляют сбросы стоков с мелиорированных полей и 14% — сбросы коммунально-бытового хозяйства городов и сельских населенных пунктов.

Одним из главных потребителей воды является орошаемое земледелие — 190 м3/год.

Чтобы вырастить 1 т. хлопка, требуется 4 — 5 тыс.м3 пресной воды, 1 т. риса — 8 тыс.м3 . При орошении большая часть воды расходуется безвозвратно.

Водопотребление на орошение зависит от трех факторов: площадей полива, состава культур и техники полива.

Главным способом полива является дождевание. Коэффициент полезного действия оросительных систем не превышает 0,6.

Много воды просачивается в оросительных каналах, поднимая уровень грунтовых вод и вызывая засоление почвы.

Значительно сокращаются потери воды при применении прогреccивных способов полива: капельного орошения, предпочвенного и мелкодисперсионного полива.

Совершенствование оросительных систем, бетонирование дна, применение закрытых дренажей способствуют повышению КПД этих систем, но эти методы еще не полностью используются.

Коммунально-бытовое потребление воды превышает 20 км3/год.

Уровень развития коммунального водоснабжения определяется двумя показателями: обеспеченностью населения централизированным водоснабжением и величиной удельного водопотребления.

Важной задачей является сокращение потребления водопроводной воды на технические нужды.

В Москве, например, на долю промышленности приходится 25% подаваемой в столицу водопроводной воды. Однако нет никакой необходимости использовать питьевую воду на технические нужды. Для этого необходимо расширить сеть технических водопроводов, что существенно снизит себестоимость потребляемой воды.

Велики расходы воды в промышленности (около 90 км3/год).

Для выплавки 1 т. стали требуется 200 — 250 м3 воды, 1 т. целлюлозы — 1300 м3.

ВОДА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Велики резервы экономии воды в промышленности за счет внедрения прогрессивных технологических процессов. Например, на старых нефтехимических заводах для переработки 1т. нефти расходуется 18 — 22 м3 воды, в то время, как на современных заводах с оборотным водоснабжением и системами воздушного охлаждения — около 0,12 м3/год.

В настоящее время положение усугубляется тем, что после приватизации основного числа предприятий, в том числе и экологически грязных предприятий, новым хозяевам не хватает денег для постройки или модернизации очистных сооружений.

В технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (например, воды угольных шахт, рудников, пластовые воды нефтяных промыслов и т.

2)бытовые - от санитарных узлов административных и производственных корпусов, от мытья полов в этих корпусах, а также от душевых установок, расположенных в производственных цехах или специальных павильонах;

3) атмосферные - дождевые и от таяния снега.

Количество, режим поступления и состав производственных сточных вод находятся в зависимости от вида перерабатываемого сырья, технологического процесса производства, качества воды, потребляемой для производственных целей, местных условий и ряда других факторов.

Вид перерабатываемого сырья оказывает значительное влияние на состав производственных стоков; нередко составные части сырья являются основным компонентом загрязнения сточных вод.

Так, например, основным загрязнителем сточных вод углеобогатительных фабрик являются частицы угля; на нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих заводах такими загрязнителями являются нефть и нефтепродукты; на кожевенных заводах и шерстомойных фабриках - шерсть и жиры; на предприятиях основной химии - кислоты, щелочи и т. д.

Кроме того, в одной и той же отрасли промышленности на предприятиях одного профиля количество сточных вод неодинаково, и они имеют различную концентрацию загрязнений.

Вода используется в производстве на различные нужды.

Большая часть воды (70-90%) расходуется для охлаждения полупродуктов или продуктов производства, а также силовых агрегатов, при этом она не получает специфических загрязнений, а только нагревается, хотя могут быть случаи попадания охлаждаемого продукта в воду через неплотности в теплообменных аппаратах. Вода используется для транспортирования механических (минеральных и органических) примесей, для очистки газоБ, для промывки готовой продукции; при этом она загрязняется продуктами, с которыми соприкасается (например, при обогащении руды, угля, переработке нефти, промывке газов и т.

Значительное влияние на количество и качество сточных вод имеет система водоснабжения; чем полнее развито оборотное водоснабжение, т. е. повторное использование отработавшей воды на те же технологические нужды или использование ее на другие нужды данного или соседних предприятий, тем меньше абсолютное количество сточных вод и тем, ках< правило, больше содержится в них загрязнений.

Эффективность использования воды промышленными предприятиями может оцениваться несколькими методами.

Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается количеством использованной оборотной воды в % —

где Qo6- количество воды, используемой в обороте;

<3ист и Qcwp - количество воды, забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем и др.

Рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования:

где Фсбр.вод-количество сточных вод, сбрасываемых в водоем.

ВОДА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В настоящее время в связи со значительным развитием промышленности и сельского хозяйства мир стоит перед серьезной проблемой, вызванной непрерывным уменьшением количества пресной чистой воды и все возрастающим количеством бытовых и промышленных сточных вод. Дефицит пресной воды также обусловливается интенсивным развитием новых водопотребляемых производств. Например, если для производства 1 т стали расходуется 600 м 3 воды, то для производства 1 т синтетических волокон в 8 раз больше. Суточный расход воды на душу населения в крупных городах США и Европы составляет 600 - 700 л, а в развивающихся странах - 50 л. Большое количество воды потребляет орошаемое земледелие, энергетика и т. д.

Исключительно важное значение приобретает в настоящее время рациональное использование водных ресурсов. Необходимо повсеместно ввести режим экономии водных ресурсов, резко сократить выброс сточных вод, вести их глубокую очистку, переходить на маловодопо-требляемые или безводные технологические процессы (т. е. работающие в растворителях, расплавах и газовой фазе). Кроме того, строгий учет и контроль расхода воды, снижение расхода воды на испарение в южных районах, предотвращение загрязнения ценнейших пресноводных озер (таких, как Байкал) также способствуют рациональному использованию водных ресурсов.

Необходимо шире применять на предприятиях всех отраслей промышленности повторное и оборотное водоснабжение. При этом свежая вода забирается лишь на пополнение безвозвратных потерь, сброс сточных вод прекращается, а в технологический процесс поступает по замкнутому циклу прошедшая очистку так называемая «оборотная вода». Оборотные системы водоснабжения можно использовать и в сельском хозяйстве. Весьма перспективным является использование бытовых сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур (на «полях орошения»). В регулировании водного режима рек И предохранения их от обмеления особенно велика роль водоохранных лесов.

Главным источником воды в промышленности служат природные пресные воды. По происхождению они подразделяются на поверхностные (реки, озера), атмосферные (атмосферные осадки) и подземные (ключевые, артезианские, минеральные). Все воды содержат большое количество примесей: карбонаты кальция, магния, натрия, калия, а также сульфаты, хлориды и т. д. Вода, содержащая менее 1 г солей на 1 кг воды, называется пресной, более 1 г солей - соленой. В воде содержатся растворенные газы: кислород, диоксид углерода СО 2 , а также сероводород, оксиды азота, кислородные соединения серы; в воде могут содержаться бактерии, примеси песка, глины (алюмосиликаты, силикаты, гидратированная кремниевая кислота).

В зависимости от назначения вода условно подразделяется на промышленную и питьевую. Естественно, что требования к составу воды существенно зависят от назначения. Основными показателями качества воды являются жесткость, общее солесодержание, прозрачность, окисляемость, вкус, запах, реакция среды. Для оценки питьевой воды большое значение имеет токсичность примесей, количество содержащихся в ней микробов, запах, цвет и вкус. Для промышленных вод важными показателями являются жесткость, солесодержание, количество растворенных газов и механические примеси. Общее солесодержание характеризует наличие в воде минеральных и органических примесей. Количество их определяют по сухому остатку (мг) испарением 1 л воды и высушиванием остатка при 110°С до постоянной массы. Для большинства производств основным качественным показателем служит жесткость воды, обусловленная присутствием в воде солей кальция и магния. Различают три вида жесткости воды: временную, постоянную и общую. Временная (устранимая жесткость) обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эти соли сравнительно легко удаляются при кипячении. Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов и нитратов кальция и магния, которые при кипячении не удаляются. Временная и постоянная жесткость в сумме дают общую жесткость.

Гипс, карбонаты кальция и магния вместе с присутствующими в воде силикатами и механическими примесями, а также различные соли, отлагаясь на внутренней поверхности труб и котлов, образуют накипь. В результате происходит нагрев и преждевременный износ аппаратуры, уменьшается теплопроводность. Максимально допустимая концентрация растворенных солей устанавливается стандартом в зависимости от производства, на котором применяется вода. По классификации в зависимости от содержания ионов кальция и магния природные воды разбиты на пять классов: очень мягкая, мягкая, умеренно жесткая, жесткая, очень жесткая.

Реакция воды (кислотность и щелочность) характеризуется показателем концентрации водородных ионов рН. Реакция природных вод близка к нейтральной (рН 6,8 - 7,3). Допустимое количество примесей также регламентируется соответствующими стандартами.

Для обеспечения всех потребностей промышленности ежегодно забирается из , озер и морей 1000 км3 воды. Примерно половина этой воды затрачивается на теплоэлектростанциях для получения пара и охлаждения, а остальная - в других отраслях промышленности.

На самом деле промышленность использует гораздо больше воды, чем забирает ее из водоисточников, поскольку со второй половины XX в. началось применение так называемого оборотного водоснабжения, что означает многократное использование одной и той же воды, однажды забранной из водоисточника после ее очередной очистки. Конечно, часть воды при этом теряется на испарение и фильтрацию, и эти потери приходится восполнять, но они количественно значительно уступают объемам воды, которые пришлось бы забирать из рек. Так, в России оборотное водоснабжение составляет 170 км3 в год, а на промышленные нужды уходит всего 70 км3. Таким образом, для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных нужд ежегодно изымается во всем мире из природных вод около 4400 км3. Это всего 1/10 часть годового рек, 1/20 объема пресных вод в озерах и совсем ничтожная часть запаса пресных вод в . Казалось бы, это не может существенно влиять на водные объекты. Но в отдельных районах мира изъятие воды серьезно влияет на окружающую среду. Так, в реки Амударья и почти полностью отдают свои воды на и водоснабжение, и потому исчезает море. В по этой же самой причине пересохла в низовье почти полностью река Колорадо.

Чтобы использовать воду, необходимы . Самые распространенные из них - плотины, с помощью которых создаются искусственные проточные озера - водохранилища. Другое наиболее известное сооружение - каналы, которые отводят воду из реки или водохранилища. XX век можно назвать веком строительства плотин, создания и каналов, в том числе самых крупных, которые построены в основном во второй половине XX в. Они необходимы для получения энергии, орошения, водоснабжения, защиты от наводнении и рыболовства.

Крупные многоцелевые водохранилища, и особенно каскады водохранилищ на реке или в одном бассейне, заметно изменяют состояние окружающей среды, нарушая устойчивость водных экосистем. Но даже каскад крупных водохранилищ на не вызвал столько изменений, сколько хозяйственная деятельность на всей площади бассейна этой реки.

Химическая промышленность - один из крупнейших потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление воды достигает 1 млн. м 3 в сутки. Превращение воды в один из важнейших элементов химического производства объясняется:

наличием комплекса ценных свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения и др.);
доступностью и дешевизной (затраты исключительно на извлечение и очистку);
нетоксичностью;
удобством использования в производстве и транспортировки. В химической промышленности вода используется в следующих направлениях:

Для технологических целей в качестве:
- растворителя твердых, жидких и газообразных веществ;
- среды для осуществления физических и механических процессов (флотация,транспортировка твердых материалов в виде пульпы и др.);
- промывной жидкости для газов;
- экстрагента и абсорбента различных веществ.
Как теплоноситель (в виде горячей воды и пара) и хладагента для обогрева и охлаждения аппаратуры.
В качестве сырья и реагента для производства различной химической продукции (например, водорода, ацетилена, серной и азотной кислот и др.)

Воды морей и океанов являются источниками сырья для добычи многих химических веществ. В промышленных масштабах из них извлекаются хлориды натрия и магния, бром, иод и другие продукты. В настоящее время их рассматривают и как потенциальные источники получения многих других элементов. Так, например, содержание элементов в водах Океана составляет (%): калия 3,8*10 -2 , ванадия 5*10 -8 , золота 4*10 -10 , серебра 5 10 -9 , урана 2*10 -7 . Приняв массу воды на планете равной 1,4 10 18 тонн, получим соответственно содержание в ней золота 5,6*10 6 тонн и урана 2,8*10 9 т. Всего 0,01% этой массы урана достаточно для обеспечения энергией всей планеты на протяжении 100 лет.

К новым промышленным методам получения полезных компонентов из вод Мирового океана относятся эксплуатируемые в Японии установки по извлечению урана с помощью комплексных соединений и отечественный проект «Гидрометалл» по извлечению из конкреций Тихого океана железа и марганца, схема которого приведена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема «Гидрометалл»:
1 - подводный реактор для переработки конкреций;
2 - плавучая база.
A - извлекаемые со дна конкреции;
B - реагенты для пере-работки конкреций, пода-ваемые в реактор;
C - готовая продукция;
D - отработанное сырье, возвращаемое в океан

Масштабы потребления воды химической промышленностью зависят от типа производства и колеблются в широких пределах. Так, расходные коэффициенты по воде (в м 3 на тонну продукции) составляют: для азотной кислоты 200, вискозного волокна 1200, аммиака 1500, синтетического каучука 1600, капронового волокна 2500. Например, завод капронового волокна расходует такое же количество воды, как город с населением 120000 человек, а специализированный завод пластических масс по потреблению воды эквивалентен городу с населением 400000 человек.

Громадный расход технологической воды, наряду с большим объемом загрязненных вод, сбрасываемых химическими предприятиями (до 40% стока речных вод используется только на разбавление их до безопасной концентрации содержащихся в них веществ), выдвигает первоочередную задачу рационального использования водных ресурсов в химической и нефтехимической промышленности. Эта задача решается путем:

разработки научно обоснованных норм расхода воды на технологические операции;
максимально полного использования отходов и снижения за счет этого потребности в очистительных сооружениях;
замены водяного охлаждения аппаратуры воздушным;
организации замкнутых без сточных производств и водооборотных циклов.

Водооборотные циклы технологических установок, цехов и химических предприятий в целом являются важнейшим фактором рационального использования водных ресурсов. В этих циклах осуществляется многократное использование воды без выброса загрязненных стоков в водоемы, а потребление свежей воды для ее восполнения ограничено только технологическими превращениями (в качестве компонента сырья) и естественными потерями.

Рисунок 3.2 – Цикл с охлаждением оборотной воды:

Рисунок 3.3 – Цикл с очисткой оборотной воды:

Насосная станция;
Градирня (бассейн);
Очистные сооружения;

В химических производствах используются три схемы водооборота в зависимости от тех изменений, которые претерпевает вода в процессе производства:

вода только нагревается и должна быть перед возвратом охлаждена в градирнях или бассейнах (рис. 3.2);
вода только загрязняется и должна быть перед возвратом очищена в специальных очистных сооружениях (рис.3.3);
вода нагревается и загрязняется. Этот тип водооборота представляет комбинацию водо-оборотов первого и второго типов (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Цикл с очисткой и охлаждением оборотной воды:

Технологическая установка (цех);
Насосная станция;
Градирня (бассейн);
Очистные сооружения;
Камера для пополнения потерь воды

Критерием эффективности водооборотного цикла является коэффициент использования воды:

Kв=\frac{Vз-Vсб}{Vз}
(3.1)
где: V з и V сб - количества забираемой из источника свежей воды и сбрасываемой в водоем сточной воды соответственно. В химической промышленности доля оборотного водоснабжения достигает 85 - 90%.

2. Источники водоснабжения химических производств

Общее количество воды на Земле составляет 1,386*10 9 км 3 (1,386*10 18 м 3) или 1,4*10 18 тонн. Большая часть этой воды находится в постоянном кругообороте под воздействием тепловой энергии солнца и теплоты земных недр. Природная вода подразделяется на атмосферную, поверхностные воды, подземные воды и морскую (океанскую) воду.

Атмосферная вода, выпадающая в виде дождя и снега, содержит минимальное количество примесей, главным образом, в виде растворенных газов (кислорода, оксида углерода (II), азота, сероводорода), бактерий, а в промышленных районах также оксиды азота и серы и различные органические вещества.

Поверхностные воды представляют воды открытых водоемов: рек, озер, каналов, водохранилищ. В состав поверхностных вод входят различные минеральные и органические вещества, природа и концентрация которых зависят от климатических, геоморфологических, почвенно-геологических условий, а также от агро- и гидротехнических методов, развития промышленности в регионе и других факторов.

К подземным водам относятся воды артезианских скважин, колодцев, ключей и гейзеров. Для них характерно высокое содержание минеральных солей, выщелачиваемых из почвы и осадочных пород, и малое содержание органических веществ.

Морская вода представляет многокомпонентный раствор электролитов и содержит практически все элементы, входящие в состав литосферы. В ней растворены также различные газы.

В зависимости от солесодержания природные воды делятся на пресные (содержание солей менее 1 г/кг), солоноватые (содержание солей 1-10 г/кг) и соленые (содержание солей более 10 г/кг). Из общего объема гидросферы планеты запасы пресных вод составляют всего 0,03%, при этом источниками промышленного водоснабжения становятся, преимущественно, только речные воды, что связано со значительной протяженностью их береговой линии. В настоящее время на промышленные цели в РФ расходуется до 9% общего стока пресной воды, что составляет 700 куб. км в год.

Вода, используемая в химической промышленности (технологическая вода) должна удовлетворять по качеству определенным требованиям того или иного производства. Качество воды определяется совокупностью ее физических и химических характеристик, к которым относятся: цвет, прозрачность, запах, общее солесодержание, жесткость, окисляемость, реакция (рН), которые зависят от содержания в воде различных примесей. Для промышленных вод важнейшими из этих характеристик являются жесткость, окисляемость, реакция и содержание примесей различной дисперсности.

Жесткость - свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей кальция и магния. В зависимости от природы анионов различают временную (устранимую, карбонатную) жесткость, зависящую от наличия в воде бикарбонат-ионов HCO - , Жв и постоянную (некарбонатную) жесткость, вызываемую присутствием хлорид-ионов Cl - , нитрат-ионов NO 3 - , и сульфат-ионов SO 4 2- , и постоянной жесткости называется общей жесткостью воды:

Жо = Жп + Жв. (3.2)

Жесткость воды выражается суммой концентраций ионов кальция и магния, содержащихся в 1 литре воды, то есть в ммоль/дм 3 . По значению общей жесткости воды делятся на мягкую (Ж о менее 2), средней жесткости (Ж 0 = 2-10 ммоль/л) и жесткую (Ж о более 10).

Окисляемость - свойство воды, обусловленное присутствием в ней органических веществ, легкоокисляющихся соединений железа и сероводорода, способных окисляться различными окислителями. Так как состав этих примесей неопределенен, окисляемость воды выражается в количестве перманганата калия или эквивалентном ему количестве кислорода, затраченного на окисление 1 литра воды, то есть мг/л.

Активная реакция воды характеризует ее кислотность и щелочность. Она зависит от присутствия в воде некоторых газов, реагирующих с водой (хлор, оксид углерода и др.), растворимых гуминовых кислот и веществ, вносимых в водоем промышленными стоками. Для большинства природных вод активная среда характеризуется величиной рН=6,5-8,5.

3. Промышленная водоподготовка

Вредное влияние примесей, содержащихся в промышленной воде, зависит от их химической природы, концентрации, дисперсного состояния, а также технологии конкретного производства, использующего воду. Все вещества, присутствующие в воде, могут находиться в виде истинного раствора (соли, газы, некоторые органические соединения, в коллоидном состоянии (алюмо- и железосиликаты, некоторые гидроксиды, кремневая кислота, органические соединения типа лигнина и др.) и во взвешенном состоянии (глинистые, песчаные и известковые частицы).

Растворенные в воде вещества образуют при нагреве накипь на стенках аппаратуры и вызывают коррозионное разрушение ее. Коллоидные примеси вызывают загрязнение диафрагм электролизеров, вспенивание воды. Грубодисперсные взвеси засоряют трубопроводы, снижая их производительность, могут вызвать их закупорку. Все это вызывает необходимость предварительной подготовки воды, поступающей на производство водоподготовки.

Водоподготовкой называют комплекс операций по удалению из природной воды вредных для производства примесей, содержащихся в ней в виде взвесей, коллоидных частиц, растворенных солей и газов. В водоподготовку входят операции осветления, умягчения, дегазации, а в отдельных случаях обессоливания и для питьевой воды обеззараживания. Схема промышленной водоподготовки приведена на рис. 3.5.

Рисунок 3.5 – Схема промышленной водоподготовки

Осветление воды достигается отстаиванием ее с последующим фильтрованием через зернистый материал различной дисперсности. Для коагуляции коллоидных примесей и абсорбции окрашенных веществ, содержащихся в воде, к ней добавляют электролиты – сульфаты алюминия и железа.

Обеззараживание воды обеспечивается ее хлорированием (Ca(ClO) 2 хлорная известь) или озонированием.

Дегазация – удаление из воды растворенных газов достигается химическим способом, при котором газы поглощаются химическими реагентами, например, в случае диоксида углерода:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

или физическими способами термической деаэрации на воздухе или в вакууме.

Обессоливание применяется в тех производствах, где к воде предъявляются особо жесткие требования по чистоте, например, при получении полупроводниковых материалов, химически чистых реактивов, фармацевтических препаратов. Обессоливание воды достигается методом ионного обмена, дистилляцией и электродиализом.

Метод ионного обмена основан на свойстве некоторых твердых тел (ионитов) поглощать из раствора ионы в обмен на эквивалентное количество других ионов того же знака. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты.

Катиониты - нерастворимые в воде вещества, которые являются солями или кислотами с анионом, который обусловливает нерастворимость в воде; катион (натрий или водород) способен вступать в обменную реакцию с катионами раствора. Катиониты соответственно называются Na - катионитами и H - катионитами.

Аниониты - основания или соли с твердым, нерастворимым катионом. Они содержат подвижную гидроксильную группу (OH - аниониты).

Соответственно, процессы ионного обмена подразделяются на H(Na) – катионирование, например:

Na2[Кат] + Ca(HCO3)2 = Ca[Кат] +2NaHCO3

и анионирование, например:

An + HCl→ An + H 2 O

где: [Кат] и [Ан] - не участвующая в обмене матрица ионита.

Поскольку процесс ионного обмена обратим, установление равновесия в системе означает прекращение процесса обессоливания. Поглощающая способность ионита характеризуется его обменной емкостью, равной количеству ионов кальция и магния, которое может поглотить единица объема или массы ионита, выраженное в граммэквивалентах: г-экв/м 3 и г-экв/кг. От величины обменной емкости при данном объеме ионита зависит время рабочего цикла ионитовых фильтров. При насыщении ионита он может быть регенерирован промывкой растворами для Н - катионитов кислоты, а катионитов хлорида натрия и для анионитов раствором щелочи. В приведенных выше примерах работы анионитов при этом протекают реакции:

Ca[Кат] +2NaCl = Na2[Кат] + CaCl2
и

An + KOH = An + KCl

Полное обессоливание воды обеспечивается ее дистилляцией (термическое обессоливание) обычно после того, как вода предварительно очищена с помощью ионитовых фильтров.

На рис. 3.6 приведена схема обессоливания воды методом ионного обмена.

Рисунок 3.6 – Схема установки для обессоливания воды:

1 - катионитный фильтр; 2 - анионитный фильтр;

3 - дегазатор; 4 - сборник очищенной воды

Вода последовательно проходит через катионитный и анионитный фильтры и поступает распыляясь в дегазатор, где из нее удаляются растворенные диоксид углерода, кислород и другие газы. Для регенерации катионита в фильтр периодически подается кислота или раствор хлорида натрия, для регенерации анионита – раствор щелочи.

Электродиализом называется процесс диализа под воздействием электрического поля. При этом выделение солей из диализуемого раствора происходит в результате перемещения ионов через пористые мембраны, содержащие катионит (у катода) и анионит (у анода), с последующим их разрядом на электродах. На рис. 3.7 представлена схема электродиализатора для обессоливания воды.

Рисунок 3.7 – Схема электродиализатора: 1 - электроды; 2 - катионитовая мембрана; 3 - анионитовая мембрана; 4 - внутренняя камера; 5 - внешние камеры

Одной из основных и обязательных операций водоподготовки технологической воды является ее умягчение.

Умягчением называется обработка воды для понижения ее жесткости, то есть уменьшения концентрации ионов Са +2 различными физическими, химическими и физико-химическими методами.

При физическом методе воду нагревают до кипения, в результате чего растворимые гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в их карбонаты, выпадающие в осадок:

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 +H2O

Этим методом удаляется только временная жесткость.

К химическим методам умягчения относятся фосфатный и известковосодовый, заключающиеся в обработке воды тринатрийфосфатом или смесью гидроксида кальция и карбоната натрия. В первом случае протекает реакция образования нерастворимого трикальцийфосфата, выпадающего в осадок:

2Na 3 PO4 + 3CaSO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3Na 2 SO 4

Во втором случае протекают две реакции. Бикарбонаты кальция и магния реагируют с гидроксидом кальция, чем устраняется временная жесткость:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O
,

а сульфаты, нитраты и хлориды - с карбонатом натрия, чем устраняется постоянная жесткость:

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4

Физико-химический метод ионнообменного умягчения воды был описан выше.

Водоподготовка в химическом производстве представляет весьма трудоемкий процесс и требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. На современных химических предприятиях доля капитальных затрат на водоподготовку составляет 10-15% общего объема расходов на производство химической продукции.

Современные схемы промышленной водоподготовки включают все основные операции: осветление в грубых и коагуляционных отстойниках, фильтрование через зернистый материал, умягчение методом ионного обмена, дегазацию. На рис. 3.8 представлена подобная схема водоподготовки промышленных вод.

Рисунок 3.8 – Схема подготовки промышленных вод: 1 - грубый отстойник; 2 - смеситель коагулянта; 3 - коагуляционный отстойник; 4 - фильтр; 5 - катионитный фильтр; 6 - анионитный фильтр; 7 - теплообменник; 9 - деаэратор

Пример решения задачи

К 25 см 3 водопроводной воды прибавили 5 см 3 аммиачной буферной смеси и индикатор эриохром черный Т. Полученный раствор оттитровали 0,02 н раствором ЭДТА до перехода окраски индикатора из винно-красной в ярко-голубую. Титрование повторили 3 раза. Средний объём ЭДТА, израсходованный на титрование составил V 1 ср (ЭДТА) см 3 . Аналогичный эксперимент повторили с водопроводной водой, прокипяченной в течение 30 минут, Средний объём ЭДТА, израсходованный на титрование составил V 2ср (ЭДТА) см 3 . Рассчитать общую и постоянную жесткость водопроводной воды.

V 1 ср (ЭДТА) = 3, 00 см 3 , V 2ср (ЭДТА) = 2,50 см 3 .

1) Вычисление общей жесткости воды производят по формуле

Жобщ = \frac{Сэкв(ЭДТА)\cdot V1ср(ЭДТА)\cdot 1000}{Vа.ч.(H2O)}

Ж(общ ) - общая жесткость воды, ммоль/дм 3 ;

С эк (ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм 3 ;

V 1 ср (ЭДТА) – средний объем ЭДТА, израсходованный на титрование воды до кипячения, см 3 ;

V а.ч. (Н 2 О) - аликвотная часть анализируемой воды, см 3 .

Ж(общ) = 0,02*3,00*1000/25,00 = 2.4 ммоль/дм 3

2) Вычисление временной жесткости воды производят по формуле

где V 2 ср (ЭДТА) – средний объём воды, израсходованный на титрование воды после кипячения, см 3 .

Ж (вр) = 0,02*2,50*1000/25,00 = 2,0 ммоль/дм 3

3) Постоянную жесткость рассчитывают по разности общей и временной

Ж п = Жобщ – Жвр = 2,4 – 2,0 = 0,4 ммоль/ дм 3