3. Технологические схемы, эксплуатация и контроль работы фтораторных установок

В настоящее время в нашей стране и за рубежом для фторирования воды за­проектированы и построены фтораторные установки различных типов малой и большой производительности. Все уста­новки по технологии приготовления растворов фторсодержащих реагентов можно разделить на фтораторные установки: са­тураторного типа; с растворными бака­ми; с растворно-расходнымм баками; с применением кремнефтористоводородной кислоты.

Рис.1. Схема фторирования воды крем нефторидом натрия:

1 — бачок постоянного уровня; 2 — па-куум-бункер; 3 — фильтр; 4 — вакуум-насос; -5 — ввод раствора фторреагента; 6 — ротаметр; 7 — тара с реагентом; 8 — компрессор; 9 — штурвал для ре­гулировки количества загрузки реаген­та; 10 —- секторный питатель, // — са­туратор; 12 — регулирующий вентиль.

Выбор схемы фторирования воды оп­ределяется в основном производитель­ностью водопроводной станции, свой­ствами применяемого фтор содержащего реагента, экономическими соображе­ниями.

Схема фтораторной установки сатура­торного типа представлена на рис. 1. Ее используют в случае применения малорастворимого кремнефторида нат­рия. Вода подается в сатуратор и про­ходит через слой находящегося здесь реагента. Пневмотранспортом под ва­куумом реагент один раз в 5—7 сут за­гружается в сатуратор. Ваку­умная система состоит из ва­куум-бункера, фильтра, ваку­ум-насоса и трубопроводов для подачи реагента и выпу­ска воздуха. Порошок Na₂SiF₆ в вакуум- бункере оседает вниз. Для предотвращения выноса частичек порошка в атмосферу при работе пнев­мотранспорта предусмотрен фильтр. Реагент из вакуум-бункера че­рез секторный питатель загружается в сатуратор, где приготовляется насыщен­ный раствор Na₂SiF_G. От системы внут­реннего водопровода вода через регули­рующий вентиль попадает в нижнюю часть сатуратора и вытесняет образо­вавшийся в нем раствор, близкий к насы­щенному. Для стабилизации расхода ре­агента вода поступает в сатуратор через бачок постоянного уровня. Регули­рующий вентиль автоматически поддер­живает количество подающейся в сатура­тор воды. Насыщенный раствор Na₂SiF_R через сборную систему из перфорирован­ных труб подводится к месту дозиров­ки. Отвод насыщенного раствора из са­туратора и количество поступающей в сатуратор воды контролируются рота­метром.

Для обеспечения полного использова­ния порошка Na₂SiF_e в сатураторе пре­дусмотрен барботаж компрессором.

Производительность сатуратора q_c (по насыщенному раствору реагента) определяют по формуле:

где Q — расход обрабатываемой воды, м³/ч; п — количество сатураторов, шт.; р — растворимость Na₂SiF_G (при О °С составляет 4,3; при 20 °С — 7,3; при 40° С— 10,3 г/л).

П ри определении объема сатураторов длительность пребывания в них раствора принимается не менее 5 ч, скорость вос

Рис.2. Схема ав­томатического дози­рования раствора фторидов:

1— трубопровод; 2 — бак с раствором реагента; ,5 — насос-дозатор; 4 — реле; у — записывающее устройство; 6 — расходомер

ходящего потока воды в сатураторе — не более 0,1 мм/с.

Общая схема автоматического дозиро­вания фторсодержащего реагента в за­висимости от колебаний расхода воды (рис.2) состоит из: расположенного в водопроводе чувствительного датчика, определяющего расход воды, или прибора, непрерывно определяющего кон­центрацию фтора во фторированной во­де; системы, передающей сигнал о не­обходимости изменения количества по­даваемого фторсодержащего реагента; ус­тройств, изменяющих расход реагента; дозатора (например, дозирующего насо­са НД).

Наилучшим видом дозирования сле­дует считать автоматическое дозирова­ние в зависимости от концентрации фто­ра во фторированной воде.

Строительство фтораторных устано­вок сатураторного типа целесообразно для станций производительностью до 50 тыс. м³/сут, так как они сравнительно компактны и позволяют обеспечить до­зирование даже без средств автоматиза­ции. В настоящее время большинство фтораторных установок, внедренных в России, сатураторного типа.

На мощных станциях применяют фтораторные установки с приготовлением фторсодержащего реагента в растворных баках, являющиеся наиболее универсальными и работающие на любом фторсодержащем реагенте. Схема такой действующей в г. Карл-Маркс-Штадте фтораторной установки, являющейся одной из крупнейших и наиболее совер­шенной установкой в Европе, приведе­на на рис.3.

Кремнефторид натрия по конвейеру 2 поступает в питающий бункер 4, рассчитанный на хранение 15-суточного запаса реагента, откуда винтовым конвейером подается в установленную на весах емкость, в которую и дозируется для получения 0,45 %-го раствора. За­тем реагент поступает в растворный бак 5, где растворяется в 10 м³ водопроводной воды. В результате интенсивного пере­мешивания раствора в баке насосом 12 и барботированием воздуха через 3— 4 ч достигается полное растворение реа­гента. Приготовленный 0,45 %-й рас­твор Na₂SiF₆ насосом И перекачивается в расходный бак 13, из которого насосом-дозатором 10 подается по трубопроводу 9 в магистральный трубопровод 7 для смешения с обрабатываемой водой, на­правляющейся на фильтры.

Р аствор реагента дозируется автома­тически. Для этого в магистральный тру­бопровод вмонтирована специальная из­мерительная диафрагма 8. С увеличением или уменьшением расхода воды изменяется разность давлений до и пос­ле диафрагмы. Эти изменения регистри­рует специальный прибор 6 с пьезоэле-ментами и трансформирует их в электри­ческую энергию, подаваемую по усили­вающей схеме датчиком импульсов к до­зирующему насосу 10. С увеличением расхода воды возрастают разница дав­лений, число импульсов тока, коли­чество ходов поршня насоса 2, следова­тельно, и расход раствора, подаваемо­го насосом в магистральный трубопро­вод. С уменьшением расхода воды рас­ход подаваемого раствора реагента уменьшается.

Рис.3. Схема фтораторной установки с ными баками:

/ — циклон; 2 — конвейер; 3 — зоат вытяя тиляции; 4 — питающий бункер: 5 — -■-бак; 6 — регистратор; 7 — маистральный вод 8 — измерительная диафрагма: 9 — т под подачи готового раствора; 10 — на II — центробежный насос; /2 т= циркулаи. сое; 13—расходныйбак

Предусмотрено также руч ное регулирование количества подавае­мого насосом раствора.

Для предотвращения коррозии резер­вуар 5 изготовлен из бетона, его внут­ренние стенки штукатурят кислотоупор­ным цементом. Циркуляционный насос 12 изготовлен из кислотоупорного мате­риала.

Рис.4. Схема фторирования воды кремнефтористоводородной кислотой:

1 — баки-хранилища; 2 — барботаж сжатым возду­хом; 3 — насос -дозатор; 4 — ввод реагента; 5 — воз­духодувка; 6 — компрессор.

Для более полного смешения воды с раствором реагента его вводят перед резервуаром чистой воды или во всасы­вающий трубопровод насосов второго подъема.

Концентрацию раствора реагента для приготовления ненасыщенных раство­ров в расходных баках принимают: кремнефторида натрия — 0,25 % при температуре раствора 0 °С и до 0,5 % при 25 °С, для фторида натрия — 2,5% при 0 °С; кремнефторида аммония — 7 % при 0 °С, кремнефтористоводородной кислоты — 5 % при 0 °С.

Интенсивность подачи воздуха для перемешивания раствора принимают рав­ной 8—10 л/(с м²). Растворы фторсодержащих реагентов отстаивают в течение 2 ч.

При использовании в качестве реаген­тов кремнефторидов натрия и аммония следует предусмотреть мероприятия про­тив коррозии баков, трубопроводов и дозаторов.

В состав фтораторных установок с растворно-расходными баками входят растворный и расходный баки, обору­дованные мешалками, системами для по­дачи воздуха или гидравлического пере­мешивания раствора, дозировочные устройства.

На некоторых станциях применяют го­товый раствор фтор содержащего реа­гента, например, кремнефтористоводородную кислоту, доводя ее концентрацию до расчетной. На рис. 15.4 приве­дена схема фтораторной установки с использованием кремнефтористоводород-ной кислоты. Кислота из автоцистерны самотеком поступает в баки-хранилища. Концентрация различных партий кисло­ты может быть неодинаковой, поэтому предусмотрена возможность разбавле­ния до 10 %-й концентрации и пере­мешивания реагента посредством бар-ботажа сжатым воздухом от воздуходув­ки. Насос-дозатор, изготовленный из кислотоупорного материала, дозирует ее из баков-хранилищ пропорционально расходу обрабатываемой воды. Реагент транспортируется к месту ввода по по* лиэтиленовым трубам.

При большой производительности станций соответственно увеличивается число и емкость баков-хранилищ, коли­чество насосов-дозаторов и т. д. По сравнению с технологией фторирования во­ды твердыми соединениями фтора при обработке воды кремнефтористоводо-родной кислотой не требуется дорогостоящее оборудование, необходимое для растворения фтор содержащих ; соедине­ний; кроме того, отпадает необходимость в установках, предназначенных для ула­вливания токсической пыли, неизбеж­ной при использовании порошкообраз­ных реагентов. Фактором, ограничиваю­щим применение этой кислоты, являет­ся высокая стоимость ее транспортиро­вания от завода-поставщика к месту по­требления (требуются гуммированные цистерны).

Трубопроводы и арматура выполня­ются из фторопласта, полиэтилена, ви­нипласта и других кислотоупорных ма­териалов.

Процесс фторирования воды требует постоянного строгого контроля.

Прежде всего контролируется качест­во фтор содержащих реагентов. Из каж­дой партии реагента отбирается сред­няя проба, в которой определяют содержание чистого продукта, свободной угольной кислоты, нерастворимых при­месей, влажность.

С целью предотвращения поступления в питьевую воду избытка фторидионов следует тщательно контролировать точ­ность дозирования реагента (по концен­трации и расходу фтор содержащих ре­агентов и по концентрации фторид-ио­нов в обработанной воде).

Установленная экспериментально доза фтора контролируется фотоэлектроколо-риметром ФЭК не реже 2 раз в смену (реакция с ализаринциркониевым ла­ком); для этой же цели используются анализатор АФ-297 и фторселективные электроды.

Установки для фторирования необ­ходимо оборудовать водомерами, а дозатор реагента должен легко регулиро­ваться с тем, чтобы отклонения фактической дозы реагента от расчетной не превышали ±5%. Производительность дозирующих устройств и расход обра­батываемой воды контролируют через каждый час, результаты замеров запи­сывают в журнал. Регистрируют также время начала и окончания использования раствора в рабочем баке. Одновременно отбирают пробы рабочего раствора для определения концентрации фтора.

Вода из распределительной сети ана­лизируется 2—4 раза в сутки. Пробы отбираются в разных местах в разное время суток. Обязательным условием является смена мест отбора и анализ хотя бы одной пробы, отобранной в утренние часы.

Текущий санитарный надзор за фтори­рованием кроме перечисленных меро­приятий включает строгий контроль за хранением и расходованием фторсодер-жащих реагентов, контроль за осуществ­лением мероприятий по охране труда лиц, работающих с этими веществами. При фторировании воды необходимо строго соблюдать мероприятия по охра­не труда и технике безопасности. Со­держание фтор содержащих соединений в воздухе производственных помещений не должно превышать 1 мг/м³, поэтому в помещениях следует обеспечить вен­тиляцию с 10—12-кратным обменом воз­духа, а также местные отсосы в местах образования пыли. Установку для фторирования и склад для реагентов необходимо изолировать от других слу­жебных помещений. Все технологичес­кие операции надежно герметизируют­ся во избежание попадания пыли реа­гентов в воздух. Транспортирование фтор-содержащих реагентов во избежание контакта с ними персонала механизи­руют. В рабочих помещениях фторатор-ной необходимо поддерживать темпера­туру не ниже 10 °С при ручном дозиро­вании и не ниже 5 °С при автоматичес­ком.

Учитывая токсические свойства фтор-содержащих препаратов, кроме общих мероприятий по охране труда следует обеспечить обслуживающий персонал ин­дивидуальными средствами защиты: рес­пираторами, защитной одеждой, рези­новыми перчатками, защитными очками, сапогами, шлемами для защиты головы от пыли и др.; после работы обслуживаю­щий персонал должен принять душ.