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). Він діє як аніоніт, що обмінює аніони SО42- на іони F- за реакцією

[Ан]2 SO4 + 2 F-  =  2 [Ан] F + SО42-.

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. Робоча ємкість поглинання складає 1,95 кг F-/т активованого оксиду алюмінію.

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.

Гидроксилапатіт діє як аніоніт, гідроксильні іони якого заміщаються в процесі аніонного обміну іонами фтору з утворенням малорозчинного фторапатиту:

[Са9(РО4)6 Са] (ОН)2 + 2F- ↔ [Са9(РО4)Са6] F2 +2ОН-.

Регенерацію гідроксилапатиту проводять 1%-ним розчином гідроксиду натрію

[Са9(РО4)6Са] F2 + 2ОН- ↔ [Са9(РО4)6Са] (ОН)2 + 2F-.

При регенерації цього аніониту спочатку їдким натром, а потім вугільною кислотою його обмінна здатність підвищується. Припускають, що при такій обробці гідроксилапатит переходить в карбонатну форму:

[Са9(РО4)6Са] (ОН)2 + СО2  ↔ [Са9(РО4)6Са] СО3 + Н2О.

Процес іонообміну при фільтруванні води через цей матеріал протікає таким чином:

[Са9(РО4)6Са] СО3 + 2F- ↔ [Са9(РО4)Са6] F2 + CO32-.

Обмінна здатність апатиту в карбонатній формі більша, ніж гідроксилапатиту.

Рекомендується для дефторування води застосовувати гранульований гідроксилапатит з крупністю зерен 1-2 мм при висоті шару завантаження у фільтрі 2-3 м. Швидкість фільтрування і швидкість пропускання регенераційного розчину повинні складати 5 м/год. Витрата гідроксилапатиту при регенерації 1%-м розчином NaOH складає 100 кг/кг поглиненого фтору. Відмивання сорбенту після регенерації проводять струмом води від низу до верху з інтенсивністю 7-8 л/(с.м2) протягом 30-45 хв.

Вивчення можливості дефторування води сильно- і слабкоосновними аніонітами Ан-2Ф, ЕДЕ-10П, Амберлайт та ін. показало, що дефторування води із застосуванням аніонітів не може бути рекомендовано як самостійний метод з економічних міркувань. Аніоніти можуть бути використані для видалення фторидів тільки при одночасному знесолюванні води.

Дефторування води активованим вугіллям марок БАУ, КАД, СКТ дає позитивний ефект тільки при підкисленні води до рН=3-3,5. Істотним недоліком методу є неможливість повного відновлення сорбційної здатності вугілля при регенерації.

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. Сорбент після вичерпання його сорбційної здатності повинен замінюватися свіжим, що значно здорожує процес дефторування. Одноразове застосування магнезійних сорбентів неекономічне, що обмежує широке застосування даного методу в технології очищення води.

Контрольні запитання:

Для чого проводять корекцію вмісту фтору в питній воді?

Який оптимальний вміст фтору в питній воді за медицинськими дослідженнями та рекомендаціями ДержСанПіН?

Як знефторюють питну воду?

Охарактеризуйте сорбційні методи дефторування води.

Поясніть технологічну схему дефторування води з використанням гідроксиду  магнію.

Поясніть технологічну схему дефторування води з використанням гідроксиду алюмінію.

Поясніть технологічну схему дефторування води з використанням фосфату кальцію.

Охарактеризуйте фільтраційні методи дефторування води.

Поясніть технологічну схему дефторування води з використанням активованого оксиду алюмінію.

Які матеріали використовують для фільтраційного дефторування води?


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я