Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору
Розглянуто виділення фторид-іонів методом іонного обміну на фільтрах з модифікованим завантаженням. Запропоновано використовувати гідроксилапатит в якості завантаження, модифікованого розчинами гідроксисульфату або гідроксихлориду алюмінію. Наведені основні показники процесу знефторювання води....
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України
2013
|
| Назва видання: | Екологічна безпека та природокористування |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57577 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору / В.О. Терновцев, О.В. Зоря, О.В. Терновцев // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2013. — Вип. 12. — С. 63-69. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-57577 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-575772014-03-12T03:01:31Z Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору Терновцев, В.О. Зоря, О.В. Терновцев, О.В. Основи природокористування та безпека життєдіяльності Розглянуто виділення фторид-іонів методом іонного обміну на фільтрах з модифікованим завантаженням. Запропоновано використовувати гідроксилапатит в якості завантаження, модифікованого розчинами гідроксисульфату або гідроксихлориду алюмінію. Наведені основні показники процесу знефторювання води. Рассмотрено выделение фторид-ионов методом ионного обмена на фильтрах с модифицированной загрузкой. Предложено использовать гидроксилапатит в качестве загрузки, модифицированной растворами гидроксисульфата или гидроксихлорида алюминия. Приведены основные показатели процесса обезфторивания воды. We consider the allocation of fluoride ions by ion exchange on the filters with a modified loading. Proposed use of hydroxyapatite as a load, or retrofit solutions gidroksisulfata gidroksihlorida aluminum. The basic process indicators of obezftorivaniya water are submitted. 2013 Article Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору / В.О. Терновцев, О.В. Зоря, О.В. Терновцев // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2013. — Вип. 12. — С. 63-69. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. XXXX-0062 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57577 628.161 uk Екологічна безпека та природокористування Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Основи природокористування та безпека життєдіяльності Основи природокористування та безпека життєдіяльності |
| spellingShingle |
Основи природокористування та безпека життєдіяльності Основи природокористування та безпека життєдіяльності Терновцев, В.О. Зоря, О.В. Терновцев, О.В. Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору Екологічна безпека та природокористування |
| description |
Розглянуто виділення фторид-іонів методом іонного обміну на фільтрах з модифікованим завантаженням. Запропоновано використовувати гідроксилапатит в якості завантаження, модифікованого розчинами гідроксисульфату або гідроксихлориду алюмінію. Наведені основні показники процесу знефторювання води. |
| format |
Article |
| author |
Терновцев, В.О. Зоря, О.В. Терновцев, О.В. |
| author_facet |
Терновцев, В.О. Зоря, О.В. Терновцев, О.В. |
| author_sort |
Терновцев, В.О. |
| title |
Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору |
| title_short |
Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору |
| title_full |
Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору |
| title_fullStr |
Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору |
| title_full_unstemmed |
Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору |
| title_sort |
використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору |
| publisher |
Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Основи природокористування та безпека життєдіяльності |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57577 |
| citation_txt |
Використання гідроксилапатиту, модифікованого гідрооксисульфатом та гідрооксихлоридом алюмінію, для очистки води від фтору / В.О. Терновцев, О.В. Зоря, О.В. Терновцев // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2013. — Вип. 12. — С. 63-69. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| series |
Екологічна безпека та природокористування |
| work_keys_str_mv |
AT ternovcevvo vikoristannâgídroksilapatitumodifíkovanogogídrooksisulʹfatomtagídrooksihloridomalûmíníûdlâočistkivodivídftoru AT zorâov vikoristannâgídroksilapatitumodifíkovanogogídrooksisulʹfatomtagídrooksihloridomalûmíníûdlâočistkivodivídftoru AT ternovcevov vikoristannâgídroksilapatitumodifíkovanogogídrooksisulʹfatomtagídrooksihloridomalûmíníûdlâočistkivodivídftoru |
| first_indexed |
2025-07-05T08:54:08Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:54:08Z |
| _version_ |
1836796502712778752 |
| fulltext |
Розділ 2. Основи природокористування та безпека життєдіяльності
63
УДК 628.161.
© В.О. Терновцев, д-р техн. наук, проф.;
О.В. Зоря, канд. техн. наук, доцент;
О.В. Терновцев, канд. техн. наук
Київський національний університет будівництва та архітектури, м. Київ
ВИКОРИСТАННЯ ГІДРОКСИЛАПАТИТУ, МОДИФІКОВАНОГО
ГІДРООКСИСУЛЬФАТОМ ТА ГІДРООКСИХЛОРИДОМ АЛЮМІНІЮ,
ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДИ ВІД ФТОРУ
Розглянуто виділення фторид-іонів методом іонного обміну на фільтрах з модифіко-
ваним завантаженням. Запропоновано використовувати гідроксилапатит в якості заван-
таження, модифікованого розчинами гідроксисульфату або гідроксихлориду алюмінію.
Наведені основні показники процесу знефторювання води.
Ключові слова: знефторювання води, фільтри з модифікованим завантаженням,
гідроксилапатит
Підземні води певних областей України (Донецької, Полтавської, Чернігівської) міс-
тять фторид-іони в кількості, що значно перевищує дозволену концентрацію – 1.5 мг/дм
3
[1;2]. Фтор належить до речовин, які негативно впливають на організм людини, адже значні
його концентрації спричиняють флюороз та інші захворювання.
На сьогодні виділення з води фторид-іонів відносно складний процес, тому кількість
установок для очистки води обмежена. Враховуючи важливість цього питання, останнім ча-
сом цьому напрямку присвячені значні розробки [3;4].
Для вилучення з води фтору можуть використовуватись різні методи, засновані на пе-
реводі його в різноманітні нерозчинні сполуки, сорбція фтору сорбентами, модифікованими
солями алюмінію та іонообмінними матеріалами.
З технічної точки зору, методи знефторювання води можуть бути поділені на дві великі
групи:
-сорбція фтору за допомогою осадів гідроксидів кальцію, магнію та алюмінію;
-виділення фтору фільтруванням через фторселективні матеріали за рахунок сорбції,
іонного обміну або отримання комплексних сполук. Ця група методів, як показали дослі-
дження [3;4], має найбільше використання.
Для затримання фторид-іону при фільтруванні води використовується завантаження,
яке повинно бути не шкідливе для людей, мати незначну вартість та високу ємність по від-
ношенню до фтору після обробки алюмінійвміщуючими солями.
У випадку, коли затримання фторид-іонів здійснюється пластівцями гідроксиду алюмі-
нію в процесі фільтрації крізь шар завислого осаду, найбільший внесок - за адсорбцією, а при
Екологічна безпека та природокористування______________________________
64
використанні завантаження у вигляді клиноптилоліту, модифікованого солями алюмінію - за
механізмом іонного обміну. Дослідження очистки води від фторид-іонів проводилось на
клиноптилоліті, модифікованому солями алюмінію.
Клиноптилоліт Сокирнянського родовища, за даними [5;6], має наступні показники:
-об’ємна маса 1000-1100 кг/
м
3
;
-щільність-2,2 г/см
3
;
-пористість-51-63%;
-механічна міцність на стирання-0.32%;
-структурна формула Na6[(AlO2)6 (SiO2)30]*24H2O.
Вибір для очистки води від фторид-іонів клиноптилоліту пов'язаний з тим, що цей при-
родний матеріал може працювати як іонообмінник і після попередньої обробки солями алю-
мінію - затримувати фтор. При обробці клиноптилоліту сульфатом алюмінію відбувається
заміщення іонів Na
+
на іони Al
3+
з отриманням іоніту, на поверхні якого закріплюється реа-
гент-модифікатор, наприклад Al2(SO4)3 .
Дослідження, наведені в
[3;4], показують, що рН води впливає на ефективність затри-
мання фторид-іонів алюмінійвміщуючими солями. Враховуючи, що поверхня гідроксилапа-
тіту (клиноптилоліту) змінюється в залежності від рН середовища за рахунок гідролізу.
Відомо [7], що в результаті гідролізу солі алюмінію, в залежності від рН, можуть утво-
рюватись: Al(OН)3; Al2(OН)4SO4 та Al(OН)SO4. Співвідношення одиниці молярної маси каті-
ону до аніону, який в іонному обміні може замінюватись аніоном фтору, становить: 1:1,89;
1:3,08 та 1:4,18. Для останньої форми продуктів гідролізу в межах значень рН 4,3….5,3 по-
винно знаходитись найбільше значення обмінної ємності. При збільшенні рН (рН від 8 до
8,3) отримуються розчинні алюмінати (AlО2
-
), які не можуть брати участь в іонному обміні.
При значеннях рН < 4,5 гідроліз солі алюмінію не проходить. Такий достатньо грубий підхід
дозволяє визначити можливості іонного обміну щодо виділення фторид-іону з води іонним
обміном солями алюмінію на активованих фільтруючих завантаженнях.
Ізотерма сорбції фторид-іонів при рН = 6,5 та значеннях рівновагових концентрацій 0-
50 мг/дм
3
для цеоліта, модифікованого
Al(OН)SO4, наведена на рис. 1.
Розрахунки, проведені по Фрайндліху, дають співвідношення:
а=0,021*Ср
1/1,29
, (1)
де а - кількість відсорбованого на завантаженні фтору;
Ср - рівновагова концентрація фтору.
При використанні в якості реагентів для регенерації Al2(SO4)3 або Al(OН)SO4 у воду
завдяки іонному обміну замість фторид-іону надходить сульфат-іон, кількість якого обме-
жується Держстандартом. Проведені нами розрахунки показують, що на одиницю затрима-
ного фтору у воду надходить 2,52 одиниці сульфат-іонів при використанні для регенерації
Al2(SO4)3 або 1,7 одиниці сульфат-іонів при використанні Al(OН)SO4.
Розділ 2. Основи природокористування та безпека життєдіяльності
65
Таким чином, розрахунки показали, що при використанні в якості регенеруючого роз-
чину першого реагенту, кількість сульфат-іонів у воді збільшується в співвідношенні 1:1,48
по відношенню до другого реагенту.
Результати експериментальної перевірки, прийняті за даними О.М. Матвієнко, наведені
на рис.2.
Стабільний ефект зі співвідношення 1:1,48 починається в усталеному режимі, який від-
повідає восьми і більше об’ємам води (Wз - об’єм завантаження).
Розглянувши вплив рН на ефективність затримання фторид-іонів (рис. 3), необхідно
зробити висновок, що склад регенераційного розчину суттєво впливає на поведінку заванта-
ження.
3
3 10 20 30 40 50
0,2
0,4
0,6
0,8
Рис. 1. - Ізотерма сорбції фторидіонів на цеоліті, обробленому Al(OH)SO 4 ;
pH 5,5
а мг/дм
С рів мг/дм
4 Іонів при обробці води Al 2 ( SO
-2
4 ) 3 ( SO -2 4 ) 2 ;
Al ( O Н ) ( SO -2 ) 2 SO 4 від об’єму профільтрованої води W ф
SO
-2
4
( SO
-2
4 ) 2
4 6 8 10 12 24 26 28 22 20 18 16 14
1
2
3
4
Рис. 2 - Вихід у фільтрат
W ф /W з
SO -2
4
Екологічна безпека та природокористування______________________________
66
Для розчину Al2(SO4)3, гідроліз якого відповідає отриманню Al(OН)SO4, Al2(OН)4SO4 та
Al(OН)3, знефторення води рекомендується [8] проводити в кислому середовищі. Розрахунки
за законом збереження маси з урахуванням відомих констант рівноваги алюмофторвміщую-
чих комплексів дозволяють дуже приблизно визначити значення рН найкращого виділення
фторид-іону. Слід враховувати, що велика кількість додаткових факторів, пов’язаних із соле-
вмістом води, буде впливати на точність рішень.
Експерименти, проведені як на реальній воді, так і на приготованих розчинах, показу-
ють, що для цеоліту, модифікованого розчином Al(OН)SO4 та Al2(OН)5Сl, максимальний
ефект затримання фторид-іонів змінюється в напрямку збільшення рН і досягає рН=6,8…7.
Визначення обмінної ємкості для цеолітового завантаження, обробленого гідроксису-
льфатом алюмінію, складає 110 мг/дм
3
, а для гідроксихлориду на 5-7% більше. В наших
розрахунках розглянуто як для
Al2(OН)5Сl, так і для Al(OН)SO4. Зміна обмінної ємкості в
залежності від рН розчину наведена на рис. 4.
Рекомендована область, в межах якої бажано проводити знефторення води, становить
по рН 4…7. Для цього діапазону значень проведено визначення Е= f (рН] у вигляді спроще-
ної емпіричної залежності:
ЕрН = 110 – 14 [ 7- pHE ) , (2)
де ЕрН - ємкість іонообмінного завантаження,
рНЕ - рН оброблюваної води.
Al 2 ( SO
4 ) 3 ; Al 2 ( O Н )
5
; С l Al (O Н) SO 4
4 5 6 7 8 9
20
40
60
80
100
рН
Е,%
Рис. 3 - Зміна ефекту знефторювання води від рН цеоліту, обробленого:
Розділ 2. Основи природокористування та безпека життєдіяльності
67
Кількість фторид-іонів, затриманих за один цикл (G,г) між регенераціями, можна ви-
значити як:
G = Q * T * (Co-Сt) , (3)
де Q - витрати води, м
3
/год;
T - час між регенераціями, год;
Co; Сt - початкова та заключна концентрації фторид-іонів.
3
3
4 5 6 7 8 9
70
80
90
100
110
Рис.4 Зміна обмінної ємності Е мг/дм в залежності від рН води
Е мг/дм
рН
За цей період кількість фторид-іонів, які можуть бути затримані завантаженням, скла-
дає:
G = F * H * E (4)
де F-площа фільтра, м
2
H-висота фільтра, м
Прирівнюючи (3) та (4) і враховуючи, що Q = F * V (V - швидкість фільтрації), отрима-
ємо:
)( 0 tCCV
EH
T
(5)
Співвідношення (5) визначає час фільтрування між регенераціями фільтра. Процес ви-
ділення з води фторид-іонів залежить не тільки від складу модифікованого розчину, а й від
вибору матеріалу, який модифікується.
Екологічна безпека та природокористування______________________________
68
Обмінна ємкість модифікованого фільтруючого завантаження залежить від закріплення
на поверхні реагенту. Останнє здійснюється завдяки дії різних сил. На таких завантаженнях,
як цеоліт, глауконіт та доломіт ефективність зв’язку між поверхнею та алюмінійвміщуючим
комплексом відповідає силам, характерним для іонного обміну. Дослідженнями [4], встанов-
лено, що більша кількість алюмінію сорбується на поверхні при значеннях рН 4…5. При цих
значеннях отримуються неметалічні структури, які відмиваються не так легко, як аморфні,
що отримані при інших значеннях рН.
Висновки: На основі проведених досліджень та аналізу існуючого матеріалу для виді-
лення фторид-іонів з підземних вод може бути рекомендовано використання модифікованого
завантаження з гідроксилапатиту, глауконіту (цеоліту), обробленого гідроксихлоридом або
гідроксисульфатом алюмінію.
Визначено, що використання цих реагентів для регенерації цеоліту дозволяє покращити
якість води на виході з фільтра; суттєво зменшити кількість сульфат-іонів у порівнянні з ре-
генерацією сульфатом алюмінію. Крім того, відомо [9], що при використанні прийнятих реа-
гентів різко зменшується концентрація у фільтрованій воді іонів алюмінію. Визначені основ-
ні параметри процесу очистки води від фторид-іонів та наведені співвідношення для розроб-
ки установок зі знефторювання води.
Список використаної літератури
1. Мягченко А.П., Портянко В.Ф. Содержание фторидов в водах Северного Приазовья.
Гигиена и санитария.- 1985,№ 10.с.58-59
2. Левинский О.М., Головаш Е.А. та інш. Наукові записки. Хім. Науки і технології. 2000.-
55с. с.78-82.
3. Матвієнко О.М. Знефторювання підземних вод на фільтрах з модифікованим заванта-
женням. Автореферат дисертації кандидата технічних наук. Київ, 2005, 18с.
4. Гончарук В.В., Пшинко Г.Н.,Тимошенко Т.Т. Обесфторивание природных вод фильт-
рованием через глауконит,обработанный солями алюминия. Химия и технология воды-
2008-30 №6.615-62с.
5. Тарасевич Ю.И. Природные цеолиты в процессах очистки воды. Химия и технология
воды-1988-10,№3-с.210-218
6. Тарасевич Ю.И., Поляков В.Е. и др. Ионообменные свойства и особенности строения
клиноптилолитов различных месторождений. Химия и технология воды-1991-13№2-
с.132-140.
7. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами.,1977, М., Наука,356с. КлячкоВ.Н., Апель-
цин И.Э. Очистка природных вод. 1971, М., Стройиздат, 579с.
8. Матвиєнко О.М., Терновцев В.О. вплив модифікованого природного цеоліту на іонний
склад знефторюваної природної води. Проблеми водопостачання, водовідведення та
гідравліки- наук.-техн. збірник. Випуск 1.,К.,КНУБА,2003, с.90-93.
Стаття надійшла до редакції 28.01.13 українською мовою
Розділ 2. Основи природокористування та безпека життєдіяльності
69
© В.О. Терновцев, А.В. Заря, А.В. Терновцев
Использование гидроксилапатита, модифицированного гидрооксисульфатом и
гидрооксихлоридом алюминия, для очистки воды от фтора
Рассмотрено выделение фторид-ионов методом ионного обмена на фильтрах с мо-
дифицированной загрузкой. Предложено использовать гидроксилапатит в качестве загруз-
ки, модифицированной растворами гидроксисульфата или гидроксихлорида алюминия. При-
ведены основные показатели процесса обезфторивания воды.
© В.О. Ternovtsev, O.V. Zorya, O.V. Ternovtsev
Use of hydroxyapatite, modified by aluminium hydroxysulphate and
by aluminum hydroxychloride, for cleaning water from fluorine
We consider the allocation of fluoride ions by ion exchange on the filters with a modified
loading. Proposed use of hydroxyapatite as a load, or retrofit solutions gidroksisulfata
gidroksihlorida aluminum. The basic process indicators of obezftorivaniya water are submitted.
http://www.google.com.ua/url?sa=t&rct=j&q=aluminium%20hydroxychloride&source=web&cd=4&cad=rja&ved=0CEQQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.worldofchemicals.com%2Fwochem%2Fpub%2Fchemaluminum-hydroxychloride.html&ei=Z6ucUY68HYXJPL7WgKgM&usg=AFQjCNGacwmIZ6zdMlZKWYsbV-5k5Ph5IQ&bvm=bv.46751780,d.ZWU
|