Фтористый кальций — самый дешевый реагент, но его растворимость в воде крайне низка (0,0016 г на 100 мл воды при 25° С). Однако, фтористый кальций хорошо растворим в кислых растворах, в том числе в растворах коагулянта, 10%-ный раствор коагулянта может содержать 1 % фтор-иона.

Применяемые на практике установки по технологии приготовления растворов фторсодержащих соединений можно классифицировать следующим образом.

Во фтораторных установках сатураторного типа (рис. 16.1) в качестве реагента принят порошкообразный кремнефтористый натрий, который вводится в воду перед хлорированием. Предварительно реагент замачивают и размешивают в баке, а затем выливают через воронку в сатуратор (один раз в смену). В камере для реагента должно быть 8 .10 кг кремнефтористого натрия. В основу работы фтораторной установки положен принцип объемного вытеснения.

Во фтораторных установках с растворными баками (рис. 16.2) в качестве реагента применяют кремнефтористый натрий. Загрузку в баки реагента осуществляют с помощью бункеров, оборудованных вибраторами и дозаторами барабанного типа. Для лучшего растворения реагента баки оборудованы мешалкой с частотой вращения 50 .60 мин-1. Время перемешивания 2 ч. время отстаивания 2 ч. Концентрация раствора реагента в баках составляет 0,05% по фтору или 0,08% по чистой соли.

Рис. 16.1. Схема фтораторной установки с сатуратором.

1 — бак постоянного уровня; 2 — регулирующий вентиль; 4 — термометр; 5 — воронка приема реагента; 3— ротаметр; 7 — прием и отвод раствора реагента; б — сатуратор одинарного насыщения; 8 — сброс в канализацию

Рис. 16.2. Фтораторная установка с растворным баком с механическим побуждением (а) и с барбатированнем (б).

1 — растворный бак; 2 — бункер с дозирующим устройством; 3 — механическая мешалка; 4 — подача воды; 5 — поплавковое устройство; 6 — насос; 7 — напорный фильтр для осветления раствора фторсодержа- Щего реагента; 8 — фторпровод; 9 — сброс осадка; 10 — воздухораспределительная система; И — воздуходувка

Во фтораторных установках с затворно-растворными баками в качестве реагента принят фтористый натрий с расходом в сутки 20 кг. Установка состоит из системы баков: затворного — объемом 400 л, двух растворных — объемом 1500 л каждый, дозирующего бачка, снабженного поплавковым клапаном. Затворный и растворные баки оборудованы электромешалками. Растворяют фтористый натрий в воде, нагретой до 75 .80°С, для чего в затворный бак вмонтирован электронагреватель. Крепкий раствор переливают в расходный бак, предварительно на 1/3 наполненный водой, бак дополняют водой до нужной отметки и раствор тщательно перемешивают. После определения содержания фтора в растворе последний через вентиль подают в дозирующий бак и затем в резервуар чистой воды.

Фтораторные установки с применением 8%-ной кремнефто- ристоводородной кислоты показаны на рис. 16.3.

Рис. 16.3. Фтораторная установка с использованием кремнефтористоводородной кислоты. 1, 2 — авто- и стационарная цистерна; 3 — воздуходувка; 4 — эжектор; 5 — ротаметр; 6 — бак-мерник; 8 — емкость; 9 — ручной насос; 7 — водопровод

В зарубежной практике чаще всего фтористые соединения вводятся в воду: в сухом виде — непосредственно порошком, сухими дозаторами, через растворную камеру или в жидком виде — дозаторами для растворов. Первый способ чаще применяют на водоочистных комплексах большой производительности, жидкостное — на установках малой производительности. Дозаторы сухих реагентов применяют двух видов: объемные и массовые. Объемные дозаторы (рис. 16.4) подают определенный объем вещества за расчетный промежуток времени, массовые — массовое количество вещества. Основное отличие их состоит в следующем: объемные дозаторы, которые конструктивно проще и дешевле, имеет точность дозирования 3 .5% массовые—1%; массовые дозаторы легче оборудовать записывающим устройством для регистрации дозируемого реагента и устройством для автоматической подачи реагента в воду. Важной и неотъемлемой частью сухих дозаторов является растворная камера. При непосредственном вводе сухих реагентов в воду они падают на дно нерастворенными. Максимальную концентрацию реагента в растворной камере принимают равной 1/4 концентрации насыщенного раствора при обычной температуре воды. Вместимость растворных камер принимают не менее 20 л. Для более полного смешения реагента с водой и его лучшего растворения предусматривают электрические мешалки или форсунки. Для точного регулирования количества воды, поступающей в растворную камеру, применяют различные водомеры. Из камеры раствор вводят в обрабатываемую воду.

Так как фторирование воды требует высокой точности дозирования реагента (±5%), для его подачи в жидком виде совершенно непригодны краны и насадки. В основном для дозирования реагентов в жидком виде применяют насосы-дозаторы мембранного и поршневого типа.

Дозу фторсодержащего реагента находят по формуле

где тф — коэффициент, зависящий от места ввода фтора в обрабатываемую воду, принимаемый при вводе фтора после очистных сооружений равным 1,0, при вводе фтора перед контактными осветлителями или фильтрами — 1,1; аф — содержание фтора в обработанной воде, мг/л (оптимальная концентрация фтора в питьевой воде), равное для средней полосы России для зимнего периода—1, для летнего периода — 0,8; Ф — содержание фтора в исходной воде, мг/л, Кф — содержание фтора в чистом реагенте, °/о, равное для кремнефтористого натрия — 60,6, для кремнефтористого аммония — 63,9, для фтористого натрия — 45.25, Сф — содержание чистого реагента в продажном техническом продукте, %, равное для кремнефтористого натрия высшего, I и II сортов соответственно 59,4; 57,5 и 56,4, для фтористого натрия — 42,5; 38; 36,2, а для кремнефтористого аммония, выпускаемого промышленностью одним сортом, — 59,4.

Как при мокром дозировании, так и при сухом реагенты для фторирования воды подают в виде раствора. Место введения раствора реагента выбирают в зависимости от способа очистки воды и техникоэкономических соображений, при этом должны быть соблюдены условия перемешивания реагента с питьевой водой и его наименьшие потери. При использовании артезианских вод, подаваемых потребителю без очистки, фтористые соединения поступают непосредственно в напорные водоводы. При небольшой нагрузке на фильтры фторсодержащие реагенты вводят перед фильтрами, при большой нагрузке — после фильтров, в трубопровод между фильтрами и резервуаром чистой воды или непосредственно в резервуар чистой воды. В некоторых случаях идут на потери фторидов, если это экономически выгодно. Примером является фтораторная установка на водоочистном комплексе в Вашингтоне, где реагент вводят в неочищенную воду. Потери фтор-иона составляют при этом 0,1 мг/л. На большинстве водоочистных комплексов фторирование является последней стадией обработки, не считая хлорирования. Хлорирование воды не удаляет фторидов. Хлор и фтор можно добавлять одновременно. Хлор и его производные оказывают одно неблагоприятное действие — они обесцвечивают реагенты, добавляемые при определении фторидов в воде, что может дать ошибку в определении концентрации фтора.