Тема 5. Дефторування води
5.1. Класифікація методів дефторування води
Тривале вживання населенням питної води із вмістом іонів фториду, що перевищує 1,5 мг/дм3, викликає флюороз. При вмісті у воді іонів фториду більше 3-5 мг/дм3, окрім флюорозу, спостерігаються зміни в кістках скелета, а у дітей – недокрів'я і рахіт. Є дані про несприятливий вплив підвищених концентрацій іонів фториду на функціональний стан серцево-судинної системи і загальний фізичний стан.
З викладеного виходить, що оптимальною дозою іонів фториду у воді слід вважати| 0,7-1,2 мг/дм3. При вмісті у воді більше 1,5 мг/дм3 іонів фториду необхідно дефторувати воду, хоча це і досить складне завдання. Дотепер не розроблені прості і дешеві методи видалення з води надлишку іонів фториду.
Звичайні методи осадження іонів фториду у вигляді осадів малорозчинних фторидів для дефторування питної води не можуть бути застосовані внаслідок того, що розчинність найменше розчинних фторидів у багато разів перевищує допустиму концентрацію іона фториду в питній воді.
Вживані методи дефторування можна об'єднати в дві групи:
1. Метод сорбції (осадження) фтору осадом гідроксиду алюмінію або магнію, а також фосфату кальцію. Цей метод доцільно застосовувати при обробці поверхневих вод, коли окрім знефторення потрібні ще освітлення і знебварвлення. Разом з цим даний метод може знайти застосування і для обробки підземних вод при необхідності їх одночасного пом’якшення (реагентним методом) і знефторення.
2. Метод фільтрування (іонообмінний) води через фторселективні матеріали. Заснований на обмінній адсорбції іонів, при якій фтор видаляється в процесі пропуску оброблюваної води через сорбент (активований оксид алюмінію, гідроксилапатит, сильноосновні аніоніти, а також магнезійні реагенти і активоване вугілля). Цей метод найбільш ефективний при знефторенні підземних вод, що, як правило, не потребують інших видів кондиціонування, або в тих випадках, коли одночасно зі знефторенням проводять ще і опріснення.
5.2. Сорбційні методи дефторування води
Фториди з води можна видаляти сорбцією свіжоосажденим гідроксидом магнію при необхідності одночасного пом’якшення води. Сорбція фторидів свіжоосажденим гідроксидом магнію протікає швидко і практично не залежить від температури.
Дефторовану воду рекомендується пропускати через освітлювач з шаром завислого контактного середовища, що утворюється гідроксидом магнію. Його витрата складає близько 2 мг-екв/мг іонів фториду, що видаляються з води.
При невеликому вмісті у воді солей магнію для видалення фторидів даним методом разом з вапном слід вводити сульфат або хлорид магнію.
Схема установки для дефторування води свіжоосажденим гідроксидом магнію (II) наступна (рис. 10, а): з вихрового реактора, де вихідна вода змішується з вапняним молоком, вона прямує в освітлювач, перед яким вводиться розчин хлориду або сульфату магнію (II). Освітлена вода проходить через фільтри в резервуари чистої води і подається насосами споживачеві.
Рисунок 10 – Технологічна схема дефторування води
свіжоосажденим гідроксидом магнію (а) і алюмінію (б):
1 – змішувач; 2 – освітлювач із завислим осадом; 3 – фільтр;
4 – РЧВ; 5, 6 – введення вихідної і відведення знефторенної води
З метою запобігання накопиченню відкладень карбонату кальцію в освітлювачах при видаленні іонів фториду з води осадженням гідроксидом магнію, їх рекомендується влаштовувати з конічними або пірамідальними днищами, а розподіл води проводити опускними трубами. Висоту шару осаду приймають рівною не менше 2 м, швидкість висхідного потоку води в зоні освітлення - 0,2-0,3 мм/с.
При дефторуванні води гідроксидом алюмінію у воду вводять сульфат алюмінію, в результаті гідролізу якого утворюється колоїдний гідроксид А1(ОН)3, що сорбує іони фториду.
Сорбція іонів фториду з води гідроксидом алюмінію великою мірою залежить від рН води. Зниження значення рН від 8 до 5 при однаковій дозі введеного у воду сульфату алюмінію підвищує ефект видалення з води іонів фториду. Витрата сульфату алюмінію на зниження вмісту іонів фториду з 5 до 1 мг/дм3 при цих значеннях рН складає 40-50 мг/мг видалених з води іонів фториду.
Внаслідок великих витрат сульфату алюмінію, кислоти і вапна, а також необхідності точного дозування реагентів цей метод дефторування води є складним і невигідним в експлуатації. Основними спорудами в технологічній схемі є: вертикальний змішувач, освітлювач з шаром завислого контактного середовища і швидкі фільтри (рис. 10, б).
Для дефторування води може застосовуватися основний хлорид алюмінію Al2(O2OH)C1, який створює осад основних солей алюмінію в досить широкому діапазоні значень рН і має хороші сорбційні властивості.
Як споруди для обробки води рекомендується застосовувати контактні освітлювачі. Попереднє підкислення води не потрібне.
При введенні 6-8 мг/дм3 основного хлориду алюмінію (у перерахунку на Al2O3) добре коагулюються домішки води і видаляється від 1 до 2 мг/дм3 іонів фториду.
Розроблено метод дефторування води свіжоосажденим трикальційфосфатом. Витрата трикальційфосфату складає 30 мг/мг видалених іонів фториду. Очищення води від іонів фториду із застосуванням трикальційфосфату може бути здійснене за технологічною схемою, що включає змішувач, з якого воду з введеним в неї трикальційфосфатом подають в освітлювач з шаром завислого контактного середовища. Швидкість висхідного потоку води в ньому, щоб уникнути винесення легкого осаду трикальційфосфату, приймають не більше 0,6-0,7 мм/с. Дрібні пластівці, що виносяться потоком води з освітлювача, затримуються фільтрами.