Вода в химической промышленности. Использование воды на нужды промышленности

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:

1. 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.
2. Как теплоноситель (в виде горячей воды и пара) и хладагента для обогрева и охлаждения аппаратуры.
3. 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:

1. Насосная станция;
2. Градирня (бассейн);
3. 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:

1. Технологическая установка (цех);
2. Насосная станция;
3. Градирня (бассейн);
4. Очистные сооружения;
5. 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

Анна Титова, главный специалист по водоподготовке ООО "Осмос", специально для www.сайт

Использование воды в промышленности

В современном мире с его высокоразвитыми технологиями все большее значение приобретает качество исходного сырья и сопутствующих технологическому процессу продуктов. Наиболее часто в производственных процессах используется вода. Поэтому на предприятиях различных отраслей промышленности стоит задача получить воду, соответствующую определенным требованиям.

Можно обозначить следующие направления использования воды в технологическом процессе:

Вода выступает в качестве сырья для конечного продукта. Например, в пищевой промышленности, в производстве косметических средств, лекарственных препаратов, автокосметики и т.д. В этом случае от применяемой воды напрямую зависит качество получаемого продукта и его конкурентные преимущества.

Вода используется в технологическом процессе. Например, для линий гидроабразивной резки, для линий порошковой окраски, в электронной промышленности. В этом случае от параметров воды может зависеть надежность и срок работы используемого оборудования (как правило, дорогостоящего) или качество получаемого изделия.

Вода сопутствует технологическому процессу, как, например, оборотная вода систем охлаждения, нагрева, кондиционирования и т.п. От ее качества зависит срок службы коммуникаций.

Параметры используемой в промышленности воды

Для разных отраслей промышленности существуют свои требования к параметрам используемой воды.

Условно можно выделить основные категории, согласно которым нормируется качество воды.

Вода питьевая. Требования к питьевой воде в Российской Федерации регламентируются СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды». Питьевая вода необходима в пищевой промышленности, производстве алкогольных и безалкогольных напитков, для обеспечения питьевых нужд сотрудников предприятий.

Вода дистиллированная . Требования к такой воде изложены в «ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия». Основным показателем, определяющим качество дистиллированной воды, является ее электропроводность, которая должна быть не более 5 мкСм/см. Может также использоваться обратная электропроводности величина - электрическое сопротивление - для дистиллированной воды оно должно быть не менее 200 кОм*см. Дистиллированная вода требуется на многих химических производствах, в лабораториях, на типографиях и т.д.

Вода деионизованная . Понятие деионизованной воды достаточно условное - для разных технологических процессов требования к такой воде могут быть разные. Основным параметром, относительно которого нормируется деионизованная вода, является ее электрическое сопротивление. В зависимости от назначения, может требоваться получение воды с сопротивлением 500 кОм*см и более. Деионизованную воду используют в электронном приборостроении и во многих других технологических процессах.

Вода сверхчистая . Такая вода не должна содержать практически никаких ионов солей. Сопротивление сверхчистой воды составляет 12-18 МОм*см. Такая вода применяется в микроэлектронике, при выращивании кристаллов и т.д.

Вода специального назначения , нормируемая по параметрам, важным для конкретного технологического процесса. Например, может не допускаться концентрация каких-либо отдельных ионов или органических веществ выше заданной величины. Разработаны нормативы к воде для гальванического производства, для паровых котлов, для аквариумов и океанариумов и т.д.

Как мы видим, для различных областей промышленности может требоваться вода совершенно разного качества. Но есть одно требование, общее для всех предприятий - это СТАБИЛЬНОСТЬ результата.

Именно по этой причине, сегодня в промышленной водоподготовке наибольшее распространение получили мембранные системы водоочистки . Отличие таких систем от традиционных накопительных (сорбенты, ионообменные смолы, обезжелезивающие материалы) в том, что в процессе фильтрации они не накапливают внутри себя загрязнения, а механически отделяют их. Этот принцип исключает вероятность попадания нежелательных примесей в очищенную воду. Благодаря такой технологии, даже при значительном ухудшении параметров исходной воды, качество очищенной воды остается стабильно высоким.

Подробнее о методе мембранной фильтрации Вы можете прочитать в статьях на http://www.osmos.ru/prom/info.html

Можно выделить основные типовые схемы комплексов водоподготовки :

Получение питьевой воды

• Установка обратного осмоса требуемой производительности;
• Блок кондиционирования - фильтр с загрузкой из активированного угля;

Получение дистиллированной воды

• Блок предварительной очистки (если требуется)
• Емкости для запаса очищенной воды.

В некоторых случаях (при малом солесодержании исходной воды) может быть достаточно применения одноступенчатого обратного осмоса.

Такая схема водоподготовки является экономически выгодной альтернативой применяемым ранее дистилляторам-испарителям, потребляющим большое количество электроэнергии.

Получение деионизованной и сверхчистой воды.

• Блок предварительной очистки (если требуется);
• Установка двухступенчатого обратного осмоса требуемой производительности;
• Емкости для запаса очищенной воды;
• Блок глубокой очистки - фильтры с ионообменной смолой в Н+ и ОН- форме (если требуется).

Благодаря стабильно высокому качеству воды на выходе со второй ступени обратного осмоса, ресурс ионообменных смол в Н+ и ОН- форме становится очень высоким. Поскольку подобные смолы являются дорогостоящими, использование перед ними установок двухступенчатого обратного осмоса позволяет существенно снизить эксплуатационные затраты на замену смол.

Следует обратить внимание что «время жизни» высокочистой воды измеряется секундами, при контакте с воздухом вода мгновенно впитывает в себя углекислый газ, который, превращаясь в гидрокарбонаты, понижает электрическое сопротивление воды. Поэтому блок глубокой очистки должен находиться в непосредственной близости с точкой использования очищенной воды.

При проектировании комплексной системы водоподготовки для конкретного технологического процесса необходимо учитывать данные анализа исходной воды, требования к очищенной воде, необходимый суточный и пиковый расход очищенной воды, условия для размещения оборудования.
Задача эта нелегкая, поэтому при выборе оборудования необходимо обратиться к профессионалам.

Данная статья подготовлена компанией «Осмос».

ООО «Осмос» уже более 10 лет занимается разработкой и производством систем очистки воды на базе мембранной технологии, проектированием систем водоподготовки.

Человек зависит от воды ежедневно и повсеместно. По сути, сферы ее использования можно разделить на личную, бытовую и производственную. Требования к личной, довольно высоки. Ведь, мы хотим пить только , готовить на ней и купаться в душе, без риска навредить своему организму.

Но и в бытовом аспекте, степень чистоты должна контролироваться. В поливе, уборке, глажке, для работы множества домашних приборов также нужно знать, чем пользоваться. Например, обрабатывая ткани жесткой водой, уже через пару месяцев Вы увидите неутешительные результаты. Соли жесткости начинают оседать на одежде, портя ее. Подобное происходит и в организме, но значительно медленнее. Излишек минералов, металлов и солей оседает в почках, возникают песок и камни. Только, к примеру, с чайника накипь вывести труда не составит, а вот со своим организмом Вы такого чуда не сотворите.

Даже бытовая вода должна быть чистой

Очистка для технических нужд не менее важна, а иногда это основоположный фактор. Есть основные технические правила, и поэтому, многие этапы рабочих процессов .

Сделав выводы, можно сказать, что чистота воды одинаково важна в любой из сфер жизнедеятельности, дабы процессы проходили слаженно, не неся за собой разрушительных последствий.

Огонь, вода и медные трубы

Рассмотрим водные потребности в некоторых сферах промышленности:

• В крупнейшей отрасли — металлургии, чистая вода используется в огромных количествах, особенно, в производстве чугуна и стали. Когда эти металлы раскалены, их охлаждают. И важно, чтобы вода была мягкой, так как соли жесткости проникая в поры, влияют на прочность и качество продукции.
• Водоснабжение, также, одна из важнейших областей, ведь в системе постоянно образуются ил и накипь. С этим и связанны, так любимые нами, сезонные отключения. В эти дни проводится промышленная очистка и подготовка систем водоснабжения к отоплению. После горячей воды остается больше налета и накипи, чем после холодной и постоянно чистить трубы, естественно, никто не будет. Да и объемы воды поражают масштабом. Поэтому в фаворе недорогие методы, к примеру, безреагентный «Акващит».
• В сфере производства соков, напитков, пива и алкоголя, тоже необходима специальная мягкая вода, только высокого качества очистки и обеззараживания.
• Для потребностей микробиологии, химии, фармацевтики и медицины получают продукт сверхочистки. Это не просто чистая жидкость, у нее заданы определенные параметры качества – точное количества примесей, температура, рН.

Вода в металлургии нужна для качества продукции

Как происходит очистка

Как же выбрать правильный метод? Даже зная исходный источник, мы всё равно не можем точно предугадать, какое оборудование пригодится. Поэтому, первостепенно, делается точный химический анализ состава воды, которая идет на очистку.

Вода должна пройти несколько этапов, которые изменяются, исходя от нужд производства. Ниже представлены основные.

Предварительная фильтрация

Для устранения твердых примесей, песка, мутности, используют два вида фильтров: сорбционный (основа — активированный уголь) и механический (гравийная основа или сетка). Если в составе преобладает определенный загрязнитель, используют соответствующие устранители. К примеру, при большом количестве железа, применяют фильтр-обезжелезиватель.

Умягчение воды

Для этого в промышленности используют два способа:

• Электромагнитный, с помощью прибора, который отвечает за удаление накипи и солевых отложений в технических аппаратах.
• Ионообменный, с помощью гелеподобной смолы, которая задерживает соли жесткости.

Принцип работы ионообменного умягчителя для воды

Основная водоочистка

Обеззараживание

Убрав с воды примеси и взвеси, нужно позаботиться об удалении бактерий, грибков и другой микрофлоры. В промышленной дезинфекции есть два основных способа:

• Безреагентный – ультрафиолетовые лампы или более современное обеззараживание озоном. Последний, эффективен на 99,9% и абсолютно безопасен.
• Реагентный – более дешевый способ, заключается в введении химического реагента в воду. Такого как хлор, натрий хлор или фосфор.

Сточные воды

Отдельно из производственных отраслей, хочется отметить, очистку сточных вод. Под это понятие подпадают бытовые, хозяйственные, технические и атмосферные отходы, которые через канализацию попадают в водоемы. В условиях дефицита воздуха и объемного образования сероводорода, начинаются процессы «цветения». Также, в загрязнении участвует большое количество моющих средств, в состав которых входят поверхностно-активные вещества (ПАВ) и перекисные соединения. Именно они затрудняют растворение загрязнителей, так как способствуют сильному пенообразованию, нарушают кислородный обмен, негативно влияют на флору и фауну.

Сточные воды — проблема промышленности

Способы чистки

Очищают сточные воды различными способами, основные из них:

• Механический, подразумевает фильтрацию от нерастворимых примесей (с помощью решеток, пескоуловителей, маслоотделителей, гидроциклонов). Это самый дешевый и посредственный метод.
• Химический, проводится путем введения специальных реагентов. Используется в узкой направленности, так как, в ходе таких реакций происходит выделение газов и выпадение большого осадка.
• В физико-химический входит экстракция, коагуляция, кристаллизация, электролиз и ионный обмен.
• Биохимический, используют после механической обработки. Оставшиеся загрязнения поддают окислению микроорганизмами, которые способны осуществлять минерализацию органических частиц. Может проходить в естественных условиях (биологические пруды) и искусственных (аэротенки). А для дезинфекции обычно используют хлор или хлорную известь.

В аэротенках происходит биохимическая очистка

Очень часто на производстве применяют сразу несколько методов для повышения эффективности очистки. А оставшиеся осадки, от некоторых промышленных отраслей, отличное удобрение для сельского хозяйства.

ТМ «Наяда» занимается водоочисткой и внедряет самые современные методы уже 16-ть лет. Что бы оценить качество нашей продукции, на дом или на работу. Сама доставка осуществляется бесплатно, ежедневно и без выходных, в любой уголок Днепра (Днепропетровск), Каменского (Днепродзержинск) и пригорода Днепропетровской области. А заказ можно сделать прямо на страницах онлайн-магазина, после чего с Вами свяжется представитель компании.

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. 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 (НСО 3) 2 = СаСО 3 + Н 2 О

2Mg (HC0 3) 2 = MgC0 8 + 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. Общим солесодержанием, или сухим остатком, называют массу вещества, полученную в результа­те испарения воды и высушивания остатка при 105-110°С до по­стоянной массы. Сухой остаток измеряется в миллиграммах на литр.

Окисляемость воды обусловлена присутствием в воде органи­ческих примесей и определяется массой перманганата калия (в мг), израсходованного при кипячении 1 л воды с избытком КМпО 4 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 (0 2 и СО 2), 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 А1 2 (SO 4) 3 , FeSO 4 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 (А1 3 +, Fe 8 +), 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.

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,