CC BY
36
УДК 628.16
РЕАГЕНТНОЕ ОБЕСФТОРИВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
1 9
А.И. Матюшенко1, Л.В. Приймак2
1ООО «Красноярский жилищно-коммунальный комплекс», 660049, г. Красноярск, ул. Парижской Коммуны, 41. 2Сибирский федеральный университет, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
Проведены исследования по реагентному обесфториванию воды применительно к подземной воде Красноярского края с высоким содержанием фтора (более 5 мг/л) с целью получения воды хозяйственно-питьевого качества. По результатам исследований предложено дробное дозирование реагентов, обеспечивающее значительное снижение их расхода. Рекомендованы режимы для разработки схемы реагентного обесфторивания подземных вод.
Табл. 4. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: подземные воды; реагентное обесфторивание; дозирование; снижение расхода.
REAGENT DEFLUORINATION OF UNDERGROUND WATERS A.I. Matyushenko, L.V. Priimak
"Krasnoyarsk Housing and Communal Complex" LLC, 41 Paris Commune St., Krasnoyarsk, 660049. Siberian Federal University, 79 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041.
The authors carried out the studies on the reagent water defluorination as applied to the underground water of the Krasnoyarsk territory with high fluorine content (more than 5 mg /l) in order to produce the water of drinking quality. According to the research results a fractional dosing of reagents that provides significant reduction in their consumption is suggested. Regimes to develop the scheme of groundwater reagent defluorination are recommended. 4 tables. 5 sources.
Key words: groundwaters; reagent defluorination; dosing; reducing costs.
Отсутствие рекомендаций по методам очистки воды от фтора с высоким его содержанием и острая потребность в них в ряде районов Красноярского края ставят задачу совершенствования существующих схем и создания надежной технологии обесфторивания с целью получения питьевой воды, удовлетворяющей санитарным нормам. Наиболее перспективным методом очистки воды от фтора является реагентный, поскольку другие методы (фильтрационные, мембранные, ионообменные и др.) экономически затратные и нецелесообразные.
Традиционная схема реагентного обесфторивания воды предполагает обработку сульфатом алюминия с подщелачиванием известью, при этом механизм извлечения фтора заключается в образовании алюмо-фторидных комплексов и сорбции их на поверхности гидроксида алюминия.
Литературные источники [1, 2] указывают на то, что для извлечения фтора до санитарных норм требуются высокие дозы алюмосодержащего реагента -8-12 моль А1/моль Р. Проведенные предварительные исследования показали, что реагентная обработка воды с концентрацией фтора более 5 мг/л по традиционной схеме приводит к несоответствию качества воды санитарным нормам, т.е. сверхнормативному увеличению солесодержания, жесткости, остаточного
алюминия.
Для обоснования возможности снижения дозы алюмосодержащего реагента изучался ионный баланс до и после реагентной обработки подземной воды с концентрацией фтора 7-9 мг/л разными дозами алюмосодержащего реагента [3].
Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Подземная вода обрабатывалась алюмосодержащими реагентами - сульфатом и окси-хлоридом алюминия в заданном соотношении реагента (по иону алюминия) относительно содержания ионов фтора. Относительная доза вводимого реагента к иону фтора составляла 2, 4, 6, 8, 10, 12 моль А1 на 1 моль Р. Каждая проба воды делилась на насколько частей и корректировалась 2% раствором №ОН до разных значений рН в диапазоне от 6,5 до 8,5.
Обработанная вода в каждой серии проб перемешивалась и отстаивалась в статических условиях в течение 2 часов. Осветленная вода анализировалась на содержание Р-, SO42", А13+. Концентрации не связанных в комплекс ионов определялись по методикам ГОСТ 4386-89, ГОСТ 18165-89, ГОСТ 4389-72.
Экспериментальные данные по балансу ионов при обработке воды алюмосодержащими реагентами приведены в табл. 1.
1Матюшенко Анатолий Иванович, доктор технических наук, генеральный директор, тел.: (391) 2528791, e-mail: kraskom@ kraskom.com
Matyushenko Anatoly, Doctor of technical sciences, CEO, tel.: (391) 2528791, e-mail: kraskom@kraskom.com
2Приймак Лиля Владимировна, старший преподаватель, e-mail: lilyapriymak@mail.ru Priimak Lily, Senior Lecturer, e-mail: lilyapriymak@mail.ru
Таблица 1
Ионный баланс при обесфторивании подземной воды различными дозами алюмосодержащего
реагента
Количество вводимого реагента, моль А1/моль Р Содержание в обработанной воде после отделения осадка, мг/л Соотношение А1: Р в осадке, моль А1/моль Р Коэффициент пропорциональности
фтора алюминия
2 4,12 0,14 1,95 0,98
4 3,11 0,18 3,86 0,97
6 2,41 0,29 5,61 0,94
8 1,87 0,54 7,23 0,90
10 1,46 1,06 8,62 0,86
12 1,18 1,84 9,88 0,82
Результаты показали, что при высоких дозах реагента количество алюминия, участвующего в извлечении фтора (связанного в осадке), не пропорционально вводимому количеству, что приводит к избытку солей и алюминия в обработанной воде.
Наиболее полная сорбция фтора с коэффициентом пропорциональности, близким к единице, наблюдается при дозе алюмосодержащего реагента 2-4 Al/моль F (в сравнении с рекомендуемой 8-12 Al/моль F). Увеличение дозы реагента приводит к росту ионов Al3+ в обработанной воде.
На основании проведенных исследований предложено дробное дозирование реагентов, которое заключается в их кратной подаче: оптимальная доза одной порции должна составлять не более 2-4 моль алюминия на 1 моль фтора, последующее дозирование алюмосодержащего реагента проводится в количестве, пропорциональном остаточному содержанию фтора.
Для установления оптимальных режимов реагент-ного обесфторивания воды с высокой концентрацией фтора и определения величины снижения расхода алюмосодержащего реагента проводились исследования различных режимов дробного дозирования (табл. 2). Исследования проводились на подземной воде с исходной концентрацией фтора 7-9 мг/л в двух
режимах: при разовом введении реагента (8-12 моль Al/моль F) и дробном (порциями в весовом соотношении 2-4 моль Al/моль F, через разные интервалы времени).
По результатам серии экспериментов предложено 3-кратное дозирование, снижающее расход алюмосо-держащего реагента на 40-50% и обеспечивающее получение воды хозяйственно-питьевого качества.
Сравнение различных видов алюмосодержащих реагентов показало возможность их применения и взаимозаменяемость (табл. 3).
Эффективность извлечения фтора при использовании различных видов алюмосодержащих реагентов существенно не отличается, при этом необходимо учитывать состав воды по солесодержанию (хлоридам и сульфатам). При использовании оксихлорида алюминия доза подщелачивающего реагента в 1,5 раза меньше по сравнению с сульфатом алюминия.
С целью интенсификации осветления обработанной воды проведены исследования по применению традиционного ПАА и современных флокулянтов марки «Praestol» (табл. 4).
При введении флокулянта Praestol 2530 TR дозой 0,1 мг/л объем осадка сокращается в 3 раза, время отстаивания и уплотнения осадка до 5-10 мин, что приводит к уменьшению размеров сооружений [4].
Таблица 2
Данные по обесфториванию воды при одно- и трехкратном дозировании_
Исходная концентрация фтора, мг/л Кратность введения реагента Относительная доза реагента по стадиям, моль А1/моль Р Доза реагента, моль А1/л Содержание сульфатов, мг/л Остаточное содержание, мг/л Суммарная доза реагента, %
фтора алюминия
7-9 1 8-12 2,95-3,8 368-474 1,2 1,32-2,1 100
3 2 0,74-0,95 92-118 3,3-4,2 0,2-0,3
3 0,47-0,6 58-76 1,6-2,0 0,2-0,3
4 0,32-0,33 39,5-41 0,8-1,1 0,2-0,3
Результат трехкратного введения реагента
1,52-1,9 189-235 0,8-1,1 0,2-0,3 48,5
Таблица 3
Сравнение эффективности обесфторивания подземной воды* при использовании различных
алюмосодержащих реагентов
Наименование показателей Единицы Эффективность извлечения фтора, %
измерения Сульфат алюминия Оксихлорид алюминия
Доза алюмосодержащего реагента (моль А1/мольР) 2 % 75,4 76,8
3 % 85,2 84,8
4 % 86,6 86,8
Увеличение содержания: хлоридов г/м3 - 29-65
сульфатов г/м3 90-293 -
Расход подщелачивающего реагента г/м3 1 6-58 9-42
'Состав исходной воды: фтор 7-9 мг/л, сульфаты 28-32 мг/л, хлориды 86-90 мг/л, жесткость ~ 4 мг-экв /л.
Эффективность использования различных марок флокулянтов
Таблица 4
Наименование флокулянта Объем осадка (%) к объему обработанной воды при времени отстаивания (мин)
1 5 10 15 20 25 30
ПАА 60 36 24 24 20 19 19
Praestol 2530 TR 16 12 11 10 10 9 8
Praestol 650 ВС 18 14 13 12 12 10 10
На основании приведенных исследований разработана технологическая схема обесфторивания природной воды с выделением фтора в виде нерастворимого осадка и регенерацией реагента. Достоинствами предлагаемой схемы в сравнении с традиционной являются: возможность обесфторивания высококонцентрированных фторсодержащих вод с получением воды, соответствующей гигиеническим требованиям по всем компонентам; получение нерастворимого вторичного осадка; сокращение расхода алюмосодержащего реагента.
Обобщая изложенное выше, можно сделать следующие выводы:
1. Эффективность и целесообразность дробного дозирования реагентов, которое позволяет достичь
требуемой глубины обесфторивания при меньших затратах алюмосодержащего коагулянта, подтверждается при изучении ионного баланса состава алюмофторидного комплекса.
2. Оптимальная доза разового введения реагента должна быть 2-4 моль Al/моль F. Передозировка реагента приводит к избытку ионов алюминия в обработанной воде.
3. Выбор алюмосодержащего реагента определяется солесодержанием подземной воды.
4. Использование флокулянта Praestol 2530 TR позволяет сократить время отстаивания и уплотнения осадка до 30 мин, исключить десорбцию фтора и уменьшить размеры отстойных сооружений.
Библиографический список
1. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М.: Стройиздат, 1987. 240 с.
2. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГУ, 1996. 680 с.
3. Приймак Л.В. Исследование процесса комплексообразо-вания при реагентном обесфторивании воды // Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения. Красноярск: Краевое НТО, 2005. Вып.
IX. С. 148-150.
4. Приймак Л.В., Пазенко Т.Я., Стафейчук Л.В. Интенсификация процессов реагентного обесфторивания воды // Материалы региональной науч.-практ. конф.. Тюмень, 2002. С. 25-27.
5. Приймак Л.В. Оптимальные режимы дозирования при реагентном обесфторивании воды // Известия вузов. Строительство. 2008. № 4. С. 67-69.
