Фторирование и дефторирование воды (стр. 2 из 4)
Фтораторные установки с применением 8%-ной кремнефто- ристоводородной кислоты показаны на рис. 16.3.
Рис. 16.3. Фтораторная установка с использованием кремнефтористоводородной кислоты. 1, 2 — авто- и стационарная цистерна; 3 — воздуходувка; 4 — эжектор; 5 — ротаметр; 6 — бак-мерник; 8 — емкость; 9 — ручной насос; 7 — водопровод
В зарубежной практике чаще всего фтористые соединения вводятся в воду: в сухом виде — непосредственно порошком, сухими дозаторами, через растворную камеру или в жидком виде — дозаторами для растворов. Первый способ чаще применяют на водоочистных комплексах большой производительности, жидкостное — на установках малой производительности. Дозаторы сухих реагентов применяют двух видов: объемные и массовые. Объемные дозаторы (рис. 16.4) подают определенный объем вещества за расчетный промежуток времени, массовые — массовое количество вещества. Основное отличие их состоит в следующем: объемные дозаторы, которые конструктивно проще и дешевле, имеет точность дозирования 3...5% массовые—1%; массовые дозаторы легче оборудовать записывающим устройством для регистрации дозируемого реагента и устройством для автоматической подачи реагента в воду. Важной и неотъемлемой частью сухих дозаторов является растворная камера. При непосредственном вводе сухих реагентов в воду они падают на дно нерастворенными. Максимальную концентрацию реагента в растворной камере принимают равной 1/4 концентрации насыщенного раствора при обычной температуре воды. Вместимость растворных камер принимают не менее 20 л. Для более полного смешения реагента с водой и его лучшего растворения предусматривают электрические мешалки или форсунки. Для точного регулирования количества воды, поступающей в растворную камеру, применяют различные водомеры. Из камеры раствор вводят в обрабатываемую воду.
Так как фторирование воды требует высокой точности дозирования реагента (±5%), для его подачи в жидком виде совершенно непригодны краны и насадки. В основном для дозирования реагентов в жидком виде применяют насосы-дозаторы мембранного и поршневого типа.
Дозу фторсодержащего реагента находят по формуле
где тф — коэффициент, зависящий от места ввода фтора в обрабатываемую воду, принимаемый при вводе фтора после очистных сооружений равным 1,0, при вводе фтора перед контактными осветлителями или фильтрами — 1,1; аф — содержание фтора в обработанной воде, мг/л (оптимальная концентрация фтора в питьевой воде), равное для средней полосы России для зимнего периода—1, для летнего периода — 0,8; Ф — содержание фтора в исходной воде, мг/л, Кф — содержание фтора в чистом реагенте, °/о, равное для кремнефтористого натрия — 60,6, для кремнефтористого аммония — 63,9, для фтористого натрия — 45.25, Сф — содержание чистого реагента в продажном техническом продукте, %, равное для кремнефтористого натрия высшего, I и II сортов соответственно 59,4; 57,5 и 56,4, для фтористого натрия — 42,5; 38; 36,2, а для кремнефтористого аммония, выпускаемого промышленностью одним сортом, — 59,4.
Как при мокром дозировании, так и при сухом реагенты для фторирования воды подают в виде раствора. Место введения раствора реагента выбирают в зависимости от способа очистки воды и техникоэкономических соображений, при этом должны быть соблюдены условия перемешивания реагента с питьевой водой и его наименьшие потери. При использовании артезианских вод, подаваемых потребителю без очистки, фтористые соединения поступают непосредственно в напорные водоводы. При небольшой нагрузке на фильтры фторсодержащие реагенты вводят перед фильтрами, при большой нагрузке — после фильтров, в трубопровод между фильтрами и резервуаром чистой воды или непосредственно в резервуар чистой воды. В некоторых случаях идут на потери фторидов, если это экономически выгодно. Примером является фтораторная установка на водоочистном комплексе в Вашингтоне, где реагент вводят в неочищенную воду. Потери фтор-иона составляют при этом 0,1 мг/л. На большинстве водоочистных комплексов фторирование является последней стадией обработки, не считая хлорирования. Хлорирование воды не удаляет фторидов. Хлор и фтор можно добавлять одновременно. Хлор и его производные оказывают одно неблагоприятное действие — они обесцвечивают реагенты, добавляемые при определении фторидов в воде, что может дать ошибку в определении концентрации фтора.
3. Технология дефторирования воды
фтор вода сорбция фильтрование
Для дефторирования воды используют ряд методов, которые можно объединить в две группы.
Метод сорбции фтора осадком гидроксида алюминия или магния, а также фосфата кальция целесообразно применять при обработке поверхностных вод, когда кроме обесфторивания требуются еще осветление и обесцвечивание. Вместе с тем этот метод может найти применение для обработки подземных вод при необходимости их одновременного умягчения (реагентным методом) и обесфторивания (рис. 16.5).
Метод фильтрования воды через фторселективные материалы основан на обменной адсорбции ионов, при которой фтор удаляется в процессе пропуска обрабатываемой воды через сорбент. Этот метод наиболее эффективен при обесфторивании подземных вод, как правило, не нуждающихся в других видах кондиционирования, или в тех случаях, когда одновременно с обесфториванием производят еще и опреснение (рис. 16.6).
Обесфторивание воды гидроксидом магния, который образуется в магнийсодержащей воде в присутствии извести, позволяет снизить содержание в воде и магния. Остаточное содержание фтора в воде после ее известкования Фост можно определить по формуле Скотта
где ФИсх — содержание фтора в исходной воде, мг/л; (Mg) — количество магния, удаленного из воды при ее известковании, мг/л.
Рис. 16.5. Технологическая схема дефторирования воды свежеобразованным гидроксидом магния (а) и солями алюминия (б).
1 , 9 — подача исходной и отвод обесфторенной воды, 2 — ввод палочного реагента, 3 — смеситель, 4 — ввод солей магния, 5 — осветлитель со взвешенным осадком; 6 — фильтр; 7 — ввод хлора; 8 — резервуар чистой воды, 10 — подача кислоты; 11 — подача алюмосодержащего коагулянта; 12 — подача щелочного реагента
Рис. 16.6. Технологическая схема дефторнрования воды фильтрованием через модифицированную загрузку.
1 — насос подачи исходной воды; 2 — промежуточная емкость; 3 — скорый фильтр или К.О3; 5 — промывной насос, бак; 6 — бак регенерационного раствора; 7 — резервуар обесфторенной воды; 8 — подача обесфторенной воды потребителю
Для снижения содержания фтора в воде на 1 мг требуется 50...60 мг магния или 100...150 мг Mg(OH)2. При недостатке магния в исходной воде для повышения эффекта обесфторивания в нее вводят сульфат или хлорид магния. При избытке магния образующийся в результате взаимодействия гидроксида магния с фтором фторид магния переходит затем в малорастворимый оксифторид магния.
Исследования, выполненные в МГСУ, показали, что процесс сорбции фтора свежеобразованным гидроксидом магния при рН>9,5 протекает быстро и интенсивно, практически не зависит от температуры и заканчивается за 8...12 мин, сорбционная способность гидроксида магния может быть использована более полно путем пропуска обрабатываемой воды через его взвешенный слой. Отличительной особенностью осадка гидроксида магния является чрезвычайная легкость. Поэтому скорость вое ходящего движен ия воды в осветлителях должна быть 0,2.. ...0,3 мм/с. При этом концентрация взвешенных веществ слое взвешенного осадка составит 1,6... 2 г/л. Высота ело осадка принимается 2 ... 2,5 м. Время пребывания воды в ело контактного осадка не менее 1 ч. В этом случае расход магния на удаление 1 мг фтора значительно меньше — около 30 мг для ориентировочных расчетов расход солей магния на обесфторивание воды осаждением гидроксида магния с использованием его сорбционной способности во взвешенном слое следует принимать равным 2 мг-экв на 1 мг удаляемого из воды фтор при его содержании в воде до 7 мг/л. В связи с тем, что процесс является сорбционным, с увеличением начальной концентрации фтора в воде удельный расход магния на обесфторивание будет уменьшаться. При недостатке в природных водах солей магния необходимое их количество для обесфторивания может быть подсчитано по формуле, предложенной В. А. Клячко
(16.3)где Э — эквивалентная масса вводимой в воду соли магния, мг; для MgS04— 60,2, для MgS04*7H20- 123,25, для MgCl2-47,7 для MgCl2*6H20 — 101,65; Фисх — содержание фтора в исходной воде, мг/л; Жм§ — магнезиальная жесткость этой воды, мг-экв/л; 2 —расход солей магния, мг-экв/л, на удаление 1 мг фтора из 1 л обрабатываемой воды.
При этом необходимое количество извести Дсао для осаждения гидроксида магния определяется химической реакцией:
и может быть подсчитано по формулам при (Са2+)>Щ
где Дсао —доза извести, мг/л, считая на СаО; (СО2) — содержание СО2 в воде, мг/л; (Mg) — содержание Mg, мг/экв-л, в обрабатываемой воде после введения в нее количества магния, необходимого для сорбции фтора; (Са) — содержание в исходной воде кальция, мг-экв/л; Щ — щелочность исходной воды мг-экв/л.