Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Водоснабжение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСФТОРИВАНИЯ ВОДЫ

Для обесфторивания воды может использоваться ряд методов.

1. Метод сорбции фтора осадком гидроксида алюминия или магния, а также фосфата кальция, который целесообразно применять при обработке поверхностных вод, когда кроме обесфторивания требуется еще их осветление и обесцвечивание. Вместе с тем метод используется для обработки подземных вод при необходимости одновременного обесфторивания и умягчения воды реагентным методом.

Исследования, выполненные в МГСУ (Г.И. Николадзе и др.), показали, что процесс сорбции фтора свежеобразованным гидроксидом магния при pH 9 протекает быстро и интенсивно, практически не зависит от температуры и заканчивается за 8—12 мин (рис. 37.3, а). Сорбционная способность гидроксида магния может быть использована более полно при пропускании обрабатываемой воды через его взвешенный слой. При недостатке в природной воде солей магния в нее добавляется сульфат или хлорид магния.

Рекомендуемая скорость восходящего движения воды в осветлителях 0,2—0,3 мм/с. Высота слоя осадка принимается 2—2,5 м. Время пребывания воды в слое контактного осадка не менее 1 ч. При этом расход магния на удаление 1 мг фтора составляет около 30 мг.

Обесфторываные воды солями алюминия, основанное на сорбции фтора взвешенным осадком гидроксида алюминия, целесообразно проводить при низких значениях pH (4,3—5). В этом случае в осадке преимущественно находится основной сульфат алюминия A1(0H)S04 и уменьшается содержание гидроксида алюминия А1(ОН)3, который сорбирует фтор в меньшей степени, чем A1(0H)S04. При таких pH требуются меньшие дозы сульфата алюминия: 25—30 мг на 1 мг удаляемого фтора. Обесфторивание воды гидроксидом алюминия требует ее предварительного подкисления с

Технологические схемы дефторирования воды с использованием гидроокиси магния (а) и солей алюминия (б)

Рис. 37.3. Технологические схемы дефторирования воды с использованием гидроокиси магния (а) и солей алюминия (б):

  • 1,9 — подача исходной и отвод обесфторенной воды; 2 — ввод щелочного 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 последующим подщелачиванием для снижения коррозионных свойств воды. Технологическая схема включает смеситель, осветлитель со слоем взвешенного осадка и скорые песчаные фильтры (рис. 37.3, б). Раствор кислоты для подкисления вводится перед смесителем, сульфат алюминия — в смеситель, известь для подщелачивания воды — перед фильтрами. Метод сложен в эксплуатации, так как требуется вводить большое количество реагентов и точно их дозировать.

Удаление фтора из воды с помощью трикальцийфосфата Са3(Р04)2, основанное на сорбции его свежеобразованным трикальцийфосфа- том, который связывает имеющийся в воде фтор в малорастворимое соединение, выпадающее в осадок. Расход трикальцийфосфата на удаление 1 мг фтора составляет 23—30 мг.

Скорость восходящего потока воды в слое взвешенного осадка принимают 0,6-0,8 мм/с. Содержание фтора снижается с 5 до 1 мг/л при расходе реагента 30 мг на 1 мг удаленного фтора. В качестве технологической схемы рекомендуется схема, представленная на рис 37.3.

Для получения трикальцийфосфата в вертикальный смеситель вначале вводят известь, а затем — раствор ортофосфорной кислоты. После этого вода поступает в осветлитель со слоем взвешенного осадка. Здесь задерживается малорастворимый фторид. Далее вода проходит скорые осветлительные фильтры, где освобождается от мелкой взвеси, не задержанной осветлителем, и обеззараживается.

В трех рассмотренных сорбционных способах дефторирования воды с применением соответствующих реагентов используется одна и та же технологическая схема. Технико-экономическое сравнение этих способов показало, что наиболее целесообразна сорбция фтора осадком гидроксида магния.

2. В.Л. Драгинский (НИИ КВОВ) и др. предложили обесфторива- ние воды методом контактно-сорбционной коагуляции. Коагулянт — сернокислый алюминий — вводится в воду непосредственно перед контактными осветлителями. Метод применим при концентрации фтора до 5 мг/л, сероводорода до 2 мг/л, щелочности до 6 мг-экв/л. На 1 мг удаляемого фтора расходуется около 80 мг сульфата алюминия.

Процесс дефторирования осуществляют с предварительной «зарядкой»: в первоначальный период (1,5—2,0 ч) подается повышенная доза коагулянта — 100—150 мг/л по А12Оэ. На зернах и в порах загрузки образуется гидроксид алюминия, который сорбирует фтор. В этот период «зарядки» фильтрат, содержащий большое количество ионов фтора и алюминия, отводят в специальную емкость для последующего использования в качестве промывных вод. После «зарядки» дозу коагулянта снижают до 20—25 мг/л, что гарантирует эффективное извлечение фтора за счет сохранения сорбционной способности гидроксида алюминия (рис. 37.4). Процесс дефторирования воды можно осуществлять и без предварительной «зарядки» при постоянной дозе коагулянта, величина которой определяется качеством исходной воды.

3. Дефторирование воды активированным оксидом алюминия (дефлюоритом) обеспечивает высокий эффект удаления фтора из подземных вод. Зернистый активированный оксид алюминия (ЗАОА) является наиболее дешевым сорбентом, простым в изготовлении и емким по поглощению фтора. Для его получения оксид алюминия, выпускаемый отечественной химической промышленностью, активируют, что сводится к следующим процессам. Оксид алюминия, размолотый до фракций 1—5 мм, прокаливают в течение 3 ч при температуре порядка 800 °С, затем после остывания смачивают 15%-м раствором кальцинированной соды и прокаливают еще раз в течение 30 мин при температуре 800 °С.

При фильтровании обрабатываемой воды через ЗАОА со скоростью 5—7 м/ч происходит поглощение фтора сорбентом в результате обмена сульфат-ионов на фтор-ионы. ЗАОА действует как анионит (А), заряженный при регенерации обменными ионами S042-. Этот процесс описывается реакцией

Бикарбонат-ионы тоже поглощаются ЗАОА:

Схема дефторирования воды методом контактной коагуляции

Рис. 37.4. Схема дефторирования воды методом контактной коагуляции: 1,11 — подача исходной и отвод дефторированной воды; 2,3 — зарядная и рабочая камеры смесителя; 4 — подача сульфата алюминия; 5 — контактный осветлитель;

6 — резервуар сбора первого фильтрата; 7 — отстойник промывной воды; 8 — ввод хлора; 9 — резервуар чистой воды; 10 — насос

Но поглощение ионов фтора происходит более интенсивно, чем бикарбонат-ионов (по данным Е.Ф. Золотовой). С течением времени поглотительная способность ЗАОА падает, концентрация фтора в фильтрате постепенно возрастает, и при достижении 1,5 мг/л филь- троцикл прекращают и сорбент регенерируют.

Регенерация сорбента производится пропуском через него

  • 1- 1,5%-го раствора сульфата алюминия. При этом происходит вытеснение поглощенных сорбентом фтор-ионов и он заряжается сульфат-ионами. Этапы регенерации следующие: взрыхление сорбента снизу вверх в течение 20 мин с интенсивностью 4—5 л/с-м2; обработка 1,5%-м раствором сульфата алюминия в течение трех часов, скорость фильтрации 2,5—3 м/ч; отмывка в течение часа от продуктов регенерации, удельный расход на отмывку 10 м33 сорбента; включение фильтра в работу. Емкость поглощения 1 г ЗАОА составляет
  • 2— 2,5 мг фтор-ионов.

В процессе обесфторивания в результате ионного обмена происходит увеличение концентрации сульфат-ионов в фильтрате. Это увеличение эквивалентно уменьшению концентрации суммы ионов фтора и бикарбонатных. В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 концентрация сульфатов в питьевой воде не должна превышать 500 мг/л, что необходимо учитывать.

Описанный процесс осуществляется на скорых напорных или открытых фильтрах или на контактных осветлителях, загруженных ЗАОА. Помимо фильтров, установка по удалению фтора из воды должна иметь реагентное хозяйство для приготовления регенерационных растворов, а также баки для воды, используемой для взрыхления и отмывки сорбента.

Данный метод характеризуется высоким технико-экономическим эффектом, себестоимость обработки воды здесь минимальная по сравнению с другими методами обесфторивания.

4. Возможно обесфторивание воды на алюмомодифицированных материалах.

После обработки солями алюминия песка, керамзита, дробленого клиноптилолита и других материалов они способны эффективно извлекать из фильтруемой воды фтор-ион. Наибольшей сорбционной емкостью по фтору из перечисленных материалов обладает алю- момодифицированный клиноптилолит, который в своей естественной форме фтор из воды практически не извлекает. При обработке алюмосодержащим реагентом клиноптилолита, который является природным катионитом, в последнем обменные катионы Са2+, Mg2+, Na+ замещаются на катионы А13+ из раствора-модификатора. При последующем фильтровании очищаемой воды через алюмо-модифицированный материал начинается обратный обмен и в фильтруемой воде появляются катионы А13+ . Одновременно с гидролизом и образованием основных солей алюминия протекает процесс дефторирования воды. Катионы алюминия, взаимодействуя с анионами фтора, образуют прочные алюмофторидные комплексы, которые адсорбируются клиноптилолитом. Сорбционная емкость алюмо-модифицированных клиноптилолитов составляет 0,5—1 мг фтора на 1 г сорбента.

При регенерации этих сорбентов первоначально производят взрыхление и отмывку их от фторсодержащих осадков, задержанных на поверхности и в порах загрузки. Затем через клиноптилолит пропускают 4—6%-й раствор солей алюминия (например, сернокислого алюминия). После такой обработки на фильтры подают исходную воду. Первые порции фильтрата с большим содержанием солей алюминия и низким значением pH отводят в специальный бак для повторного использования.

5. Для подземных вод, не требующих осветления и обесцвечивания, возможно обесфторываные с применением сильноосновных анионитов. По экономическим соображениям это может быть целесообразно при необходимости одновременного обесфторивания и опреснения воды.

Технологическая схема (рис. 37.5) включает обработку воды активированным углем с целью удаления органических веществ перед подачей на ионообменные фильтры. Затем вода проходит водород- катионитовые фильтры, загруженные сильнокислотным катионитом марки КУ-2, где извлекаются из воды катионы. Образующийся при Н-катионировании диоксид углерода удаляется в дегазаторе. После этого вода собирается в промежуточном баке и насосами подается на

Технологическая схема дефторирования и опреснения подземных вод методом ионного обмена

Рис. 37.5. Технологическая схема дефторирования и опреснения подземных вод методом ионного обмена:

1,10 — подача исходной и отвод обработанной воды соответственно; 2 — группа сорбционных угольных фильтров для извлечения органических примесей; 3 — группа Н-катионитовых фильтров, загруженных сильнокислотным катионитом КУ-2; 4 — дегазатор; 5 — вентилятор; б — промежуточный резервуар; 7 — повысительный насос; 8 — группа ОН-анионитовых фильтров, загруженных соответственно среднеосновным анионитом ЭДЭ-10П и сильноосновным АВ-17-8; 9 — буферный Na-катионитовый фильтр

для корректировки pH последовательно стоящие ОН~-анионитовые фильтры, загруженные соответственно среднеосновным анионитом марки ЭДЭ-10П,на котором задерживаются в основном анионы сильных кислот, и сильноосновным анионитом марки АВ-17-8 для задержания фтор-иона. Далее ставится буферный натрий-катионитовый фильтр, сглаживающий возможные «проскоки» на предыдущих ступенях обработки и поддерживающий постоянное значение pH в фильтрате.

Н-катионитовые фильтры регенерируются раствором соляной кислоты, ОН-анионитовые — раствором едкого натрия, Na-катио- нитовые — раствором хлористого натрия.

Предложенная технологическая схема отличается громоздкостью, сложностью реагентного хозяйства, чем объясняется ограниченность ее применения.

6. Для обесфторивания природных вод может применяться метод гиперфильтрации. При фильтровании фторсодержащей воды через полупроницаемые мембраны при давлениях выше осмотических происходит извлечение фтор-ионов из воды.

Установка включает осветительный фильтр предварительной очистки, бак осветленной воды, насосы высокого давления, гиперфильтрационные аппараты, расходомеры для фильтрата и рассола. Установка оснащена манометрами и регуляторами давления, обеспечена автоматизация ее работы. Расход электроэнергии составляет

3—4 кВт ч на 1 м3 обесфторенной воды.

Контрольные вопросы к разделу VI

  • 1. Каковы причины возникновения запахов и привкусов воды? Методы их устранения.
  • 2. Какая вода считается стабильной? Какие методы используются для стабилизационной обработки воды?
  • 3. Сравните два метода обезжелезивания воды: метод упрощенной аэрации и фильтрации и метод «сухой» фильтрации.
  • 4. Как определяются доза извести и соды в известково-содовом методе умягчения воды?
  • 5. Какие технологические схемы применяются при реагентном умягчении воды? Какую роль в них выполняет спирактор?
  • 6. Какие методы удаления марганца из воды вы знаете?
  • 7. Какие функциональные химически активные группы имеют в своем составе катионит марки КУ-2 и сульфоуголь?
  • 8. От чего зависит полная рабочая обменная емкость катионитового фильтра?
  • 9. Какие технологические схемы умягчения воды катионированием вы знаете?
  • 10. Назовите преимущества и недостатки процесса Na-катионирования при его организации в одну и две ступени.
  • 11. Напишите уравнение регенерации для Na-катионитового фильтра.
  • 12. Для чего применяется противоточное катионирование?
  • 13. Какое реагентное хозяйство предусматривается при катионитовом методе умягчения воды?
  • 14. Когда применяется термический метод умягчения воды?
  • 15. Как устроена простейшая одноступенчатая испарительная установка (дистиллятор)?
  • 16. Какие технологические схемы применяются при ионообменном методе опреснения и обессоливания воды?
  • 17. Какие требования предъявляются к воде, поступающей на электродиализные аппараты и на установки обратного осмоса?
  • 18. Какие основные типы установок обратного осмоса используются в промышленности?
  • 19. Какие факторы ограничивают возможность получения глубоко обессоленной воды в процессе электродиализа?
  • 20. Какие приемы ограничения образования осадков в камерах электродиализных аппаратов вам известны?
  • 21. В каких случаях фторируют воду? Какие реагенты применяются для этого?
  • 22. Какие технологии обесфторивания воды вы знаете?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>