Usuwanie fluoru ze ścieków

Porozmawiajmy o tym, jak przebiega usuwanie fluoru ze ścieków i jak poprawić jego efektywność.

Ścieki z zakładów chemicznych, metalurgicznych i innych, które zawierają związki fluoru, są klasyfikowane jako szkodliwe. Usuwanie fluoru z tego rodzaju ścieków wiąże się z trudnościami i wymaga znacznych kosztów oraz drogich środków chemicznych. Szczególnie trudne jest usuwanie niewielkich stężeń fluoru ze ścieków. Trudności te są związane z właściwościami chemicznymi związków fluoru.

Usuwanie fluoru ze ścieków — główne metody

Do usuwania fluoru ze ścieków zazwyczaj stosuje się dwa podejścia:

• metoda chemiczna (dodawanie różnych środków chemicznych);
• metoda sorpcyjna.

Oczyszczanie ścieków metodą chemiczną wykorzystuje następujące środki chemiczne: sole wapna, wapnia, magnezu i ołowiu, zasadowy chlorek glinu itp.

Stosowanie soli wapnia jako środków chemicznych ma przewagę nad innymi solami, ponieważ tworzą się dobrze koagulujące osady. Produkt neutralizacji (fluorek wapnia) może być stosowany jako produkt handlowy i jest stosunkowo słabo rozpuszczalny (jego rozpuszczalność w wodzie wynosi około 15,6 mg/dm3). Najskuteczniejszym środkiem wytrącającym jony fluoru jest wapno przemysłowe, w którym duże znaczenie ma zawartość aktywnego tlenku wapnia.

Inne chemiczne strąca cze fluoru powodują, że jego spora ilość pozostaje w oczyszczonych ściekach, nawet jeśli są stosowane w znacznych nadmiarach. Ogólnie rzecz biorąc, całkowite usunięcie fluoru ze ścieków jest niewykonalne tylko na podstawie chemicznej reakcji wytrącania.

Sorpcyjna metoda oczyszczania ścieków polega na wykorzystaniu właściwości absorpcyjnych sorbentów. Jednak im mniej rozpuszczalne związki powstają na granicy faz „ciało stałe-ciecz”, tym pełniejsza jest sorpcja jonów. Dlatego wysoka rozpuszczalność „słabo rozpuszczalnych” soli fluoru uniemożliwia ich całkowite usunięcie nawet w tym zakresie.

Wapno i kreda stosowane są głównie w przedsiębiorstwach jako środki chemiczne do neutralizacji i usuwania fluoru ze ścieków. Ponadto w wyniku przemian chemicznych wytrącają się „trudno rozpuszczalne” i „nierozpuszczalne” związki CaF2, CaHPO4, CaSO4, Ca3(PO4)2, SIO2.

Neutralizacja i usuwanie fluoru ze ścieków przeprowadza się w następujący sposób. Mleko wapienne o zawartości aktywnego CaO 1-3% jest przygotowywane w wapienniku i podawane do reaktora, gdzie przeprowadzane jest wstępne usuwanie fluoru z dopływających ścieków. Częściowo odfluorowane ścieki o pH 10–13 wpływają do zbiornika pośredniego, a następnie przepływają grawitacyjnie do reaktorów połączonych ze sobą kaskadą, gdzie następuje dalsze odfluorowanie ścieków. Zobojętnione i odfluorowane ścieki trafiają do osadnika, gdzie wytrącają się. Resztkowa zawartość fluoru w oczyszczonych ściekach wynosi 50-60 mg/dm3, poziom pH 8-12, a zawartość wapnia 2500-6000 mg/dm3. Czas dekontaminacji w reaktorach wynosi 30 minut. W przypadku użycia kredy jako środka chemicznego zawartość resztkowego fluoru w wodzie jest 1,5–3 razy większa, a jonów fosforanowych 10–20 razy większa niż w przypadku stosowania mleka wapiennego. Taka skuteczność oczyszczania nie pozwala na odprowadzanie odfluorowanych ścieków do wodociągów, gdyż maksymalne dopuszczalne stężenie fluoru nie może przekraczać 1,5 mg/dm3.

Perspektywy zastosowania warstwowych urządzeń wirowych do odfluorowania ścieków

Pozytywny efekt procesów zachodzących w komorze operacyjnej młyn elektromagnetyczny znana jest od dawna. Należy przypomnieć, że młyn elektromagnetyczny jest urządzeniem składającym się z wirującego induktora pola elektromagnetycznego, komory roboczej wykonanej z materiału niemagnetycznego oraz cząstek ferromagnetycznych w kształcie igieł. Po przyłożeniu napięcia do uzwojenia cewki w komorze roboczej powstaje wirujące pole elektromagnetyczne, które wprawia w ruch cząstki ferromagnetyczne. Cząsteczki nieustannie zderzają się ze sobą oraz ze ścianami komory roboczej; dlatego poruszają się po złożonych trajektoriach, a jeśli weźmiemy pod uwagę zestaw trajektorii ruchu dla każdej cząstki, tworzy to tak zwaną warstwę wirową.

Podczas doprowadzania ścieków ze środkami chemicznymi do komory roboczej urządzenia zachodzi szereg procesów i zjawisk, które korzystnie wpływają na proces oczyszczania. Obejmują one:

• pole elektromagnetyczne (mieszanie wody ze środkami chemicznymi);
• elektroliza wody;
• magnetostrykcja cząstek ferromagnetycznych;
• wibracje akustyczne;
• kawitacja;
• wysokie ciśnienie lokalne itp.

Jednak potwierdzenie hipotezy o korzystnym wpływie tych czynników na proces usuwania fluoru i jego związków ze ścieków wymaga badań eksperymentalnych.

Rysunek 1 – Usuwanie fluoru ze ścieków w Chinach. Mobilny kompleks zabiegowy GlobeCore z urządzeniem do młyn elektromagnetyczny

Wyniki eksperymentu

Usuwanie fluoru ze ścieków w środowisku przemysłowym prowadzono na instalacji pilotażowej, gdzie ścieki wychodzące z warsztatów produkcyjnych trafiały do ​​zbiornika wyrównawczego, a mleko wapienne przygotowane w wapienniku do zbiornika zasilającego.

Uśrednione ścieki pompowano w sposób ciągły ze zbiornika wyrównawczego do urządzenia warstwowego wirowego, do którego dostarczano również mleko wapienne ze zbiornika zasilającego za pomocą pompy dozującej. W urządzenie AVS, były intensywnie mieszane, rozpraszane i poddawane obróbce elektromagnetycznej, a stamtąd trafiały do ​​zbiornika klarującego. Zużycie ścieków i mleka wapiennego monitorowano przepływomierzami, a poziom pH ścieków — pehametrami. W toku badań określono wydajność i optymalne warunki oczyszczania ścieków. Wyniki badań przedstawiono w tabeli 1.

Wpływ obróbki w warstwie wirowej na efektywność oczyszczania ścieków

Wartości początkowe				Wartości ścieków po przetworzeniu w AVS
ścieki			mleko wapienne
pH	F, mg/dm3	Р2O5, mg/dm3	SaO,%	pH	F, mg/dm3	Р2O5, mg/dm3
3.65	350	2100	105	7.6	10	32
3.65	700	2250	105	8.2	7,5	8
5.9	1100	3200	105	9.2	5	0
3.0	1500	6500	105	11.5	1.2	0
3.0	1500	5100	110	11.6	1.15<	0
3.95	750	5000	110	9.3	4.5	0
3.95	750	5050	110	8.6	7.1	0
3.95	750	5050	110	10.0	1.4	0

Przeprowadzone badania nad odkażaniem i odfluorowaniem ścieków w młyn elektromagnetyczny wykazały, że urządzenia te są urządzeniami bardziej wydajnymi w porównaniu do urządzeń stosowanych w wielu zakładach przemysłowych.

Odfluorowanie i konwersja fosforanów do związków nierozpuszczalnych w wodzie odbywa się jednoetapowo. Zawartość fluoru w ściekach oczyszczonych w optymalnych warunkach (pH = 10–11) nie przekracza 1,5 mg/dm3; nie zawiera fosforanów. Czas oczyszczania ścieków w urządzeniu to tylko 1-3 sekundy. Rozsądne jest stosowanie wapna jako środka chemicznego przy zużyciu 5–10% nadmiaru CaO w stosunku do teoretycznie koniecznego. Zastosowanie AVS w procesach odfluorowania ścieków pozwoli na ograniczenie zużycia środków chemicznych i energii elektrycznej, zmniejszenie powierzchni produkcyjnej oraz poprawę jakości oczyszczania ścieków.