حذف گازهای موجود در آب
حذف گازهای موجود در آب به روش فیزیکی
حذف گازهای موجود در آب به روشهای مختلفی از جمله هوادهی،هوازدایی آب سرد،هوازدایی آبگرم به کمک بخار،جذب سطحی،روش شیمیایی و رزینهای یونی صورت میگیرد.
حذف گازهای موجود در آب با روش هوادهی
در این روش حذف گازهای موجود در آب به روش هوادهی، آب از بالای صفحات مشبکی به پایین ریخته می شود .
در نتیجه به صورت فیلم یا قطرات ریزی در می آید که در اثر افزایش فشار جزئی اکسیژن و کاهش فشار جزئی دیگر گازها، گازها از آب خارج می شوند. این روش برای حذف گازها بجز اکسیژن بکار می رود.
حذف گازهای موجود در آب به روش هوازدایی آب سرد
در روش حذف گازهای موجود در آب به روش هوازدایی آب سرد در این روش هیچ هوایی دمیده نمی شود. بلکه با ایجاد خلاء باعث می شود که اکسیژن و دیگر گاز های محلول در آب از آن خارج شوند.
حذف گازهای موجود در آب به روش هوازدایی آب گرم به کمک بخار
در این روش با افزایش دمای آب توسط بخار، دمای آن را به دمای اشباع در فشار داخل هوازدا می رسانند هم چنین به دلیل افزایش فشار جزئی بخار آب فشار جزئی سایر گاز های محلول در آب کاهش می یابد بنابراین گاز اکسیژن و دیگر گازها از آب جدا می شوند.
حذف گازهای موجود در آب به روش جذب سطحی
در این روش با استفاده از مواد جاذب، بصورت فیزیکی گاز را حذف می کنند.
حذف گازهای موجود در آب به روش های شیمیایی حذف گازها
علاوه بر روش های مکانیکی می توان از روشهای شیمیایی مانند روش تبادل یونی و با افزودن موادی که با گازهای محلول در آب واکنش داده و آنها را حذف نماید بهره برد.
حذف گازهای موجود در آب به روش رزینهای یونی هیدروژنی
در این روش با استفاده از رزین های تعویض یونی مبادرت به حذف گاز مربوطه می کنند.
حذف گازهای موجود در آب به روش اکسیداسیون با مواد شیمیایی
میتوان با افزودن مواد شیمیایی خاص، گازها را حذف نمود مثلا برای حذف اکسیژن میتوان از هیدرازین و یا مواد دیگر استفاده نمود.
گازهای محلول در آب
مهمترین گازهای محلول در آب عبارتند از: اکسیژن، کلر، دی اکسید کربن. آمونیاک، و هیدروژن سولفوره. حذف این گاز ها بیش از پیش واحدهای تصفیه یونی، یا به خاطر حفظ سلامتی رزین ها و یا بخاطر بهبود کار آنها لازم است.
دی اکسید کربن (co2)
دی اکسید کربن در بیشتر آبهای سطحی به مقدار کم (کمتر از۵ppm) وجود دارد. اما در آبهای زیر زمینی به مقدار قابل توجهی تا حدود چند صد ppm وجود دارد. و مهمترین منشاء آن تجزیه مواد آلی است.
همانطوریکه دی اکسید کربن در آب در تعادل کربناتی شرکت دارد در اولین مرحله کار رزین های تصفیه آب، یعنی رزین های کاتیونی هیدروژنی، بی کربنات بصورت اسید کربنیک در می آید .
اسید کربنیک به آب و دی اکسید تجزیه میشود
این دی اکسید کربن را میتوان با روش مکانیکی، چه هوادهی و چه با هوازدای آب سرد حذف کرد. اگر رزین تبادل یونی را (R)-H نمایش دهیم، فرمولهای واکنش ها به صورت زیر خواهد بود.
CO2+H2O+CaCo3——-Ca(HCO3)2 (۱)
(R)-H+Ca(HCO3)2——2H2CO3+(R)-Ca (۲)
CO2+H2O——2H2CO3 (۳)
اکسیژن (O2)
اکسیژن محلول در آب تغذیه بویلر بخار ( دیگ بخار )را معمولا توسط هوازدا به روش مکانیکی از آب حذف می کنند اما اولا به خاطر آنکه هوازدا عملا نمی تواند غطت اکسیژن را به حد مطلوب کاهش دهد و ثانیا نشت هوا به داخل بعضی از اجزاء سیستم انتقال آب به داخل بویلر، مقداری اکسیژن محلول در آب خواهیم داشت.
خوردگی
اکسیژن می تواند در دماهای بالا باعث خوردگی شود که مهم ترین آن نوعی خوردگی بنام Pitting است که قسمت بسیار کوچکی از فلز مورد حمله قرار می گیرد.
بنابراین برای تکمیل حذف اکسیژن به روش مکانیکی باید از روش شیمیایی برای حذف اکسیژن هم سود برد. برای حذف شیمیایی اکسیژن محلول در آب از مواد مختلفی می توان استفاده کرد.
یکی از این مواد سولفیت سدیم است که به خاطر ارزان بودن و سهولت کار کردن زیاد مصرف می شود. واکنش حذف شیمیایی اکسیژن توسط سولفیت سدیم بصورت زیر است:
۲Na2SO3+O2——2Na2SO4 (۴)
از نظر تئوری هر ppm ۷.۸ سولفیت سدیم می تواند ۱ ppm اکسیژن را حذف کند اما در عمل به خاطر ناخالصی و نیز اتلاف مقداری از سولفیت سدیم بخاطر بلو دان، ۱۰ برابر مقدار کسیژن، سولفیت سدیم به کار می برند.
برای اطمینان از حذف کامل اکسیژن، لازم است که همیشه مقداری سولفیت سدیم در آب بویلر باقیمانده باشد. معمولا سولفیت سدیم باقیمانده در آب بویلر در حدود ppm ۳۰-۲۰ توصیه می شود.
استفاده از سولفیت سدیم دو عیب دارد اول آنکه این ماده باعث افزایش TDS می شود ثانیا در فشار های بالا سولفیت سدیم میل به تجزیه به دی اکسید سولفور و هیدروژن سولفوره دارد که هر دو گاز اسیدی بوده و باعث پایین آمدن PH و در نتیجه خوردگی می شود.
هیدرازین یک ماده شیمیایی که برای حذف اکسیژن موجود در آب از آن استفاده میشود و عیب سولفیت سدیم را ندارد. واکنش جذب اکسیژن توسط هیدرازین به صورت زیر است:
N2H4+O2——2H2O+N2 (۵)
تجزیه هیدرازین، باعث ایجاد آمونیاک و نیتروژن می شود. آمونیاک باز است و در نتیجه باعث کاهش PH نمی گردد اما اگر مقدار آمونیاک زیاد باشد می تواند در مجاورت اکسیژن در اتصالات مسی باعث خوردگی شود.
۳N2H4+O2 ——-4NH3+N2 (۶)
هیدرازین یک ماده سمی است و باید مانند هر ماده سمی دیگری با احتیاط با آن کار کرد.
مقدار هیدرازین لازم برای حذف اکسیژن مساوی غلظت اکسیژن در آب است اما در عمل یک و نیم تا دو برابر اکسیژن تزریق می کنند.
برای جلوگیری از ایجاد آمونیاک زیاد در آب بویلر باید غلظت هیدرازین باقیمانده در آب ازppm 1/0 بیشتر نباشد. سرعت واکنش هیدرازین با اکسیژن کمتر از سولفیت سدیم است.
هیدروژن سولفوره (H2S)
مقدار هیدروژن سولفوره ازاد بستگی به PH دارد. برای حذف مکانیکی هیدروژن سولفوره از روش هوادهی استفاده می کنند برای حذف هر چه بیشتر هیدروژن سولفوره قبل از هوادهی، PH آب را با اسید سولفوریک یا اسید کربنیک و با عبور گاز دودکش تا حد امکان کاهش می دهند.
با روش هوادهی غلظت هیدروژن سولفوره را می توان به حدود ۱ ppmبرای حذف شیمیایی هیدروژن سولفوره باقیمانده، از کلر استفاده میکنند کلر، هیدروژن سولفوره را اکسید کرده و به اسید سولفوریک تبدیل می کند.
H2S+4Cl2+4H2O——- H2SO4+8HCl (۷)
اسید حاصل توسط قلیاییت آب خنثی می شود برای اکسیداسیون هر ppm 1هیدروژن سولفوره، به ppm 8 کلر احتیاج است.
کلر (Cl2)
حذف کلر باید قبل از تعویض یونی انجام شود چون کلر به خاطر داشتن قدرت اکسیداسیون باعث صدمه دیدن بسیاری از رزین های تعویض یونی می شود برای حذف کلر از چند روش استفاده می شود:
- پودر ذغال را به تانک انعقاد سازی تزریق میکنند تا با کلر باقیمانده در آب ترکیب شود.. ولی معمولا کلر را با فیلتراسیون حذف میکنند به این صورت که ذرات داخل فیلتر را از ذغال انتخاب میکنند.
۲CL2+C+2H2O——4HCL+CO2 (۸)
اسید تولیدشده با قلیاییت آب خنثی میشود.
- میتوان محلول سولفیت سدیم یا بی سولفیت سدیم را به داخل آب ورودی به دستگاههای تعویض یونی تزریق کرد تا با کلر طبق روابط زیر ترکیب شود:
Na2SO3+Cl2+H2O——Na2SO4+2HCI (۹)
۲NaHSO3+2Cl+2H2O——-Na2SO4+4HCl +H2SO4 (۱۰)
- میتوان از فیلتر های فشاری که ذرات داخل آن سولفیت کلسیم است استفاده کرد. کلر محلول در آب در اثر عبور از این نوع فیلترها با سولفیت کلسیم طبق رابطه زیر ترکیب می شود:
CaSO3+Cl2+H2O——CaSO4+2HCl (۱۱)
مشکل عمده استفاده از سولفیت کلسیم قیمت زیاد آن در مقایسه با سولفیت سدیم است اما این مزیت را دارد که سرعت عبور آب در فیلترهای حاوی سولفیت کلسیم زیاد است و در حدود gaL/min.ft2 30-16 برای یک بستر به عمق ۳۶-۳۰ اینچ میباشد.
در حالی که در فیلترهای حاوی ذغال دبی آب gaL/min.ft2 3-5 میباشد از اینرو فیلترهای حاوی ذرات سولفیت کلسیم بسیار کوچکتر از فیلترهای حاوی ذرات ذغال است.
آمونیاک NH3
آمونیاک در آب به مقدار زیادی قابل محلول است، از این رو حذف آمونیاک با هوازدا کار مشکلی میباشد.
در مورد آبهای صنعتی که مقدار آمونیاک کم است کمتر از روش مکانیکی استفاده میشود ولی در مورد فاضلابها که مقدار آمونیاک قابل توجه است با هوادهی مقدار آمونیاک را کاهش میدهند.
برای حذف شیمیایی آمونیاک از کلر استفاده میکنند و محصول نهایی آن ازت و اسید کلریدریک است البته طبق واکنش های زیر محصولات واسطه ای هم تولید میشوند.
۲NH3+2Cl2————2NH2Cl+2HCl (۱۲)
NH2Cl+ NHCl2—————-N2+3HCl (۱۳)
برای اکسیداسیون هر ppm آمونیاک PPM ۱۰ کلر لازم است و در PH=7-9 حدود دو ساعت برای انجام واکنش لازم است.
حلالیت گازها در آب در دماهای مختلف
قابلیت انحلال گازها در آب