5.3. Іонообмінні методи дефторування води

Як сорбенти для витягання фтору з води можуть бути застосовані: сильноосновні катіоніти і аніоніти, магнезійні сорбенти, фосфат кальцію, спеціально оброблене активоване вугілля, активований оксид алюмінію, модифіковані завантаження, клиноптилоліт.

Найефективніше фториди з підземних вод видаляються зернистим активованим оксидом алюмінію (сорбентом). При проектуванні дефторувальних установок слід враховувати, що регенерують активований оксид алюмінію сульфатом алюмінію, і в очищену воду поступає велика кількість сульфатів, вміст яких в питній воді відповідно до ГОСТ 2874-82 «Вода питна» не повинен перевищувати 500 мг/дм³. При висоті шару завантаження у фільтрі 2 м і швидкості фільтрування 5 м/год. час фільтроциклу складає 8 діб. Вміст фторидів у воді знижується з 3,1 до 0,2 мг/дм³ і тільки на восьму добу зростає до 1,5 мг/дм³.

Для дефторування води можна використовувати фільтри (відкриті або напірні) з трубчастим дренажем і нарізними щілинами, виконаними з корозійностійких матеріалів (нержавіюча сталь, вініпласт та ін.) або з дренажем з щілистих ковпачків, наприклад з фарфорових. Висоту шару активованого оксиду алюмінію приймають: 2 м в напірних і відкритих фільтрах при вмісті фторидів у вихідній воді до 5 мг/дм³ і відповідно 3 і 2,5 м при вмісті фторидів 8-10 мг/дм³. Внутрішню поверхню напірних фільтрів для запобігання корозії покривають лаком.

Дефторидують воду також фосфатними сполуками: гідроксилапатитом, трикальційфосфатом, гранульованим суперфосфатом та ін. Якнайповніше досліджений метод очищення фторвміщуючих вод гідроксилапатитом.

Магнійоксихлорідні й магнийсилікатні сорбенти, тобто оксид магнію, зцементований оксихлоридом або силікатом магнію, задовільно видаляють фториди з води. Наприклад, ємкість поглинання магнійоксихлоридного сорбенту складає 0,9 мгF₂/г сорбенту. Проте сорбційна ємкість сорбентів при регенерації повністю не відновлюється. Одноразове застосування магнезійних сорбентів неекономічне, що обмежує широке застосування даного методу в технології очищення води.

Тема 6. Знезалізнення води

6.1. Основи процесу знезалізнення води

Залізо в природних водах зустрічається у вигляді дво- і тривалентних іонів, а також органічних і неорганічних сполук, що знаходяться в колоїдному стані або у вигляді тонкодисперсних суспензій (гідроксидів, сульфідів, органічних комплексів і ін.). У поверхневих водах залізо міститься головним чином в органічних комплексах, а також у вигляді колоїдних і тонкодисперсних суспензій. У підземних водах при відсутності розчиненого кисню воно звичайно знаходиться у вигляді двовалентних іонів.

При значеннях рН<4,5 залізо знаходиться у воді у вигляді іонів Fe³⁺, Fе²⁺ і Fe(OH)²⁺. Підвищення значення рН призводить до окислення заліза (II) в залізо (III), яке випадає в осад.

За наявності каталізаторів – розчинених в оброблюваній воді іонів міді, марганцю і іонів фосфату, а також при контакті її з оксидами марганцю або з раніше випавшим гідроксидом заліза (III) швидкість окислення заліза (II) киснем значно зростає. З підвищенням значення рН середовища час, що витрачається на окислення сполук заліза (II), значно скорочується. Окислення заліза (II) киснем повітря відбувається за реакцією

4Fe²⁺ + О₂ + 8НСО₃^- + 2Н₂О = 4Fе(ОН)₃↓+8СО₂↑.

Швидкість окислення сполук заліза (II) значно зростає при хлоруванні води. Сполуки заліза (II) у присутності гідрокарбонатів природних вод повністю гідролізують за реакцією:

2Fe²⁺ + Сl₂ + 6НСО₃^- = 2Fe(ОН)₃↓+ 2Сl^- + 6СО₂↑.

При обробці води перманганатом калія реакція окислення і подальшого гідролізу протікає згідно з рівнянням:

4Fe²⁺+ МnО₄^- + 8НСОз^- + 2Н₂О = 4Fe(OH) ₃↓ + MnO↓ + 8СО₂↑.

Залізо з природних вод видаляють методами, які можна звести в дві основні групи: безреагентні (фізичні) й реагентні.

До вживаних в даний час безреагентних методів відносяться:

 спрощена аерація з подальшим фільтруванням;

 аерація з подальшим відстоюванням і фільтруванням;

 «суха» фільтрація;

 фільтрування на каркасних фільтрах;

 електрокоагуляція;

 подвійна аерація, обробка в шарі завислого осаду і фільтрування;

 фільтрування в підземних умовах з попередньою подачею у пласт окисленої води або повітря.

До реагентних методів відносяться:

 спрощена аерація, окислення, фільтрування;

 напірна флотація з вапнуванням і подальшим фільтруванням;

 вапнування, відстоювання в тонкошаровому відстійнику, фільтрування;

 аерація, окислення, вапнування, коагуляція, флокулювання з подальшим відстоюванням або обробкою в шарі завислого осаду і фільтруванням;

 фільтрування через модифіковане завантаження;

 катіонування.

При знезалізненні підземних вод найчастіше застосовують аерування, поверхневих вод – коагуляцію сульфатом алюмінію з попереднім хлоруванням, вапнуванням і відстоюванням.