Удаление кислорода из воды

1.    Для чего нужна дегазация и какие проблемы вызывает кислород в воде?

Кислород появляется в воде по естественным причинам и в растворенном виде.  Удаление его очень важный процесс обработки в промышленном производстве. Полностью удалить все газообразные вещества невозможно. Максимальная степень очистки составит 99,9%. Для некоторых сфер использование воды не повышенным содержанием кислорода воздуха недопустимо, например, в котельных и теплообменниках.

Содержание кислорода приводит к образованию коррозии труб и тепловых сетей. Так как он является сильным окислителем. Способствует снижению переноса тепла с паром.

В оборудовании, которые переносят холодную воду содержание кислорода не должно быть выше 0,2 мл на 1 литр. Горячая вода транспортируется с температурой 70 градусов. И в ней так же присутствует кислород. Для защиты от коррозийных отложений концентрация кислорода снижается до 0,07 мл на 1 литр. Системы парового отопления работают при давлении в 17,5 кг/см2 и содержание кислорода в воде не должно превышать значение 0,02 мл на 1 литр. При высоком давлении допустимые показатели значительно снижаются, до 0,0035 мл на 1 литр.

2.    Способы удаления кислорода

Есть два способа удаления кислорода из воды: химический и физический. Удаление молекул свободного кислорода во избежание коррозии зависит от температуры и объема фильтруемой воды. В системах питательной воды присутствие кислорода варьируется от 0,07 мл/л до 0,2 мл/л.

Дегазация с помощью реагентов.

Принцип работы системы: Поток воды направляется в сепаратор пузырьков. В нем происходит удаление свободного воздуха и микропузырьков. Фильтрация проходит в режиме непрерывного цикла. Трубка сепаратора создает области, в которых осуществляется переход потока из турбулентного в ламинарный. Создаются оптимальный условия для отделения элементов воздуха, без дополнительного гидравлического сопротивления. Для того чтобы связать пузырьки воздуха между собой в воду добавляется реагент, из расчета 8 мг химического вещества на 1 мг кислорода. Реагент подается дозировано и контролируется сохранением избыточного содержания сульфит-ионов в концентрации от 2 до 3 мг/дм3. Добавление реагента осуществляется непосредственно в трубопровод добавочной или подпиточной воды. Но нельзя допускать контакта химического вещества с уже обработанной водой. Реагент дозируется с частотой разбавления от 4 до 10 раз. Рекомендуется применять реагенты, имеющие способность объединять углекислоту и кислород: Jurbysoft или аналоги. Также используется сульфит натрия или бисульфит натрия. Такой подход оптимален для любой сферы производства. Для правильной дозации реагента используется дозирующий насос, расходомер и, собственно, емкость для химического вещества. Важна точная и равномерная подача реагента в воду. Наиболее лучший результат достигается путем параллельного нагрева воды, выше 70 градусов. В процессе дегазации могут возникнуть условия для избытка оксида серы и его концентрации в пределах 2-3 мг на 1 литр.

Рис 1. Схема дозирования реагентов

 При обескислороживании воды сульфитом натрия, сернистого газа или гидразина происходят следующие реакции:

2Na2SO3 + О2 → 2Na2SO4

 Добавленный в воду сернистый газ провоцирует химическую реакцию и превращается в сернистую кислоту:

 SO2 + Н2О → H2SO3,

А она, при помощи растворенного кислорода окисляется до серной кислоты:

 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4

Гидразин является универсальным реагентом, способным практически полностью удалить молекулы свободного кислорода из воды.

Гидразин подается вводу и связывает кислород, способствуя выделению инертного азота:

N2H4 + O2 → 2H2O + N2

Такой метод быстрый, но экономически не выгоден, из-за стоимости реагента. Поэтому его используют в промышленном производстве качестве дополнительной обработки. Гидразин относят к веществам первой степени опасности, поэтому у него ограниченная сфера использования.

Вакуумная дегазация. Способ позволяет удалить не только кислород, но и другие газы, такие как метан и угольную кислоту. Для процесса необходимо снизить давление до кипения воды. При этом растворимость всех газов, которые находятся в воде снижается до нулевой отметки. Процесс проводится в специальных камерах – дегазаторах. Эжектор помогает создать вакуум. Весь газ, который выделяется из воды, в том числе кислород, утилизируется. Используются установки в промышленности, для очистки сточных вод.

Широко применяются такие устройства как дегазаторы. Бывают плёночные или барботажные. Для удаления кислорода применяется второй вариант. В дегазаторах происходит продувка сжатого воздуха сквозь воду, которая проходит очень медленно. Для удаления кислорода производится нагревание.

Мембранная технология. Предназначена для глубокой степени очищения до 1 мкг на 1 литр. Дегазация осуществляется с помощью специальной мембраны гидрофобного типа. Поток воды проходит через нее, оставляя молекулы кислорода в исходной воде. Актуален такой метод для дегазации питательной воды паровых и водогрейных установок. Для большей очистки, при условии содержания кислорода меньше 1 мкг на 1 литр, проходит двухступенчатая дегазация. Для этого осуществляется вакуумирование и сдувка газом до 100 мкг на 1 литр.

Рис. 2 Мембранный дегазатор

Термический способ. Основан на повышении температуры воды до 70 градусов и её соприкосновении с большой площадью железного перфорированного листа. Весь, находящийся в воде, кислород уходит на образование коррозийных отложений. По времени процесс занимает минут 30. Кроме листа используется лом. Используемое оборудование имеет большие габариты и оборудовано песочными фильтрами. Сложная эксплуатация и большие расходы на обслуживание практически исключили метод из практики.

Еще один вариантов – применение сернистонатриевой соли. Но этот способ выгоден экономически только в случае предварительной деаэрации, в ходе которой производилось удаление кислорода. При дегазации 1 кг кислорода требуется более 8 кг сернистонатриевой соли. То есть это примерно 30 мг на каждый литр воды. Реже используется серножелезистая соль. Сначала ее обрабатывают едким натром.

 3.    Выводы

Содержание в воде свободного кислорода влияет на коррозийность жидкости в отношении арматуры, трубопровода. Это делает невозможным её использование для системы горячего водоснабжения, в некоторых производствах химической промышленности, АЭС.Очень широко распространен в промышленном производстве вакуумный дегазатор. Его использование целесообразно экономически. Площадь поперечного сечения определяется исходя из расхода воды и орошения насадки. При обработке химическими средствами важно помнить, что повышение температуры жидкости, при добавлении катализаторов, увеличивает скорость окисления и дегазации в общем. Приготовление и дозация реагентов до необходимой концентрации производится с помощью дозаторов, баков-мешалок. В расчётах фильтрации со стальной кружкой средняя скорость от 25 до 100 м/ч. Длительность контакта составляет 25 минут и более. Зависит от температуры. Расход составляет на 1 кг кислорода 5 кг реагента.

Удаление кислорода может производиться с помощью электронно-ионообменных смол. Их восстановительная способность 500 г/экв-м3 (по кальцию). При расчетах высоты слоя берется среднее значение 2 при скорости фильтрования 20 м/ч. Регенерация происходит раствором сульфита или тиосульфита натрия в процентовке 1-2.

Выведение свободного кислорода из воды является обязательным условием во многих сферах производств, в частности в системах горячего водоснабжения, котельных. Выбор метода просчитывается экономически и по степени дегазации. Часто методы комбинируют, чтобы снизить количество подаваемого реагента, избежав тем самым дополнительного окисления и появления продуктов распада.