ПРИЛОЖЕНИЕ В

ХАРАКТЕРИСТИКИ И УДАЛЕНИЕ ГАЗОВ ИЗ ВОДЫ

Хотя в книге уже описано много методов удаления газов из воды, мы полагаем, что представленная в этом приложении информация о характере и поведении некоторых газообразных веществ, с которыми можно столкнуться в процессе водоочистки, может быть полезна.

А. Кислород (O₂) наиболее распространенный элемент на земле, обеспечивающий жизнь животных и людей. Кислород считается наиболее реактивным элементом; он легко взаимодействует с другими элементами, образуя различные соединения и ионы. В воде кислород существует в молекулярной, а не ионной форме. В атмосфере (на уровне моря) содержится приблизительно 23% О₂. Любая вода, будь то озеро или стакан воды, соприкасающаяся в течение нескольких часов с воздухом, поглощает кислород. Растворенный кислород присутствует в большинстве поверхностных водных источников, но редко встречается в подземных. Небольшое содержание кислорода придает воде желаемый вкус, как это происходит с водой, прошедшей через сеточку аэратора водопроводного крана.

Хотя процесс аэрации используется для снижения концентрации и удаления из воды посторонних газов, при нем происходит противоположная реакция - поглощение кислорода аэрируемой водой. Любая аэрируемая вода содержит повышенные концентрации кислорода. В определенных условиях, этот кислород играет положительную роль - окисляет растворенное железо, марганец и некоторые органические вещества. Но с другой стороны, при повышении содержания кислорода повышается коррозионность воды. Когда кислород встречается вмести с углекислым газом (СО₂), агрессивность воды повышается еще больше. Избыточное содержание кислорода может вызвать сильную коррозию резервуаров горячей воды. Кислород, подобно другим газам, содержащимся в воде, чувствителен к температуре. Чем выше температура воды, тем ниже содержание растворенного газа. При 69°F (20°С) один объем О₂ растворяется в 32 объемах воды. При 212°F (100°С), кислород в воде может вообще отсутствовать.

Удаление: В промышленных установках кислород может быть удален из воды с помощью деаэрационных нагревателей и вакуумной деаэрации. Также удалить кислород из воды могут некоторые химические соединения, включая сульфит натрия (8 мг/л (ppm), чтобы удалить 1 мг/л (ppm) кислорода), гидразин и тан-нат натрия. Также кислород поглощается во время ионообменного процесса, загрузкой в котором выступает сильноосновной анионит I Типа в сульфитной форме. В домашних условиях, когда другие способы не применимы, для сни-
жения содержания кислорода рекомендуется использовать полифосфаты или силикат натрия, которые, обеспечивая покрытие металлических поверхностей труб, помогут контролировать коррозию.

B. Углекислый газ (СО₂) - тяжелый бесцветный газ, не поддерживающий процесс горения и использующийся поэтому в огнетушителях. Он может образовываться либо в процессе окисления, или разложения органических веществ. Углекислый газ поглощается растениями в процессе фотосинтеза, в результате которого выделяется кислород. В сжатом состоянии углекислый газ превращается в сухой лед, который обеспечивает газированным напиткам их «шипение». Углекислый газ встречается практически во всех источниках воды. Частично он поглощается из атмосферы (которая содержит всего около 0.03% СО₂), частично попадает в воду вместе с органическими кислотами, образующимися при разложении растений. При растворении в воде углекислый газ образует нестойкую слабую кислоту (Н₂СО₃), что ведет к снижению pH воды, что, в свою очередь, повышает ее коррозионность и агрессивность при взаимодействии с любыми металлами. При открытой аэрации углекислый газ, обладающий высокой летучестью, удаляется из воды первым, способствуя повышению pH.

Удаление: В большинстве промышленных установок для удаления СО₂ и повышения pH используется щелочь - растворы гидроокиси натрия (каустическая сода) или карбоната натрия (кальцинированная сода). Кальцинированная сода также используется в коммерческих и домашних условиях. Однако в домашних условиях наиболее популярным способом повышения pH воды является использование кальцитных или кальтно/магнезиевых фильтров, который избавляет от необходимости использования опасных химических соединений.

C. Хлор (Сl) - газообразное вещество, которое в естественных условиях в воде не встречается. Причиной его появления в воде является процесс ее хлорирования - либо прямого впрыскивании газообразного хлора, либо добавления хлорсодержащих соединений. Хлор относится к наиболее реактивным химическим веществам. Процесс хлорирования - наиболее распространенный метод дезинфекции, используемый централизованными муниципальными станциями водоочистки. При обработке воды из частных скважин хлор может использоваться как для дезинфекции, так и в качестве сильного окислителя для удаления из воды цветности, сероводорода, железа или марганца. Хлор, подобно другим газам, чувствителен к температуре и pH. При растворении газообразного хлора или гипохлорита натрия/ кальция в воде образуется гипохлористая кислота (НОСl). Это вещество обладает дезинфицирующими и отбеливающими свойствами. При pH выше 7.5 гипохлористая кислота диссоциирует с образованием гииохлористого иона (ОСl), окисляющий и дезинфицирующий потенциал которого значительно слабее. При очень низком pH гипохлористая кислота может превращаться в соляную (НСl). Кроме того, хлор может соединяться с некоторыми присутствующими в воде азотными соединениями с образованием хлораминов.

Удаление: В промышленных условиях дехлорирование проводится с помощью раствора сульфита натрия. В домашних условиях хлор удаляют с помощью гранулированного, порошкообразного или фасованного активированного угля, который восстанавливает хлор до хлоридов. Специальная металлическая редокс-загрузка* также используется для дехлорирования, либо сама, либо как слой в сочетании с гранулированным активированным углем. В процессе аэрации улетучивается только свободный газообразный хлор.

D. Сероводород (H₂S) - бесцветный легковоспламеняющийся легко растворимый в воде газ, который в высоких концентрациях токсичен для людей и который тяжелее всего полностью удалить в домашних условиях. Даже при такой низкой концентрации сероводорода, как 0.25 мг/л (ppm), вода будет издавать неприятный запах тухлых яиц и быть высоко коррозийной по отношению к металлам. Сероводород, железо и марганец называют «проблемным трио» водоподготовки. Вода с повышенным содержанием сероводорода (также известная как «серная вода») часто встречается на Восточном Побережье и в районе Великих озер США. Этот неприятный газ в естественных условиях образуется в результате распада органических соединений серы, химического восстановления сульфатов (SO₄) или в процессе жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Другие источники сероводорода - дым сигарет и побочные продукты очистки нефти. Растворимость сероводорода в воде вдвое выше, чем углекислого газа. Он быстро соединяется с другими веществами, при высоком pH превращаясь в гидроксильный ион и при низком значении pH - в гидросульфурную кислоту.

Удаление: В целом, городские водоочистные заводы часто используют аэрацию для удаления сероводорода. Сероводород либо удаляется из воды, либо преобразуется при помощи окисления в элементарную серу, которая выпадает в осадок. В большинстве общественных водоочистных установок применяется дезинфекция хлором, который окисляет и удаляет остаточный сероводород. Для обработки воды в домашних условиях для удаления сероводорода используется открытый аэратор с последующим применением фильтра с марганцевым цеолитом для удаления остаточного сероводорода. Вторым методом водоочистки в домашних условиях является хлорирование для прямого окисления с последующей фильтрацией на гранулированном активированном угле.

E. Метан (СН₄) Часто называемый болотным газом, метан встречается как компонент природного газа (85 процентов), в угольном газе и образуется в результате разложения растительности в болотах. Метан может быть произведен анаэробным разложением удобрений и других сельскохозяйственных отходов. Этот газ может быть обнаружен в водных источниках заболоченных земель, районов месторождений нефти и возле территорий мусорных свалок.

Молочный оттенок воды, который не рассеивается в стоячей воде, часто свидетельствует о присутствии в водном источнике метана. Являясь инертным газом, который не ионизируется, метан существует в воде только в «свободной» форме; он не взаимодействует с другими веществами с образованием новых соединений. Этот газ имеет небольшую растворимость. Метан в основном без цвета, вкуса и без запаха, но очень огнеопасный и взрывоопасный.

Удаление: Метан невозможно удалить никакими адсорбционными средствами. Проветривание (открытая аэрация) - наиболее распространенный способ снижения его содержания. Любая система проветривания должна включать вытяжной вентилятор с принудительным воздушным сквозняком для вытеснения свободного метана во внешнюю атмосферу. Электрические контроллеры и двигатели на этих системах должны быть взрывобезопасными.

F. Радон (Rn) Этот радиоактивный газ с коротким периодом полураспада бесцветен и не имеет никакого вкуса или запаха. Радон - это продукт естественного процесса распада ряда урано-радиевых радионуклидов. В последнее время, этому веществу уделяется большое внимание организацией по охране окружающей среды, его присутствие в атмосфере может быть причиной рака легких. Наиболее сильно воздействию радона подвергаются шахтеры. В замкнутых пространствах радона, попадающий из подземных источников, может накапливаться до опасных концентраций. Радон классифицируется как благородный газ: он инертный в воде, как метан и кислород, и существует только в «свободной» форме. Он не взаимодействует с другими веществами в воде, не образует ионы, довольно хорошо растворим. Этот газ используется в медицине для лечения заболеваний мочевого пузыря и кожи, а так же для некоторых заболеваний лимфатической системы.

Удаление: Радон можно удалить проветриванием, используя системы аэрации с вытяжным вентилятором и принудительным воздушным сквозняком для вытеснения свободного метана во внешнюю атмосферу, где происходит его распад. Вытяжной вентилятор должен быть установлен на режим круглосуточного действия. Следующим шагом является проведение аэрированной воды через адсорбционный фильтр с гранулированным активированным углем для удаления остаточного радона. Более низкие концентрации радона в источниках водоснабжения - меньше чем 5 000 пикокюри на литр - можно эффективно удалить с помощью фильтрации сквозь слой гранулированного активированного угля толщиной 2-4 куб. футов для обработки целого дома.