Табиғи суларда, еріген заттардан басқа көптеген минералдар мен органикалық қалдықтардың ұнтақталған қоспалары болады. Минералды заттардан суда жүретін бөлшектері: құм, слюда жарықшақтары және т.б. Органикалық заттар табиғи суларда гуматтар-өсімдік қалдықтарының тотығуынан пайда болатын күрделі қосылыстар түрінде кездеседі. Гуматтардан бөтен табиғи суларда өсімдіктердің өте ұсақ қалдықтары және топырақ бөлшектері болуы мүмкін. Судағы осы ірі және ұсақ бөлшектер электр зарядын қабылдайды. Бұл үрдіс әртүрлі себептерге байланысты жүреді. Мысалы, су құрамындағы заттардың беттері ондағы әртүрлі иондарды талдап абсорбциялайды, сонын нәтижесінде зат бөлшектері заряд қабылдайды, басқаша айтқанда ол өзінің иондарын ерітіндіге береді. Ірі бөлшектердің судағы жағдайын олардың массасы арқылы, су суспензия мен коллоидты заттар үшін олардың беткейлік күштері арқылы бақылауға болады. Аттас заряд қабылдаған коллоидты бөлшектер бір-бірімен қосылып тұнбаға түсе алмайды, себебі олардың жақындасуына заряд таңбасы бөгет жасайды [24].

Суспензия бөлшектері коллоидты сүзбедегі иониттерді ластайды, сондықтан ион алмасу қабілеті төмендейді. Қазандарға түскен мұндай қоспалар шайырландыру үрдісіне қатысады, будың сапасын нашарлатады. Осындай қасиеттері үшін барлық су дайындау қондырғыларындағы (жер бетіндегі табиғи сумен істейтін) алғашқы келіп түсетін судан ірі дисперстікжәне коллоидты қоспаларды алып тастау қажет.

Табиғи сулардан мұндай қоспаларды бөліп алудың ең қарапайым жолы тұндыру және сүзу. Тұну жылдамдығы ең әуелі, қоспалардың өлшеміне және бөлшектердің өзіндік салмақтарына байланысты.

7.1 кестеде табиғи судағы бөлшектердің өлшемі мен тұнбаға түсу жылдамдықтарына байланысты топтары келтірілген.

Кестеден тұнбаға түсіру әдісі бойынша коллоидты бөлшектерден құтылу мүмкін емес екендігін көруге болады. Егер тұндырғышта мөлшері 0,001 мм топырақты тұнбаға түсіру қажет болса (тұнбаға түсу жылдамдығы 0,00154 мм/с), онда жоғары көтерілетін ағын 0,001 мм/с жылдамдықпен қозғалуы керек. Бұл жағдайда су дайындау қондырғының өндіргіштігі 100 м³/сағ болғанда әрқайсысының диаметрі 3,4 м тең тік сүзгілер қажет болар еді. Міне, сол себептен өндіріс көлемінде суды тазалаужұмысын жүргізу үшін (тұндырған жағдайда да, сүзген жағдайда да) табиғи судағы ұсақ дисперсті және коллоидты бөлшектерді ірілендіру қажет. Сондай шараның бір - коагуляция.

Коагуляция дегеніміз- коллоидты бөлшектердің бір-біріне жабысып, ірі дисперстік марфоза түзетін физика- химиялық үрдіс. Түзілген марфоза кейін суда бөлінеді. Коагуляция кезінде жұқа дисперсті, ұсақ бөлшектенген коллоидты заттар іріленеді яғни олардың тұнбаға түсу жылдамдығы және кеуекті материалдарда ұсталып қалу қабілеттілігі артады.

Коллоидты бөлшектер негізінде теріс зарядты болғандықтан олар өзара бір-бірінен алшақтайды, бұл олардың іріленуіне кедергі жасайды. Сондықтан бұл кедергіні жою үшін суға оң заряды бар басқа коллоидты бөлшектер қосады. Коллоидты бөлшектер бір-бірімен әрекеттесіп, ірілене бастайды. Оң зарядталған коллоидтарға металл тотықтарының гидраттары жатады, олардың ішінде энергетикада өте көп қолданылатындары алюминий мен темір тотықтарының гидраттары: Al(OH)₃ және Fe(OH)₃. Мұндай коллоидтар үшін өңделетін суға осы металдардың жақсы еритін күкірт қышқылды тұздарын қосады (коагулянт).

Энергетикада коагуляннтттр ретінде көбінесе күкірт қышқылды тұздарын алюминий (глинозем) , сонымен қатар күкірт қышқылды темір (темір купорасы) және хлорлы темірпайдаланылады: өңделетін суға олардың концентрациясы 5-10% тең сұйытылған ерітінділері аздап қосылып тұрады.

Алюминий мен темір гидрототықтары коллоидтарының түзілу үрдісін бірінен - бірі кейін жүретін мынандай жолмен түзіледі:

а) алюминий мен темір тұздарының өтуі және электролиттік диссоцияциясы

б) гидрат тотықтардың түзілуі

Суда еріген оттегімен әрекеттесіп, темірдіңқанықпаған тотығы темірдің толық тотығына айналады, ол үлкен үлпек ретінде тұнбаға түзеді

Келтірілген теңдеулерден алюминий мен темірдің гидрототықтарысуда сутегі иондарының көбеюі түзілетіндігі көрініп тұр, ал сутегі иондары табиғи судағы бикарбонат иондарымен қосылып су және көмір қышқыл газын береді:

Яғни, коагуляция кезінде судың сілтілігі төмендейді. Сондықтан, егер судың сілтілігі жеткіліксіз болса, коагулянттардың гидролизінен пайда болатын сутегі иондарын жою үшін, суды сілтілеу керек (коагуляциядан кейін қышқыл су алмасу үшін).Коагуляцияланатын суды сілтілендіру үшін оған сөндірілген әк Ca(OH)₂ қосады: ол суспензия (әк сүті) ретінде әктеу немесе күйдіргіш натрий сүлбелері бойынша жүргізіледі. Бұл жағдайда сияқты тұздың пайда болуына байланысты тұз мөлшері көбейеді.

Гидролиз- қайтымды үрдіс, сондықтан коагуляция үрдісіне сутегі және гидроксид иондарының концентрациясы әсер етеді, яғни судың рН көрсеткіші әсер етеді. Оның себебі: сутегі иондарының концентрациясы коагуляттың гидролиздену жылдамдығы мен толықтығына әсерін тигізеді; рН мөлшері судағы неғұрлым көп заттың түріне қарай алынады.

Гидролиз кезінде түзілетін алюминий гидрат тотығы-амфотерлі қосылыс. рН мөлшері төмен болғанда, алюминий гидрототығы сілті тәрізді Al²⁺ және ОН^- иондарына диссоцияланады

Ал рН мөлшері 7,5-тен жоғары болған кезде, алюминий гидрототығы қышқылға ұқсап ериді, бұл жағдайда суда алюминий мөлшері көбейеді

Коагуляция кезінде рН-тың ең үлесімді (қолайлы) мөлшері 5,5 - 7,5 аралығында болады. Сондықтан судың сілтілігі көп болғанда оған коагулянт енгізбестен бұрын күкірт қышқылын аздап қосады, ал сілтілігі төмен болса, (мысалы, су тасқыны кезінде), суға сілті қосу керек. Бұл жағдайда суды аса сілтілендіруге (рН 7,5-тен жоғары) жіберуге болмайды, себебі тұнбаға түсіп жатқан алюминий гидрат тотығы еріп суда ерігіш алюминат береді. Керісінше, рН 7,5-8,0-ден көп болса, темір гидрат тотығы тезірек тұнбаға түседі. Сондықтан коагуляцияны әктеумен бірге жүргізгенде (рН =10) тек күкірт қышқылды темір қолданған жөн.

Бастапқы суда алдын-ала өңдеу әдістері мен оған қажет жабдықтарды судың қаншалықты лас екендігіне, яғни оның өзгешелігі мен ішіндегі заттардың мөлшеріне байланысты таңдап алады: қалқып жүрген заттар мөлшері 50 мг/л дейін болса- механикалық сүзу;ол заттардың мөлшері 100 мг/л дейін болса - механикалық сүзу коагуляциямен бірге; ал егер 100 мг/л көп болса - түссіздендіру, одан сон механикалық сүзу; коагуляцияны, судың түсін азайтуды және коллоидты темірді кетіруді қажет ететін жер беті суларын пайдалануға коагуляция, түссіздендіру, одан соң механикалық сүзу қолданылады.

Ион алмасу әдісімен суды өңдеу нәтижесінде катион алмасуы жүрсе – катиондау деп, анинонның алмасуы жүрсе – аниондау деп аталады. Катиондау сияқты аниондау да ЖЭС-да суды жұмсарту, тұссыздандыру және кремнийсіздендіру үшін кең қолданады. Ион алмасу әдісімен суды өңдеу тұныру әдісімен суды өңдеудеуге қарағанда бөлініп шығатын қоспалардың тұнба түзбейтінімен және реагенттер мөлшерін қажет етпейтінімен ерекшеленеді.

Иониттер ретінде сульфокөмір және пластикалық массалар (полимерлер) түріне жататын синтетикалық смолаларды қолданады.

Суды натрий - катиондау үрдісімен суды жұмсарту үшін қолданылады және сілтілігі аз суды төменгі қысымдағы қазандарға және құбырларын сумен қамтамасыз ету үшін дайындаған кезде ерекше орын алады. Суды натрий – катиониттеу әдісімен жұмсарту суда ерімейтін кейбір заттардың синтетикалық смолалар жеңіл қозғалатын (реакцияланған) катионың және иондарының эквиваленттік мөлшеріне ауыстырғыш қабілетіне негізделген. Натрий-катиондалған судың қаттылығы 10-15 мкг-экв/л дейін төмендейді, ал құрғақ қалдық біршама жоғарлайды.

Суды сутек катиондау мәнісі мынада: қышқыл ерітіндісімен регнерацияланған катионит арқылы өңделетін суды өткізеді. Әдетте, бұл әдіс үшін күкірт қышқылын H₂SO₄ қолданады. Ол суда иондарға диссоциацияланады: сутегінің екі катионына H⁺ және SO₄^2- . Катионитті осындай ерітіндімен регенерацияланғанда кальций мен магний катиондары сутек катионымен алмасады. Яғни суды катиондағанда алмасу иондары ретінде сутегі иондары қызмет атқарады.

Өңделетін суды сутегі катиониты қабатынан өткізгенде бұл судың барлық катиондары (Ca²⁺, Mg ²⁺ , Na⁺ және басқалар ) Н⁺ катионының эквивалентті мөлшерімен ауысады. Сутегі-катиондау кезінде өңделетін судың карбонатты сілтілігі толығымен жойылады, нәтижесінде судың құрғақ қалдығы төмендейді.

Аммоний-катиондау өндіріс қазандықтары үшін суды өндеуде қолданыс тапты. Мұнда өнделетін судың құрамындағы барлық катиондар катионит қабаты арқылы сүзгілегеннен кейін алмасу катионы болып табылатын NH⁺₄ аммоний катионымен алмастырылады.

Аммоний-катиондау буда аммиактың мөлшерінің көбеюіне әкеліп соғады, ал ол конденсаттағы еріген оттегімен бірге жез ыдыстың амиактық коррозияға ұшырауына себеп болады, басқа да мыс қоспаларынан жасалған заттар коррозияға ұшырауы мүмкін. Сондықтан аммоний-катиондау жылу электр станцияларында қолданылмайды, ол тек жез құбырлы жылу алмастырғыш аппаратуралары жоқ өнеркәсіпте қолданылады.

Жоғарыда айтылғандай, суда еріген тұздар катиондарға (Ca²⁺, Mg ²⁺ , Na⁺ және басқалар) және аниондарға (HCO₃^-, CL^- ,SO₄^2-, HSiO₃^- және басқаларға) диссоциацияланады. Сондықтан суды ион алмасуымен тұзсыздандырғанда оны әрі катионнан, әрі анионнан арылту қажет. Ол үшін тұзсыздандыруға алынған суды сутегі-катионитті сүзгі арқылы өткізеді, нәтижесінде суда еріген барлық катиондар Н⁺ -сутегі-катионына ауысады. Одан соң алынған суды ауысу анионы гидроксилмен ОН^- зарядталған анионитті сүзгі арқылы өткізеді. Гидроксилмен зарядталған анионитті сүзгі алу үшін, анионитті алдын-ала сілті ерітіндісі арқылы регенерациялайды. Суды аниондау, яғни ондағы аниондарды аниониттің алмасу иондарына алмастыру өңделетін судың рН көрсеткіші әртүрлі болғанда (қышқылды, нейтралды, сілтілік) жүргізіле береді. Анион алмасудың катион алмасудан өте маңызды және мәнді айырмашылығы-қарсы ион әсерінің болмауы.

Катиониттерге қарағанда аниониттердің алмасу көлемі анионды ұстау конценрациясы үлкейген сайын жоғарлайды. Бұл аниондау кезінде (Н₂О, Н₂СО₃) ион алмасудың реакцияларының өнімдері әлсіз диссоциялатындықтан қарсы иондар көрінбейді.

Қазіргі кезде бұндай аниониттер синтезделеді және өнеркәсіппен өндіріледі. Олар судан регенерация кезінде көп мөлшерде бөлінетін 70-90% органикалық заттарды ұстауға қабілетті.

Кейінгі уақытта суды тұзсыздандырудың реагентсіз әдістеріне көңіл бөлініп жүр, әсіресе "мембраналық" деп аталатын әдіс кеңінен қолданыла бастады. Мембраналық үрдістердің бірнеше түрлері белгілі: кері осмос, ультрасүзу, электродиализ, диализ. Мембраналық барлық әдістер қоспалардың немесе еріткіштердің мембраналар арқылы іріктеліп өту қабілеттілігіне негізделген. Мембраналар арқылы тасымалдауды тудыратын күштердің негізгі қасиеттері әртүрлі болады. Оған сәйкес, осы үрдістерде қолданылатын мембраналарда әртүрлі. Мысалы, қысым күштерін пайдаланғанда (кері осмос және ультрасүзу) мембраналар еріткішті өткізеді, бұл жағдайда олар иондық және молекулалық қоспаларды ұстап қалады, электр күштерін пайдаланғанда, мембраналар иондарды өткізеді, ал суды өткізбейді.

Басқа әдістермен салыстырғанда, мембраналық әдістердің төмендегідей ерекшеліктері бар: қоспаларды бөлерде, фазалық өтулер болмайды, яғни үрдістерді жүргізуге жұмсалатын энергия шығыны мейілінше қысқарады; бөлуді судың төменгі температураларында жүргізуге болады; үрдістерді химиялық реагенттер қоспай-ақ жүргізуге болады; бұл үрдістерді орындайтын аппараттардың құрылымдары едәуір қарапайым болады.

Суды электродиализдеу классикалық ионалмасу әдісінің өзіндік бір түрі болып табылады, араларындағы айырмашылығы: ионитті қабат арнаулы ионалмасушы мембраналармен ауыстырған және де электродиализ әдісінде қозғаушы күш - сыртқы электр өрісі болады. Бұл әдіс, көбінесі тұщыландыру, яғни, табиғи күшті минералданған және теңіз суларын олардың құрамдарынан еріген тұздарды электр тогы әсірімен арнаулы катионитті және анионитті мембраналар арқылы өткізіп, тұзсыздандыру үшін қолданылады. Ол мембраналар тек катиондарды немесе тек аниондарды ғана өткізуге қабілетті болады, оларды алмасу қабілеттілігі өте жоғары ионитті смолалардан жасайды.

Жылу мен реагенттердің әсерлесуі нәтижесінде, сондай–ақ қазандық суларын буландыру салдарынан қосындыларды бұзатын және басқа қосындыларды түзетін әртүрлі физика-химиялық үрдістер пайда болады. Көп жағдайда бұл қаныққан ерітінділерден бөлінетін тұнба түрінде, кейбір жағдайларда қақ немесе шлам түзетін күрделі еритін заттар түрінде болады.

Қақ шөгінділерінің ерекше қасиеті, қақтардың кеуектілігі мен олардың құрылымына қарай үлкен арақашықтықта өзгеретін аз жылуөткізгіштігі болып табылады.

Карбонатты қалдық судың қайнауы болмайтын, ал орта сілтісіз қыздыру немесе суыту беттерінде тығыз кристалды қақтар түрінде жиналады. Бұндай беттер сулық экономаизерлер, турбина конденсаторлары, суқыздырғыштары, қоректік құбыр өткізгіштер, жылулық жүйелер және т.б. болып табылады.

Сульфатты қалдық жоғары тығыздықты және қаттылықты болып келеді.

Кальций силикаты қыздыру бетінің қабырғасына тығыз жабысатын қатты қалдықты құрайды.

Электр станцияларда және әртүрлі өндірістік кәсіпорындарда су көп мөлшерде суытқыш ретінде қолданылады. Осы кезде сумен қамтамасыздандыру көздерінің шектелу салдарынан және суды үнемдеу мақсатында, салқындайтын су суытылытын аппараттарда қыздырылып және бассейіндерде (немесе градирлерде) суытыла отырып, тұйық цикл бойынша айналатын сумен қамтамасыздандыру деп аталатын жүйе жиі қолданылады.

Судың мұндай айналымдары кезінде онда әртүрлі үрдістер жүреді. Шашырау кезінде судан СО₂ ерітіндісін жою жүреді және осының салдарынан кальций биокарбонаты ыдырайды. Осы үрдіс турбина конденсаторларының құбырларында қатты корбанат қақтарының пайда болуының себебі болып табылады.

Осымен қатар су жартылый буланады және онда еріген заттардың концентрациясы жоғарлайды. Сол кезде судың булануы жүреді, ол дәреже булану коэффициентімен сипатталады. Ол қолданыста шамалы буландыру коэффициентімен жұмыс істеуге тырысады, осының салдарынан қақ түзілу пәрменділігі төмендейді. Осындай жағдайға жүйені үрлеу арқылы жетуге болады.

Қайтымды жүйедегі үрлеу екі жолмен жүзеге асырылады: судың бір бөлігі ауамен тамшы түрінде әкетіледі, қалғаны бірігіп шығарылады және меншікті үрлеу болып табылады.

Турбина конденсаторларындағы корбанат қақтарының түзілуін болдырмау келесі әдістердің бірі бойынша қосылатын судың өңдеу жолымен жүзеге асырылады: қышқылдау, әктеу, фосфаттау. Қосылған суды қышқылдау кезінде негізінде орташа қышқылдану шығарылады. Осы кезде СО₂ түзілуімен НСО₃ иондарының бұзылуы жүреді. Осының нәтижесінде карбанатты қаттылығы азаяды, ал олардағыеркін көмір қышқыл концентрациясы өседі.

Қышқылдау кезінде қосылатын суға әдетте күкірт қышқылы қосылады. Бұл кезде СО₂ пайда болуымен НСО₃ иондары бөлшектелінеді. Осының салдарынан судың карбонаты қаттылығы төмендейді, ал ондағы бос көмір қышқылының концентрациясы жоғарлайды. Бұның барлығы кальций бикарбонатының ыдырауын тежейді. Қышқылдауды жүзеге асыру кезінде қышқылдың мөлшерін дұрыс таңдау керек. Оның көп мөлшері судың тот басубелсенділгін жоғарлатады, аз мөлшері қақсыз режимді қамтамасыздандырмайды.

Әктеу кезіндеСа(ОН)₃ әкпен суды өңдеу НСО₃ ионын бұзуға әкеледі. Қышқылдауға қарағанда бұның ерекшелігі, тек НСО₃ ионың аз мөлшері бұзылу кезінде әктеумен судың барлық ағынында биокарбонатты иондар толығымен жойылады.

Фосфаттау – суға фосфат жіберу кальций корбанатындағы қақты түзу қасиетінен айыруға негізделген. Фосфаттың РО₄^-3 карбонатты қақтардың түзілуін ескеру қасиеті, өте аз концентрациясы 3-4 мг/л кезінде ғана жүзеге асырылады. Үлкен концентрациялар қайтымды әсерді тудырады: судың жұмсаруы және қоқыстардың түсуі. Реагенттер ретінде суперфосфат, үшнатрийфосфат және гексаметафосфат қолданылады. Соңғы реагент бастапқы екеуіне қарағанда өте тиімді болып табылады. Бірақ та, ортофосфаттың ерекшелігі олардың оңай табылуы мен арзандығымен байланысты. Егер қосылатын су жоғарғы корбанатты қаттылыққа ие болса, онда ортофосфатты және қышқылды жиі біріктіре отырып қолданады.

Судың өңделу сапаларын бақылауға арнайы индикатор-түтікшелер немесе конденсатор, жылу алмастырғыштардан алынған құбырлар кесіндісінен анықтайды. Мүмкіндігінше жылу агрегаты жұмысы тоқтатылмайды.