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.

Технологическая схема установки для обесфторивания природных вод сорбцией на гидроксиде магния состоит из вертикальногосмесителя, осветлителей со слоем взвешенного осадка с коническими или пирамидальными днищами и скорых осветлительных фильтров (см. рис. 16.5).

Обесфторивание воды солями алюминия основано на сорбции фтора осадком гидроксида алюминия. Это связано с образованием на поверхности твердой фазы малорастворимых фторидов. При этом эффективность процесса находится в обратной зависимости от рН воды. По мере снижения рН воды при постоянной дозе сульфата алюминия эффективность обесфторивания возрастает, что объясняется неоднородностью состава осадков при гидролизе сульфата алюминия при различных рН. При низких значениях рН в осадке преимущественно образуется основной сульфат алюминия — А1 (ОН) SO4, эффективность обесфторивания возрастает, уменьшается содержание в нем гидроксида алюминия, который сорбирует фтор в меньшей степени, чем основной сульфат алюминия. По данным В. В. Ломако, для обесфторивания воды при значениях рН, близких к нейтральным, требуются очень большие дозы серно-кислого алюминия. Поэтому удаление фтора из воды этим способом наиболее целесообразно вести при рН 4,3 5,0. При таких значениях расход сульфата алюминия на 1 мг удаленного фтора составит 25 30 мг/л. Следовательно, обесфторивание воды гидроксидом алюминия требует ее предварительного подкисления с последующим подщелачиванием для снижения коррозионного действия воды. Технологическая схема состоит из вертикального смесителя, осветлителей со взвешенным осадком и скорых осветлительных фильтров. Раствор кислоты для подкисления вводится перед смесителем, сульфат алюминия — в смеситель, известь для подщелачивания воды — перед фильтрами. Большие расходы кислоты и извести, а также необходимость точного дозирования реагентов делают этот метод обесфторивания воды дорогим и сложным в эксплуатации.