СПОСОБ ФТОРИРОВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/76 C02F1/68 C02F103/04 

Изобретение относится к области обработки воды, коагулируемой сульфатом алюминия, и может быть использовано в процессах водоподготовки для питьевых и технических целей.

Известны способы фторирования воды с применением фторсодержащих реагентов: кремнефтористого натрия Na₂SiF₆, фтористого натрия NaF и кремнефтористого аммония (NH₄)₂SiF₆, [1] заключающиеся в загрузке реагента через вакуумную систему в сатуратор, где путем побудительного перемешивания и растворения в течение не менее 5 часов готовится насыщенный раствор реагента, который затем отстаивается в течение не менее 2 часов и дозируется в обрабатываемую воду [2]. Основными недостатками этих способов являются:
1. Высокая токсичность реагентов, что усложняет их хранение и дозирование.

2. Сложность и длительность (не менее 7 часов) приготовления раствора.

3. Высокая стоимость реагентов.

4. Большие эксплуатационные затраты.

Наиболее близким к изобретению является способ фторирования воды фтористым натрием NaF, заключающийся в растворении его в растворе сернокислого алюминия и последующем дозировании этого раствора в обрабатываемую воду [3]. Этот способ также обладает рядом недостатков:
1. Малая растворимость в растворе сернокислого алюминия [5].

2. Обладает токсичностью [4].

Целью изобретения является упрощение технологии фторирования воды, повышение безопасности и уменьшение эксплуатационных затрат.

Указанная цель достигается тем, что в качестве фторсодержащего реагента используется осадок оксифторида магния MgOHF, доза которого определяется по формуле

где а - необходимое содержание фтора в обработанной воде, г/м³[1];
F^- - содержание фтора в исходной воде, г/м³;
доза сернокислого алюминия по безводному продукту, г/м³;
Р - концентрация раствора сернокислого алюминия, %;
К - содержание фтора в осадке MgOHF, %.

Оксифторид магния MgOHF получается при дефторировании природных вод оксидом магния MgO [6] . Сведений об использовании MgOHF для фторирования воды в технической и патентной литературе авторами не обнаружено. Стоимость осадка MgOHF, при его использовании для фторирования воды, является минимальной, так как включает в себя только его сбор и транспортировку. Это снижает эксплуатационные затраты.

Возможность относительно быстрого растворения оксифторида магния в растворе сернокислого алюминия позволяет упростить технологию фторирования, так как для реализации этой технологии не требуется устройство дополнительных сооружений, а могут быть использованы традиционно применяемые растворные и расходные баки для приготовления раствора сернокислого алюминия и дозаторы, вводящие расчетную дозу Al₂(SO₄)₃ в обрабатываемую воду.

Оксифторид магния MgOHF представляет собой кристаллический порошок белого цвета или сероватого оттенка. В соответствии с периодической системой химических элементов Д.И.Менделеева реакция оксифторида магния в растворе сернокислого алюминия соответствует формуле
Al₂(SO₄)₃+6MgOHF=2AlF₃+3(MgOH)₂SO₄.

Молекулярная масса MgOHF составляет 60,3 мг/моль, в которой содержится 19 мг фтора, что соответствует содержанию фтора в порошке в количестве 32% [3].

Расчет дозы добавляемого оксифторида магния MgOHF в зависимости от дозы добавляемого в воду коагулянта также способствует упрощению технологии, так как обеспечивает возможность точного дозирования фторсодержащего реагента с использованием сооружений реагентного хозяйства, предназначенных для коагуляции воды. Формула для расчета дозы осадка, вводимого в раствор сернокислого алюминия, выведена следующим образом:
- известна формула для определения дозы фторсодержащего реагента [1]. Доза оксифторида магния зависит от количества фтора в исходной воде, необходимой концентрации фтора в обработанной воде, дозы вводимого коагулянта (сернокислого алюминия) и концентрации раствора Al₂(SO₄)₃.

Формула расчета дозы фторсодержащего реагента [1] содержит в себе все имеющиеся величины, кроме С_ф - содержания чистого фторсодержащего вещества в техническом продукте (осадок оксифторида магния). Содержание чистого фторсодержащего вещества в техническом продукте в данном случае зависит от дозы сернокислого алюминия по безводному продукту, концентрации раствора сернокислого алюминия и содержания фтора в осадке

Все эти величины можно представить в виде зависимости
,
где С_ф - содержание чистого фторсодержащего вещества в техническом продукте;
К - содержание фтора в оксифториде магния, %;
- доза сернокислого алюминия по безводному продукту, г/м³;
Р - концентрация раствора сернокислого алюминия, %.

Отсюда следует
.

Способ фторирования воды осуществляется следующим образом.

В зависимости от содержания фтора в исходной воде и добавляемой в нее дозы коагулянта (сульфата алюминия) расчитывается доза оксифторида магния по указанной выше формуле.

Эта доза в виде водного раствора вводится в расходный бак реагентного хозяйства для приготовления сульфата алюминия [8] и далее через дозатор коагулянта в виде единого раствора смешивается в смесителе с основным объемом воды.

Пример 1. Исследовалось влияние добавляемых фторсодержащих реагентов на ход коагуляции воды. Исходную воду из реки Вологда, имеющую мутность 12 мг/л, цветность 65 град. ПКШ и содержание фтора 0,22 мг/л коагулировали дозой Al₂(SO₄)₃, равной 35 мг/л по безводному продукту (в виде 10%-ного раствора). В обработанной воде определялись мутность, цветность, остаточный алюминий и содержание фтора. В ту же воду, при тех же условиях обработки добавлялась та же доза коагулянта, в которой был растворен осадок MgOHF, доза которого была определена по приведенной выше формуле и равнялась 2,94 мг/л. Для сопоставления в такую же воду, при тех же условиях добавлялась доза фтористого натрия, равная 3,91 мг/л, разбавленная в растворе коагулянта, приготовленная в соответствии с расчетной дозой фторсодержащих реагентов [7]. Результаты приведены в таблице 1.

Из данных таблицы 1 следует, что добавление в раствор коагулянта доз осадка MgOHF и NaF практически не оказывает никакого воздействия на ход последующих процессов осветления и обесцвечивания воды. Однако содержание фтора в обработанной воде после введения NaF меньше, чем после MgOHF. Следовательно, процесс фторирования воды более эффективен при введении оксифторида магния, чем при добавлении идентичной дозы фтористого натрия.

Пример 2. Исследовалась скорость растворения фторида натрия и оксифторида магния в растворе коагулянта. В 10%-ный раствор Al₂(SO₄)₃ вводились различные дозы NaF и MgOHF, которые соответствуют содержанию в них фтора 0,5 мг; 0,6 мг; 0,7 мг; 0,8 мг; 0,9 и 1,0 мг. При этом измерялось время реакции до полного растворения фторсодержащего реагента. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что время растворения MgOHF меньше, чем NaF, что подтверждает преимущество оксифторида магния над фторидом натрия.

Литература
1. СНиП 2.04.02 - 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985 - с.44, 106-108.

2. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. - Киев: Вища школа, 1981 - с.203.

3. Руденко Г.Г., Гороновский И.Т. Удаление примесей из природных вод на водопроводных станциях. - Киев: Будiвельник, 1976 - с.208.

4. Указания по организации органам санитарно-эпидемической службы контроля за фторированием питьевой воды на водопроводных станциях. - М., изд. МЗ СССР, 1968 - с.120.

5. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Ленинград: Химия, 1977 - с.367.

6. Прончева Л. Е. Разработка новой технологии дефторирования природных вод /Сборник научных трудов Вологодского политехнического института. - Вологда, 1998 - т.2, с.290.

7. Клячко В.А, Апельцин И.З. Очистка природных вод - М., 1971 - с.312.

8. Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. - М.: Стройиздат, 1977 - с.288.

Изобретение относится к обработке природных вод с недостаточным содержанием фтора. Способ заключается в добавлении осадка MgOHF в раствор сернокислого алюминия и последующем дозировании этого раствора в обрабатываемую воду в соответствии с предложенной формулой расчета. Способ обеспечивает упрощение технологии фторирования воды, повышение безопасности и уменьшение эксплуатационных затрат. 2 табл.

Способ фторирования воды, включающий введение фторсодержащего реагента в раствор сернокислого алюминия и последующее дозирование этого раствора в обрабатываемую воду, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего реагента используют осадок MgOHF, доза которого определяется по формуле
г/м³
где а - необходимое содержание фтора в обработанной воде, г/м³;
F^- - содержание фтора в исходной воде, г/м³;
- доза сернокислого алюминия по безводному продукту, г/м³;
Р - концентрация раствора сернокислого алюминия, %;
К - содержание фтора в осадке MgOHF, %.