3.5. Аэрация, деаэрация (дегазация) и декарбонизация
В процессах водоподготовки широко используются методы насыщения воды
кислородом и удаления из нее растворенных газов. Это методы:
аэрация – насыщение воды кислородом, удаление (отдувка) растворенных газов (сероводорода, метана, радона);
деаэрация, дегазация – удаление растворенных газов, прежде всего воздуха;
декарбонизация – удаление растворенного (свободного) углекислого газа.
Эти технологии связанны между собой и основаны на том, что система газ –
жидкость является двухфазной дисперсной системой. Жидкая и газообразная фазы
отделены друг от друга поверхностью раздела. Перенос компонента из одной фазы в
другую обусловлен разностью химических потенциалов этого компонента в разных
фазах [326]. В стационарных условиях при длительном соприкосновении фаз химические потенциалы компонента в разных фазах выравниваются и между фазами устанавливается подвижное равновесие, при котором скорости процессов абсорбции
(поглощения газа жидкостью) и десорбции (выделения газа из жидкости) равны.
Равновесие двухфазных систем и концентрация газа в растворе зависят от рода газа
и жидкости, температуры, давления и состава газовой фазы. Это состояние характеризуется константой фазового равновесия, представляющей собой отношение концентрации газа в газовой фазе к его концентрации в жидкой фазе.
Концентрация растворенных газов в воде связана с парциальным давлением
каждого компонента в газовой смеси, находящейся в контакте с поверхностью воды,
законом Генри. Для одного компонента закон Генри можно записать так:
Ci = kiPi ,
где Сi – мольная концентрация i-го газа в растворе; Pi – парциальное давление этого
газа над поверхностью воды; ki – коэффициент Генри (растворимость газа).
Иногда ту же закономерность записывают в другой форме:
Pi = KiCi .
В этом случае коэффициент пропорциональности Ki называют константой Генри. Константа Генри, помимо природы самого газа, зависит от температуры и химического состава воды, в частности – от pH.
Закон Генри распространяется только на газы, не реагирующие с водой, такие
как N2, O2, Ra. Для таких газов как СО2, NH3, H2S закон Генри применим, если под
концентрацией Ci понимать их концентрацию только в виде растворенного газа. Если
же за Ci принимать полное содержание газа в растворе (во всех формах), то зависимость растворимости от давления газового компонента носит нелинейный характер.
Если концентрация растворенного в воде газа больше или меньше, чем равновесная в контактирующем с ней воздухе, то через некоторое время возникает массопередача и установится равновесное состояние.
Аэрация или дегазация какого-либо газа осуществляется благодаря тому, что парциальное давление этого газа в воздухе больше или меньше равновесного, соответствующего концентрации газа в обрабатываемой воде. Сущность физических методов
дегазации (вакуумной, термической, аэрационной) состоит в создании условий, когда
парциальное давление удаляемого газа минимально или вовсе стремится к нулю.
Скорость процесса зависит от степени отклонения системы от равновесного состояния, свойств жидкости, удаляемого газа и десорбирующего агента, площади
контакта, характера взаимодействия между жидкими и газообразными фазами (физическое, химическое) в массообменном аппарате. |
