УДАЛЕНИЕ СЕРОВОДОРОДА В ПРОЦЕССАХ ВОДОПОДГОТОВКИ.

Авторы: магистрант Феофанова А.А.

Доцент каф. ТГВиГ Борисов Б.Н.

Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ)

Водоподготовка заключается в очистке воды из природных источников от вредных примесей и приведении ее в соответствие с предъявляемыми для технологической или хозяйственно питьевой воды требованиями. При этом полная очистка от примесей невозможна, а возможно лишь снизить их содержание до предельно допустимых концентраций (ПДК), регламентируемых нормативными документами.

Необходимость водоподготовки обусловлена тем, что содержание в ней различных минеральных (неорганических) и органических соединений приводит к ухудшению потребительских качеств воды, таких как цвет, вкус и запах, а также способствует коррозии водопроводных систем.

Вредные и нежелательные примеси в воде могут присутствовать как в виде взвесей, так и в виде растворенных соединений, в том числе газовых, среди которых наиболее распространены углекислый газ сероводород и кислород.

Наибольшую опасность из перечисленных газов представляет сероводород, представляющий собой газ с резким и неприятным запахом. Он является продуктом распада белковых соединений и накапливается в природных водах в результате процессов гниения остатков растительного и животного происхождения.

Кроме того, сероводород является токсичным соединением и является катализатором процессов коррозии металлических частей водопроводных систем, вступая во взаимодействие с ними и образуя сернистое железо. Это соединение легко вымывается с поверхности, и коррозия проникает вглубь металла, приводя к разрушению трубопровода и арматуры.

Таким образом, очистка воды от сероводорода в процессах водоподготовки является несомненно актуальной задачей.

Группа процессов, применяемых для удаления из воды растворенных в ней газов, называют дегазацией. В случае с удалением сероводорода наиболее широкое распространение получили процессы дезодорации, направленные на удаление из воды летучих соединений органического происхождения, ухудшающих органолептические показатели воды – цвет, вкус и запах.

Дегазация воды осуществляется физическими, химическими (реагентными), физико-химическими и биохимическими методами.

Физический метод очистки называется аэрацией или аэрированием и заключается в снижении растворимости газа, в частности сероводорода, в воде. Для этого обеспечивают контакт воды с воздухом, в котором парциальное давление удаляемого газа близко к нулю. Для интенсификации процесса повышают температуру или понижают давление воды, смещая равновесие процесса и повышая его движущую силу.

Кроме того, стремятся повысить площадь поверхности контакта между воздухом и водой, что обеспечивается конструктивными особенностями применяемых колонных аппаратов, называемых дегазаторами. В зависимости от способа создания контакта различают пленочные аппараты, в которых вода стекает вниз в виде пленки по поверхности различных типов насадки, а такжебарботажные аппараты, в которых воздух проходит через слой воды, создавая пену. Существуют и вакуумные дегазаторы, в которых различными способами создается вакуум, вызывающий кипение воды при данной температуре.

Химический метод позволяет получать более очищенную от сероводорода воду и заключается в проведении окислительных реакций с образованием менее вредных или легкоудаляемых соединений. Наиболее широко распространен метод окисления сероводорода свободным хлором по следующим реакциям:

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O → H₂SO₄ + 8HCl

H₂S + Cl₂→S↓ + 2HCl

Для дальнейшей очистки воды в первом случае применяется реакция нейтрализации с образованием выпадающих в осадок солей, а во втором случае фильтрация через активный уголь. В обоих случая для интенсификации осаждения частиц проводят их коагуляцию (слипание мелких частиц в более крупные).

Также возможно окисление сероводорода по следующим реакциям:

- окисление кислородом воздуха:

2H₂S + O₂ → 2S↓ + 2H₂O,

2S + 4O₂ → 2SO₄^2-

- окисление озоном:

3H₂S + O₃→ 3S↓ + 3H₂O,

3H₂S + 4O₃→ 3H₂SO₄

- окисление гидроксидом железа(III) в щелочной среде:

2Fe(OH)₃ + 3H₂S→ Fe₂S₃ + 6H₂O

- окисление гидроксидом железа(III) в нейтральной среде:

2Fe(OH)₃ + 3H₂S → 2FeS + S↓ + 6H₂O

Каждый из этих окислителей имеет свои особенности. Окисление сероводорода кислородом воздуха производят только в присутствии катализаторов – соединений переходных металлов, тиокислот и их солей, органических веществ. При обработке озоном происходит одновременно дезодорация и обеззараживание воды. Очистка с помощью гидроксида железа (III) очень эффективна при высоких содержаниях сероводорода.

Биохимический метод основан на способности некоторых микроорганизмов, называемых серобактериями, окислять сероводород в процессе своей жизнедеятельности. В результате образуется сера, которая окисляется до серной кислоты:

H₂S + O₂ → (бактерии) → 2H₂O + 2S↓

2S + 3O₂ +2H₂O → 2H₂SO₄

Следовательно, для окончательной очистки воды и поддержания активной деятельности серобактерий необходимо нейтрализовать серную кислоту. Нейтрализация обеспечивается соответствующим содержанием в воде карбонатов.

Кроме того, при использовании биохимического метода необходимо создавать специальные условия для обеспечения существования и развития серобактерий: следить за наличием в воде азота, фосфора, калия и др. микроэлементов, поддерживать температуру и pH. Это существенно ограничивает распространение биохимического метода очистки.

Применение того или иного метода зависит от состава воды и в частности концентрации в ней сероводорода. При низких концентрациях сероводорода и pH воды менее 9 чаще всего применяют физический метод.При высоких концентрациях сероводорода широко применяют физико-химический метод, который заключается в предварительном подкислении воды до pH< 5 для перевода сернистых соединений в растворимую форму с последующим их удалением аэрированием. Также аэрирование часто комбинируют с биохимическим методом, что позволяет эффективно снижать содержание сероводорода.

Таким образом, правильный выбор метода очистки обеспечивает эффективное удаление сероводорода из воды, что повышает длительность эксплуатации промышленных и хозяйственно-бытовых систем водоснабжения за счет снижения их коррозии, а также повышает органолептические показатели качества воды.

Список литературы

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001. — 743 с.

2. Малин К. М. Справочник сернокислотчика. — М.: химия, 1971. — 741 с.

3. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей" 7-е изд. т.3 — Л.: Химия 1976. — 398 с.

4. Бусев А. И., Симонова Л. Н. Аналитическая химия серы. — М.: 1975. — 272 с.