КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Ионообменные методыКлассификация методов обесфторивания воды и их санитарно-гигиеническая оценка При избыточном содержании в питьевой воде фторид-ионов кроме флюороза у людей развиваются изменения в костях скелета, а у детей — малокровие и рахит. Имеются данные о неблагоприятном влиянии повышенных концентраций фторид-ионов на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы и общее физическое состояние. В тех районах, где питьевая вода бедна иодом, повышенное содержание в ней фторид-ионов может вызвать заболевание щитовидной железы (фтор вытесняет из тканей щитовидной железы иод). Неблагоприятно действует вода и с низким содержанием фторид-ионов. Из изложенного следует, что оптимальной дозой фторид-ионов в воде следует считать 0,7—1,5 мг/л. При содержании в воде более 1,5 мг/л фторид-ионов ее необходимо обесфторивать, хотя это и довольно сложная задача. До сих пор не разработаны простые и дешевые методы удаления из воды избытка фторид-ионов. Обычные методы осаждения фторид-ионов в виде осадков малор аствор имых фтор идов для обесфторивания питьевой воды не могут быть применены, так как растворимость наименее растворимых фторидов во много раз превышает допустимую концентрацию фторид-ионов в питьевой воде. В настоящее время воду обесфторива-ют методами ионного обмена на селективных в отношении фтора ионитах: активированном оксиде алюминия, гидро-ксилапатите, сильноосновных аниони-тах, а также на специально обработанных активированном угле и оксиде магния. Применяют также методы сорбции фторид-ионов свежеосажденными фосфатом кальция, гидроксидами магния и алюминия. Для подземных вод, не требующих осветления перед подачей в сеть, наиболее перспективными и экономичными могут быть ионообменные методы обесфторивания, для поверхностных вод, осветляемых перед подачей в сеть,— сорбционныс, в частности сорбция фтора осадками основного хлорида алюминия или гидроксида алюминия в толще фильтрующей загрузки. Наиболее эффективно фторид-ионы из подземных вод удаляются зернистым активированным оксидом алюминия (сорбентом). Он действует как аннонит, обменивающий ионы SO4 на ионы F по реакции: [Ah]2SO4+2F- 2[Ah]F + SO42- В ионообмене одновременно участвуют гидрокарбоиат-ионы и незначительно — ионы хлора [Ah]2SO4 +2 НСО3- 2[Ah] НСО3+ SO42- Активированный оксид алюминия обладает селективным действием по отношению к фторид-ионам, поэтому преимущественно поглощает их, хотя концентрация ионов НСОГ в воде значительно больше. При проектировании обесфториваю-щих установок следует учитывать, что регенерируют активированный оксид алюминия сульфатом алюминия и в очищенную воду поступает большое количество сульфатов, содержание которых в питьевой воде в соответствии с ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая» не должно превышать 500 мг/л. Содержание взвешенных веществ в воде, поступающей на фильтры, загруженные активированным оксидом алюминия, не должно превышать 8 мг/л, общее количество солей — не более 1000 мг/л.
Рис.5. Изменение рН, [F~], д (щелочности) и tSCVj"] в течение филь троцикла: 1—4 — соответственно щелочность, рН, содержание [F~~] и [SO4~] в фильтрате (эти показатели в исходной воде соответственно равны: Щ — 4 мг-экв/л, рн = 8. Lf—] -= з мг/л, Eso|~| = = 5 мг/л). Показатели качества воды в процессе обесфторивания изменяются (рис.5). В начале фильтроцикла щелочность снижается с 4 до 2 мг-экв/л, а к концу постоянно возрастает до исходного значения. Концентрация сульфат-ионов, наоборот, в начале фильтроцикла повышается в среднем па 2—2,4 мг-экв/л, а затем с ростом концентрации гидрокарбонат-ионов постепенно снижается. Содержание ионов хлора, кальция и магния в воде не изменяется. Схема установки для обесфторивания артезианской воды, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения, приведена на рис. 15.6.
Рис.6. Схема установки для фторирования воды: / — Н-катионитовые фильтры; 2 — бак для приготовления 8 — 10 %-го раствора AI, (SO4)3; 3 — резервуар для повторного использования воды при взрыхлении загрузки; 4 — бак для хранения осветленного концентрированного раствора Al2 (SO4)B; 5 — баки для приготовления 1 — 1,5 %-го раствора А1. (SO4h.
При высоте слоя загрузки в фильтре 2 м и скорости фильтрования 5 м/ч длительность фильтроцикла составляет 8 сут. Содержание фторидов в воде снижается с 3,1 до 0,2 мг/л и лишь на восьмые сутки возрастает до 1,5 мг/л. Рабочая обменная емкость составляет 1,95 кг F2/t активированного оксида алюминия. Для обесфторивания воды можно использовать фильтры (открытые или напорные) с трубчатым дренажем и нарезными щелями, выполненными из коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, винипласт и др.) или с дренажем из щелевых колпачков (например, фарфоровых). Воду через фильтры пропускают со скоростью 6 м/ч при нормальном режиме и не более 8 м/ч — при форсированном. Равномерную работу дренажа обеспечивают укладкой на него слоя кварцевого песка с крупностью зерен 2—4 мм высотой 100—150 мм и активированного оксида алюминия с крупностью зерен 1—3 мм. Высоту слоя активированного оксида алюминия принимают: 2 м в напорных и открытых фильтрах при содержании фторид-ионов в исходной воде до 5 мг/л и соответственно 3 и 2,5 м при содержании их 8—10 мг/л. Внутреннюю поверхность напорных фильтров для предотвращения коррозии покрывают лаком. Открытые железобетонные фильтры штукатурят кислотоупорным цементом или облицовывают метлахской плиткой. Продолжительность фильтроцикла Т определяют по формуле: T=FHE/q(C0-CК/3) где F — площадь фильтра, м2; H — высота слоя сорбента, м; Е — рабочая обменная емкость сорбента по фтору (принимается равной 900—1000 г/м3 сорбента); q — производительность филь: ра, м3/ч; Со — содержание фторидов: исходной воде, г/м3; Ск — содержан: фтора в фильтрате в конце цикла (принимается равным 1,5 г/м3). Загрузку фильтра перед регенерацнт взрыхляют последней четвертью отмывочной воды после регенерации сорбента пропуская ее снизу вверх с интенсивстью 4—5 л/(с м2) в течение 15—20 мин. Для хранения отмывочной воды предусмотрен резервуар. Регенерируют сорбент 1—1,5 %-м: раствором сульфата алюминия, который получают из 10—17 %-го раствора: изготовляемого в растворных баках, гашением с водой в эжекторах nepeдачей в фильтры. Скорость регенег: принимают равной 2—2,5 м/ч. Пе~ порции регенерационного раствор пускают, последнюю порцию (25 : общего количества раствора) — повторно: используют для регенерации сорбента. Начинают регенерацию использовавшиеся ранее раствором. Отмывают сорбент после регенерации током исходной воды снизу вверх с интенсивностью 4—5 л/(с • м2), принимая расход воды 10 м3/м3 сорбента. Отмывку заканчивают, когда в отмывочной воде определяются лишь следы алюминия. Расход сульфата алюминия на одну регенерацию Р определяют по формуле: Р = qДк(C0-Cк/3)/10b, где q — производительность фильтра за один фильтроцикл, м3; Дк — доза сульфата алюминия, г/г поглощенного фтора (принимается равной 40—50 г/г); Ъ — содержание чистого Al3 (SO4)3 в техническом продукте, %. Рабочую обменную емкость поглощения фтора Ярао активированным оксидом алюминия приближенно рассчитывают по формуле: ЕрабF- = q(C0-Cк)/FH
Воду также обесфторивают фосфатами: гидроксилапатитом, трикальцийфосфатом, гранулированным суперфосфатом и др. Наиболее полно исследован метод обесфторивания воды гидроксилапатитом. По мнению ряда исследователей, этот реагент действует как анионит, ионы ОН которого замещаются в процессе анионного обмена ионами F с образованием малорастворимого фторапатита: [Са9 (РО4)6 Са] (ОН)2 + 2F- [Са9 (РО4)6 Са] F2 + 2ОН-. Регенерируют фторапатит 1 %-м раствором гидроксида натрия: [Са9 (РО4)6 Са] F3 + 2ОН-[Са9 (РО4)6 Са] (ОН)3 + 2F. При регенерации фторапатита сначала гидроксидом натрия, а затем угольной кислотой его обменная емкость повышается. Предполагают, что при такой обработке фторапатит переходит в карбонатную форму: [Са9 (PO4) Са] (ОН)3 + СО2 [Са9 (РО4)6 Са] СО3 + Н2О. Процесс ионообмена при фильтровании воды через этот материал протекает так: [Са9 (РО4)6 Са] СО3 + 2F[Са9 (PO4)6 Ca]F2 + СО3
Обменная емкость апатита в карбонатной форме большая, чем гидроксилапатита. Это связано с тем, что при переходе в фильтрат ионов СО22- рН фильтрата повышается меньше, чем при поступлении в него эквивалентного количества ионов ОН. При фильтровании воды через гидроксилапатит изменяются показатели качества воды (рис.7), поскольку в процессе ионообмена увеличивается концентрация ионов ОН и, следовательно, гидратная щелочность фильтрата. В результате взаимодействия ионов ОН- с содержащимися в воде ионами НСОГ образуются ионы СОз^, которые соединяются с присутствующими в воде ионами Са2+: Ca + CO32-= CaCO3 Осадок карбоната кальция задерживается в фильтрующей загрузке. Таким образом, щелочность и концентрация ионов кальция в обработанной воде снижаются. Рабочая обменная емкость гидроксил-апатита при фильтровании через него воды, содержащей 5—6 мг/я фторидов, получается наиболее высокой в первых циклах — 6 мг F2/r сорбента. В последующих циклах она несколько снижается и после 4—5 циклов стабилизируется на уровне 3,5—4 мг F2/r сорбента. Некоторое уменьшение рабочей обменной емкости гидроксилапатита наблюдается при большом содержании в исходной воде хлоридов. Например, при содержании в исходной воде хлорид-ионов 6 мг/л рабочая емкость поглощения сорбента по фторид-ионам составляет 4,18 мг/л, а при их содержании 115 мг/л — 3,4 мг/л. Для обесфторивания воды рекомендуется применять гранулированный гид-роксилапатит с крупностью зерен 1—3 мм при высоте слоя загрузки 2—3 м (плотность сорбента — 800 кг/м3). Скорости фильтрования и регенерации должны составлять 5 м/ч. Расход гидроксилапатита при регенерации 1 %-м раствором NaOH составляет 100 кг/кг поглощенного фтора. Отмывку сорбента после регенерации производят исходной водой снизу вверх с интенсивностью 7—8 л/(с • м2) в течение 30—45 мин. Изучение возможности обесфторивания воды сильно- и слабоосновными анионитами Ан-2Ф, ЭДЭ-10П, «Амбер-лайт» и другими показало, что его нельзя рекомендовать как самостоятельный метод по экономическим соображениям. Аниониты целесообразно использовать для удаления фторидов только при одновременном обессоливании воды. Сточные воды после регенерации и отмывки загрузки фильтра имеют рН = 4......5, содержат фтор и сульфат алюминия, поэтому в каждом конкретном случае вопрос возможности спуска сточных вод в водоемы необходимо согласовывать с органами санитарно-эпидемиологической службы. Если спуск сточных вод в водоемы недопустим, их очищают в резервуарах-накопителях (балки, трубы, искусственные емкости) или нейтрализуют известью до рН = 7,2...7,5 с последующим отстаиванием взвеси А1 (ОН)3 и сорбированного фтора в отстойниках. Затем осевшую взвесь обезвоживают на специальных площадках намораживания или отводят в накопители. Воду после отстаивания и уплотнения замороженного осадка можно спускать в водоем. Поскольку содержание фтора в фильтрате в течение фильтроцикла изменяется, для поддержания концентрации фтора в подготовленной воде в оптимальных пределах в фильтрат необходимо постоянно добавлять исходную воду. Количество воды для добавления qR зависит от содержания фтора в фильтрате; его можно определить (в процентах от общего расхода очищенной воды) по формуле qд=(Ссмеш-Сф)/(Сисх-Сф)*100 где Ссмеш — оптимальная концентрация фтора в смешанной воде, мг/л; Сф — концентрация фтора в фильтрате, мг/л; Сисх — содержание фтора в исходной воде, мг/л. Обесфторивание воды активированным углем марок «БАУ», «КАД», а также активированным углем СКТ, насыщенным солями алюминия, оказывает положительное влияние только при подкис-лении воды до рН = З...3,5. Существенным недостатком метода является невозможность полного восстановления сорбционной емкости угля при регенерации. Магнийоксихлоридные и магнийсиликатные сорбенты, представляющие собой оксид магния, сцементированный оксихлоридом или силикатом магния, удовлетворительно удаляют фториды из воды. Например, рабочая обменная емкость магнийоксихлорида составляет 0,9 мг F2/r сорбента. Однако обменная емкость сорбентов при регенерации полностью не восстанавливается. Сорбент по исчерпании его сорбционной емкости необходимо заменять свежим, что значительно удорожает процесс обесфторивания (для снижения концентрации фтора с 5 до 1 мг/л затраты составляют 20 к./м3 воды). Однократное применение магнийсодержащих сорбентов неэкономично, что ограничивает широкое применение данного метода в технологии очистки воды.
Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 633; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |