Місце введення реагенту в воду, характеристика фтораторних установок - гігієнічні проблеми фторування питної води

VII. 4. Місце введення фторсодержащего реагенту в воду

На водопроводах, в яких вода не обробляється, наприклад на артезіанських, реагент може бути введений у всмоктувальну трубу відцентрового насоса або, що краще, в резервуар для зберігання води в тому місці, де в нього надходить вода. На річкових і інших водопроводах, які застосовують обробку води, треба вводити фторвмісні реагенти в воду після споруд, в яких здійснюються процеси, що знижують KF-. До процесів, які можуть знижувати KF-, відносяться коагуляція, фільтрування через активоване вугілля і іонообмінні смоли, содово-вапняний метод пом`якшення. Тому на річкових водопроводах фтор вносять після коагуляції, відстоювання і фільтрування до хлорування. Якщо умови змушують вносити реагент в оброблювану воду до або спільно з коагулянтом (останній посилює розчинність фторреагентов), то необхідно враховувати втрати і додавати надлишок фтору (100 мг сульфату алюмінію пов`язують 0,3 мг F-). Ми спостерігали подібний водопровід [31] і не можемо це рекомендувати, тому що витрачалося на 30% більше реагенту. Крім того, деякі фторреагенти в зимовий час гальмували коагуляцію, що викликало навіть необхідність перервати ФВ.
Фторреагенти, що не містять амоній, на знезараження води хлором негативного впливу не роблять. Інакше діють фторреагенти, що мають в своєму складі амоній. Фторування води в дозі 0,8-1,2 мг / л F- призводить до збільшення амонійного азоту у воді на 0,3-0,45 мг / л, а при використанні фториду-бифторида амонію - на 0,4-0, 6 мг / л. Ці амонійні сполуки, реагуючи з активним хлором, утворюють хлор аміни, що володіють більш слабким і уповільненим бактерицидну дію, ніж вільний хлор. Тому аммонійсодержащіе фторреагенти слід вносити в воду після необхідного ступеня знезараження води хлором.
Розчини фторсодержащих реагентів можна вводити в напірну лінію під тиском або у всмоктувальну лінію. Перше краще, оскільки в цьому випадку неможливі сіфонірованія фторсодержащего реагенту в мережу і передозування. При подачі у всмоктувальну лінію повинні бути передбачені пристрої, що запобігають можливості сіфонірованія розчину реагенту в мережу.

VII. 5. Гігієнічна характеристика фтораторних установок

Дозування реагентів є найбільш відповідальною і складною операцією в технології фторування води. Навіть незначні дефекти в дозуванні можуть дискредитувати цей захід. При недостатньому введенні фтору знизиться протикаріозний ефект, а при надлишку фтору, який не може бути виявлений органолептичним методом, як надлишок хлору, може мати місце флюороз зубів.
Автори, які вивчали практику фторування води в США, відзначають, що через недосконалість дозуючої апаратури, недостатньої кваліфікації персоналу, що обслуговує фтораторную установку, поганий контроль за KF- на головних спорудах і в мережі в ряді населених місць виявлялися великі відхилення від оптимальної KF-. В Мілуокі протягом 4 років фторування води в пробах води з водопровідних кранів, розташованих на кінцевих відрізках мережі, виявлялося від 0,25 до 1,5 мг / л F.
У Гейнсвіллі KF коливалася від 0,4 до 0,7 мг / л при оптимальній концентрації для цього району 0,8 мг / л. Навіть в 1974 р Крамер [198], який вивчав KF ~ 12 міст, де проводилося фторування води, знайшов в пробах води від 0,53 до 1,27 мг / л.
У деяких країнах ФВ затримують або навіть припинили через відсутність надійних фтораторних установок. Все ж більшість фахівців з водопостачання після досвіду роботи по фторування води вважають, що труднощі дозування фтору перебільшені, що фтораторние установки не складніше інший дозуючої апаратури.
Фтораторние установки (реагентне господарство і дозуючий пристрій) повинні відповідати наступним гігієнічним вимогам.

1. Точність дозування фтору власне дозуючим пристроєм повинна бути в межах ± 5%, а з урахуванням коливань в дебите водопроводу (т. Е. Остаточна) ± 10%. Слід рішуче відкинути точку зору, згідно з якою точність дозування може становити ± 20-30%, оскільки водоспоживання у окремих осіб значно коливається, а короткочасні коливання KF- навіть в межах до
2. 5 раз не є небезпечними. Дійсно, короткочасні і поодинокі підвищення KF- навіть в 5 разів не становлять небезпеки, однак такі відхилення не можуть розглядатися в якості закономірних і допустимих.
3. Дозування реагенту повинно легко регулюватися і контролюватися.
4. Подача фторсодержащего реагенту, як правило, повинна автоматично регулюватися в залежності від концентрації фтору у фторированной воді або від зміни витрати водопровідної води.
5. Дозуючий пристрій має автоматично включатися при пуску насосів, що подають воду, і вимикатися при зупинці їх.
6. У разі застосування рідинних дозаторів повинна бути забезпечене повне розчинення реагентів (пневматична або механічне перемішування).
7. Залежно від конструкції дозуючого пристрою в усіх необхідних місцях повинні бути встановлені відповідні вимірники і водоміри.
8. Вся апаратура повинна бути влаштована таким чином, щоб запобігти можливості надходження надмірної кількості фтору в водопровідну лінію (засувки, вакуумні промивачі, повітряні затвори і т. Д.).
9. Бажано, щоб концентрація F- у фторированной воді визначалася і реєструвалася (записувалася) автоматично (моніторинг на основі потенціометричного визначення з фторселектівним електродом або амперометрического [144] аналізатора).
10. Операції з фторвмісними реагентами (особливо на середніх і великих водогонах) з метою охорони праці повинні бути в максимальній мірі герметизовані і механізовані. При операціях з реагентами слід пам`ятати, що вдихання фторсодержащей пилу шкідливо і, крім того, вона може викликати подразнення слизових оболонок і шкіри. На невеликих водопроводах, які застосовують незначні кількості реагентів, небезпеки для працюючих немає і її не слід перебільшувати. Тут зважений реагент до надмірного сну можна попередньо змочити. Персонал повинен працювати в протипилових комбінезонах, респіраторах, захисних окулярах, брезентових рукавицях. На більших водопроводах пересипання реагентів в бункери фторирующим установки повинно здійснюватися в умовах максимальної герметизації процесу. В СРСР широко застосовується пневматична завантаження реагенту. Під дією вакууму реагент, що не розпорошуючись із заводської тари, по шлангу засмоктується в бункер, розміри якого можуть бути рівними кількості реагенту, необхідного для приготування розчину в одному резервуарі [13].

При ФВ можуть застосовуватися «сухі» і «рідинні» дозатори. «Сухі» дозатори знайшли застосування в основному тільки в США, в СРСР вони отримали негативну оцінку на Ленінградському водопроводі.

Мал. 12. Схема автоматичного дозування розчину фторидів (пояснення в тексті).
I - трубопровод- 2 - бак з розчином реагента- 3 - насос-дозатор- 4 - реле-5 - записуючий пристрій-6 - витратомір.
При «рідинних» дозаторах за розрахунковий проміжок часу певну кількість розчину реагенту заданої концентрації подають в воду. При цьому виді дозування реагент з живильного бункера надходить на ваги, а звідти в резервуар для приготування розчину (NaF 0,5-2%, Na2SiF6 0,3г 0,4%). Для поперемінного розчинення застосовують систему з двох або більше резервуарів. Багато реагенти погано розчиняються, тому розчинення забезпечують за допомогою електромешалок, барботажем (через форсунки подають повітря) або циркуляцією води в резервуарі за допомогою насоса. Розчинення здійснюють протягом 2-3 ч, після чого розчин перепускают в бак для робочого розчину, звідки за допомогою того чи іншого дозуючого пристрою подають в потрібній кількості в фторованої воду. Резервуари бажані таких розмірів, щоб приготування розчинів було частим (на малих водопроводах не частіше 1 разу на добу). Іноді застосовують насичені розчини реагентів, які готують в сатураторах. Тут вода, проходячи шар реагенту, насичується ними рідинні дозатори, відмірюють розбавлені або насичені розчини, є двох типів - непропорційні і пропорційні, автоматично змінюють свою продуктивність в залежності від коливань витрати води або від KF- у фторированной воді.

Мал. 13. Автоматичне регулювання подачі реагенту насосом-дозатором.
1 - сира вода-2 - діафрагма- 3 - дифманометр ДМ 4 - електронний регулятор РПІК- 5 - задатчик ЗРУ-24- б - магнітний пускач ПМ 7 - насос-дозатор НД- 8 - фторопровод.

В даний час є можливості для застосування автоматичних пропорційних дозаторів. Вважають, що до випуску промисловістю в достатній кількості спеціального обладнання можна тимчасово застосовувати непропорційні дозатори з ручною дозуванням в тих випадках, коли на водопровідній станції забезпечений надійний цілодобовий контроль за ФВ. За кордоном вважають за можливе застосування непропорційних дозаторів при постійному годинному витраті водопроводу (коли коливання годинної витрати не більше ± 5-10%). На невеликих водогонах іноді застосовують звичайні поплавкові дозатори. Щоб попередити значну передозування фтору, максимально можлива продуктивність будь-якого дозатора не повинна перевищувати 150% від розрахункової (т. Е. Необхідної).
Загальна схема автоматичного дозування реагенту в залежності від коливанні витрати води представлена на рис. 12. Вона складається з: а) розташованого в водопроводі чутливого датчика, що визначає витрата води (6), або приладу, безперервно визначає KF і записуючого її (5) - б) системи, що передає сигнал про необхідність зміни кількості подаваного фторсодержащего реагенту, і пристроїв , що змінюють витрата дозатора (4) (наприклад, дозуючого насоса). Розглянемо як приклад систему фтораторних установок, запроектовану за цією схемою за завданням Держбуду СРСР ЦНІЇЕП інженерного обладнання для водопроводів потужністю від 6 до 820 тис. М3 / добу. За цим проектом типова схема з пропорційним дозуванням полягає в наступному. Реагент по шлангу всмоктується в бункер, звідки необхідне його кількість подається в бак, де за допомогою пневматичного перемішування готується робочий розчин. Робочий розчин реагенту насосом-дозатором (марка НД) в потрібній кількості подається в трубопровід фторованої води. На рис. 13 показана схема автоматичного регулювання дозуючого насоса, що складається з дифманометра (3), який реєструє коливання в витраті води, електронного регулятора (4), який займається обробкою інформацію і виробляє відповідний сигнал, і магнітного пускача (6), передає сигнал насосу-дозатора (7), який через трубопровід (8) вводить реагент в водовід. В СРСР на малих водопроводах (до 5000 м8 / добу) працюють оригінальні дозуючі установки з автоматичною подачею насиченого розчину кремнефтористого натрію (рис. 14).

Мал. 14. Схема фтораторной установки сатураторні типу.
1 - фторатор-сатуратор- 2 - насос-3 - теплообменнік- 4 - оглядового фонарь- 5 - ежектор- 6 - зворотний фланцевий клапан-7 - запірна задвіжка- 8 - запірний ручної вентиль- 9 - регулюючий ручний вентиль- 10- вентиль, регулюючі електропріводом- 11 - водорозбірний кран 12 - сігналізатор- 13 - термометр 14 - расходомер- 15 - електричний расходомер- 16 - напівпровідниковий термосопротівленіе- 17 - напірний колектор 18 - трубопровід від системи опалення-19 - трубопровід до системи опалення- 20 - каналізація-21 - фторированная вода.
Завантаження реагенту в сатуратор (1) проводиться один раз в 5-7 діб при включенні вентилятора із застосуванням пристрою проти цвітіння. При наявності реагенту в сатураторі нагріта до 20 ° С вода, що надходить в апарат знизу з напірного колектора через регулюючий автоматичний вентиль і електричний витратомір, насичується фтором і зливається по лініях переливу в оглядовому ліхтар, звідки потрапляє в ежектор, що забезпечує підсмоктування. Для отримання стійкого насичення розчину під фтораторе нижні шари в ньому періодично переміщаються гідравлічної мішалкою 1-2 рази на зміну протягом 5 10 хв. Розчин реагенту ежектором подається в збірний колектор фільтрів, звідки надходить в резервуари, де відбувається рівномірний розподіл фтор-іона за обсягом оброблюваної води. Система автоматики забезпечує підтримку заданої KF&ldquo- в воді з точністю ± 7%.

Мал. 15. Схема фторирующим пристрою на водопроводі Ленінграда.
I - дозатори фтора- 2 третинний прилад на ЦДП- 3 - розчинні бакі- 4 - кислототривкі насоси- 5 - регулюють вентілі- 6 - усреднітелі- 7 - чиста вода-8 - фторированная вода.

Перші радянські фтораторние установки в Норильську і Івано-Франківську були сатураторні типу. Якщо установки сатураторні типу застосовні в основному на невеликих водогонах, то установки з розчинними баками отримали більш універсальне поширення і в останні роки часто замінюють сатураторні. В результаті експлуатація спрощується, дозування поліпшується. Високу оцінку отримала фторирующим установка на Ленінградському водопроводі (рис. 15). Кремнефтористий натрій в барабанах підвозиться зі складу на візках, З барабанів порошок реагенту пневматично подається в вакуум-бункери (розрідження створюється вакуум-насосом типу РМК-2), а з них в розчинні баки.

Мал. 16. Фтораторная установка в м Карл-Маркс-Штадт. Пояснення в тексті.
Обсяг бункера розрахований на одне завантаження 50 м3 бака. На дні баків укладені дірчасті вініпластовие труби, через які від повітродувки РВК-3 подається стиснене повітря для перемішування. Для автоматичного дозування тут використовують модифіковане дозуючий пристрій Кримського-Чейшвілі, що застосовується на багатьох вітчизняних водопроводах для автоматичного дозування розчину коагулянту. Дозатор подає розчин реагенту в трубопровід, в якому протікає підлягає фторування вода. У тому ж трубопроводі на відстані 25 м від місця введення реагенту знаходиться датчик для визначення електропровідності води і зіставлення її з електропровідністю води до введення фтору. Залежно від результатів цього виміру автоматично регулюється подача реагенту. Прилад також автоматично викреслює криву, що характеризує вміст фтору у фторированной воді.
Відомий інтерес представляє одна з найбільших і найбільш досконалих в Європі фторують установок в м Карл-Маркс-Штадт (НДР). На рис. 16 показана її схема. Кремнефтористий натрій по транспортеру (1) подається в живить бункер (2), в якому зберігається 15-денний запас реагенту. Над бункером є парасольку витяжної вентиляції (3). Викид перед видаленням в атмосферу очищається від пилу кремнефтористого натрію в циклоні (4). З бункера по шнеку кремнефторістий натрій надходить в ємність, що знаходиться на вагах. Відважується таку кількість реагенту, що необхідна для отримання 10м3 0,45% розчину. Відважена кількість кремнефтористого натрію надходить в резервуар для розчинення реагенту (5). Сюди подається також 10 м3 водопровідної води. Для більш швидкого розчинення кремнефтористого натрію вода за допомогою насоса (6) відсмоктується з верхньої частини резервуара і подається в нижню частину його. Завдяки інтенсивній циркуляції досить 3-4 ч для повного розчинення реагенту. Протягом 2 останніх годин перемішування сприяє подача повітря. З метою попередження корозії резервуар (5) виготовляють з бетону, а зсередини цементують. Насос для циркуляції рідини виготовлений з кислотоупорного матеріалу. Готовий розчин насосом (7) перекачується в робочий резервуар (8), з якого він надходить в дозуючий насос (9) і через трубопровід (10) впорскується в магістраль (11), по якій водопровідна вода подається на фільтри.
Автоматичне дозування реагенту заснована на наступному. У магістральний трубопровід вмонтована спеціальна вимірювальна діафрагма (12). Природно, що зі збільшенням дебіту води різницю тиску до і після діафрагми буде зростати. Спеціальний прилад (13) з п`єзоелементами реєструє різницю тиску і трансформує її в електричну енергію, яка по підсилює схемою за допомогою датчика імпульсів подається до дозуючому насосу (10). Чим більше дебіт води, тим більша різниця тиску, кількість імпульсів струму, число ходів поршня насоса і, отже, розчину, що подається насосом в магістральний трубопровід. Кількість розчину, що подається насосом, може регулюватися також вручну. Все обладнання, крім дозуючого пристрою, є на станції в подвійному комплекті (11).
Вартість фторування води в СРСР залежить від продуктивності водопроводу, конструкції установки і застосовуваного реагенту. Для водопроводу продуктивністю 5000 м3 / добу фторування 1 м3 води коштує від 0,17 до 0,2 коп., Т. Е. В рік на 1 людину близько 10 коп., Для водопроводу продуктивністю 300 000 м3 / добу фторування 1 м3 води коштує 0,04 коп., т. е. в рік на 1 людину (якщо вважати, що в день на 1 особу подається 0,5 м3) близько 7 коп. [35]. Узагальнення досвіду роботи фтораторних установок в нашій країні дозволяє перш за все відзначити, що передбачалося раніше труднощі в створенні та експлуатації їх виявилися перебільшеними. Проте конструкції їх невиправдано різноманітні, іноді незадовільні в експлуатації (особливо ряд установок сатураторні типу) і за малим винятком не передбачено автоматичне дозування, хоча в Ленінграді, Севастополі та ряді інших міст працюють подібні установки. Причина в тому, що фтораторние установки проектує багато проектних організацій, а іноді вони споруджуються за примітивними проектам. Проектні організації авторського контролю за роботою фтораторних установок, як правило, не ведуть, внаслідок чого наявні в проектах недоліки не усуваються. Велика потреба на невеликі по продуктивності, надійні в роботі і прості в експлуатації фтораторние установки для окремих (або декількох) артезіанських свердловин. Відсутність подібних установок надзвичайно ускладнює введення фторування на малих водопроводах і тих, які харчуються водою з декількох віддалених один від одного артезіанських свердловин. Тому нерідкі випадки, коли водопровід обслуговується декількома насосними станціями, а воду фторують тільки на одній. Оскільки мережа закольцована, фторированная вода змішується з нефторірованние і концентрація фтору у водопровідній воді падає.
Очевидно, назрів час піддати всебічному обговоренню досвід роботи фтораторних установок, що функціонують на водопроводах нашої країни, з тим щоб під керівництвом Держбуду СРСР виробити єдину технічну політику в їх проектуванні і будівництві (включити в СНиП), створити альбом типових проектів різної продуктивності, налагодити промислове виробництво вузлів, необхідних для спорудження установок. Виготовлення фторселектівних електродів в даний час налагоджено в багатьох місцях, тому кожен водопровід може бути забезпечений монітором для поточного визначення KF- і її записи.