Дегазация. Удаление сероводорода из воды

Сероводород и гидросульфиды способствуют значительной катализации процессов коррозии стали. Продуктом коррозии является сернистое железо FeS. Сернистое железо не образует плотной оксидной пленки на металле и не защищает железо от дальнейшей коррозии. Кроме того, наличие сероводорода в воде придает ей неприятный запах.

Удаление сероводорода

Удаление из воды сероводорода – процесс очистки воды с целью ее дезодорации и стабилизации физическими (аэрация), химическими (использование сильных окислителей) и биохимическими (окисление спец. бактериями) методами.

Сероводород в зависимости от рН воды может находиться в молекулярном состоянии Н2S и в виде ионов НS- и S2-. Аэрированием удаляется только та часть сероводорода, которая представлена Н2S (частично НS-). Полное удаление Н2S аэрированием возможно лишь при подкислении воды до рН<5. В этих условиях высокая концентрация водородных ионов подавляет диссоциацию сероводорода, поэтому большая часть его будет находиться в молекулярной форме, которая легко удаляется аэрированием.

Эффективным методом удаления сероводорода является аэрирование (удаляется 65-70%), которое производится в аэраторах различных типов. Оптимальные условия характеризуются определенным соотношением воздуха и воды, избыточное количество воздуха не увеличивает эффективности освобождения воды от сероводорода.

При аэрации вода, содержащая сероводород, приводится в соприкосновение с воздухом, где парциальное давление близко к нулю; благодаря этому создаются условия, при которых растворимость и концентрация H2S в воде становятся ничтожно малыми. Аэрационные установки, применяемые в технологии очистки воды от сероводорода, делятся на: пленочные дегазаторные, представляющие собой колонки, снабженные различными насадками, по которым вода стекает тонкой пленкой; пенные дегазаторные; барботажныедегазаторные, в которых через слой медленно дегазируемой воды продувается сжатый воздух; вакуумные дегазаторные, в которых с помощью вакуум-насосов, паро- или водоструйных эжекторов создается вакуум, вызывающий кипение воды при данной ее температуре.

Химический метод очистки обеспечивает наиболее полную дегазацию. При этом методе происходят в основном окисление сероводородных соединений или связывание их с другими молекулами и переход их в менее активную форму в воде, а также окислительно-восстановительные процессы.

Сероводород – сильный восстановитель, в зависимости от вида и количества окислители сероводородные соединений могут быть окислены до свободной серы, тиосульфатов, сульфидов и сульфатов.

В отечественной практике наиболее распространен метод очистки воды от сероводорода хлором. На 1 мг окисляемого сероводорода расходуется 2,1 мг хлора. В результате реакции образуется взвесь коллоидной серы в количестве, приблизительно равном количеству сероводорода или гидросульфидов. При дозе хлора 8,4 мг на 1 мг сероводорода основными продуктами реакции являются сульфаты.

Для полного удаления сероводорода требуется 5 мг хлора на 1 мг сероводорода.

Для очистки воды от серы, полученной в результате химической реакции, необходимы коагуляция и фильтрование.

Для устранения неприятного запаха после аэрирования и хлорировании рекомендуется фильтрование через активный уголь. Кроме того, для очистки воды от сероводорода применяют диоксид хлора – при малых дозах в интервале рН 6,8-8,5.

Продуктами окисления являются в основном тиосульфат и сульфат-ионы, а также сера и сульфит-ионы.

Окисление сероводорода кислородом воздуха производят только в присутствии катализаторов – соединений переходных металлов, тиокислот и их солей, органических веществ.

Хорошо себя зарекомендовал в качестве катализатора KMn04 в сочетании с использованием зернистых загрузок типа MGS, MGS+.

Для окисления 1 мг сероводорода требуется 6 мг KMn04.

В процессе взаимодействия сероводорода и марганцевокислого калия образуются коллоидная сера и тонкодисперсная взвесь диоксида марганца, придающие воде мутность и бурый цвет, и возникает опасность насыщения воды марганцем и его соединениями. При этом требуется последующая сложная водообработка.

В качестве альтернативной применяется очистка воды от сероводорода непрерывным добавлением перманганата калия в фильтры с обработанным марганцем глауконитовым песком (MGS, MGS+), который используют для удаления растворимого железа, марганца и сероводорода, при этом песок регенерируется с помощью перманганата калия.

Обработанный марганцем глауконитовый песок получают поочередной промывкой его растворами соли марганца и перманганата калия. Этот песок представляет собой черный гранулированный минерал, служащий контактной средой окисления и фильтрующим материалом.

Достаточно широкое распространение получил метод удаления из воды сероводорода, заключающийся в непрерывной подаче 1-4-процентного раствора перманганата калия перед фильтром на поверхность, обработанную марганцем глауконитового песка, покрытого фильтрующим материалом из антрацита (нами рекомендуется алюмосиликатные материалы типа Сорбен-АС толщиной в несколько сантиметров.

Образующиеся нерастворимые продукты задерживаются фильтром. Если доза перманганата калия недостаточна, то обработанный марганцем глауконитовый песок может удалить неокисленные водородные соединения, а если слишком велика, то песок использует избыток перманганата калия для своей регенерации.

В ходе реакции перманганат калия восстанавливается до нерастворимого гидроксида марганца, который действует и как коагулянт, и как адсорбент.

Имеет место и технология удаления из воды сероводорода с использованием диоксида водорода. В результате обработки им воды образуется сера, при дальнейшем фильтровании воды через активированный уголь исчезают запах и цвет, увеличивается количество растворенного кислорода, что облегчает дальнейшую очистку воды от сероводорода.

Для очистки воды от последнего применяют гидроксид железа. При добавлении к воде суспензии гидроксида железа происходит связывание сероводорода гидросульфидных ионов с образованием сульфида железа. Его осадок отделяют от воды отстаиванием, после чего он может быть регенерирован продувкой воздухом. Одна и та же суспензия гидроксида железа может быть многократно использована с некоторым добавлением солей железа. При применении этого метода достигается практически полная очистка воды от сероводорода.

Эффективным и сильным окислителем для сероводородных соединений в воде является озон. При обработке воды озоном одновременно достигаются ее обесцвечивание, дезодорация и обеззараживание.

Расход озона составляет 0,5 мг на 1 мг сероводорода.

Сероводородные соединения окисляются до элементарной среды, а при расходе 1,87 мг озона на 1 мг сероводорода процесс окисления сероводорода заканчивается образованием серной кислоты.

Один из вариантов очистки воды от сероводорода – сорбция. В качестве адсорбентов в большинстве случаев используют древесные активные угли. Вместе с активными углями можно применять различные окислители, что позволяет сократить общий расход и объем сорбентов и реагентов. На процесс адсорбции существенно влияют структура угля (в основном объем микропор), концентрация сероводорода в исходной воде, а также структура оксидов, образующихся на поверхности угля в процессе адсорбции сероводорода. Эти методы реализуют на угольных открытых или напорных фильтрах с предварительным вводом окислителя в обрабатываемую воду.

В очистке сточных и биологически грязных вод находит место применение технологии биологической очистки от сероводорода. При биохимической очистке воды от сероводорода окисление его происходит в результате жизнедеятельности серобактерий активного ила, часто встречающихся в серных источниках, почве и биопленке.

Для массового развития этих организмов необходимо присутствие в воде сероводорода и кислорода, а также биогенных веществ, фосфора, калия. В ряде случаев микроорганизмы плохо развиваются, если отсутствуют некоторые элементы: железо, магний, цинк, медь, молибден, бор, марганец, кобальт.

Биохимический метод реализуют, применяя двухступенчатую схему – аэроокислитель (аэрофильтр, аэротенк-смеситель – вторичный отстойник, реактор биохимического окисления) и скорый фильтр. Во избежание образования анаэробных условий в нижних слоях загрузки фильтра и для предупреждения восстановления соединений серы до сероводорода рекомендуется введение хлора в водяную подушку фильтра или периодическая продувка загрузки сжатым воздухом снизу вверх.