Рассмотрим, как выполняется очистка сточных вод от фтора и способы повышения ее эффективности.

Сточные воды химических, металлургических и других предприятий, которые содержат соединения фтора, относятся к категории вредных. Очистка таких сточных вод от фтора связана с трудностями и требует значительных затрат, дорогостоящих реагентов. Особенно трудно очищать воду от незначительных концентраций фтора. Эти трудности связаны с химическими свойствами соединений фтора.

Очистка сточных вод от фтора – основные методы

Чаще всего применяется два подхода для очистки сточных вод от фтора:

• химический метод (добавление различных реагентов);
• сорбционный метод.

Для очистки сточных вод химическим методом используют реагенты: известь, соли кальция, магния и свинца, основной хлорид алюминия и др.

Использование кальциевых солей в качестве реагентов имеет преимущества перед другими солями, так как образуются хорошо коагулируемые осадки. Продукт нейтрализации (фторид кальция) может быть использован как товарный продукт и он относительно мало растворим (растворимость его в воде порядка 15,6 мг/дм³). Наиболее эффективным осадителем ионов фтора является техническое известь, в которой важное значение имеет содержание активной окиси кальция.

Другие химические осадители фтора оставляют большое его количество в очищенных сточных водах и тогда, когда используются со значительным избытком. В общем случае полная очистка сточных вод от фтора невозможна исключительно на химической реакции осаждения.

Сорбционный метод очистки сточных вод предусматривает использование поглощающих свойств сорбентов. Но сорбция ионов проходит тем полнее, чем менее растворимые соединения образуются на границе «твердое вещество-жидкость». Поэтому большая растворимость «малорастворимых» солей фтора и здесь препятствует полноте его удаления.

Для нейтрализации и очистки сточных вод от фтора на предприятиях в основном используют в качестве реагентов известь и мел. При этом в результате химических превращений в осадок выделяются «труднорастворимые» и «нерастворимые» соединения СаF₂, СаНРO₄, СаSO₄, Са₃(РO4)₂, SIO₂.

Нейтрализация и очистка сточных вод от фтора проводится следующим образом. В известегасителе говтоится известковое молоко с содержанием активного СаО 1-3% и подается в реактор, где осуществляется предварительная очистка от фтора поступающих стоков. Частично обесфторенные стоки с рН 10-13 поступают в промежуточную емкость, а затем самотеком в реакторы, соединенные между собой в каскад, где проводится дальнейшее обесфторивание стоков. Нейтрализованные и обесфторенные стоки попадают в осветитель, где из них выпадает осадок. Остаточное содержание фтора в обеззараженных стоках составляет 50-60 мг/дм³, рН 8-12, содержание кальция 2500-6000 мг/дм³. Время обеззараживания в реакторах – 30 минут. При использовании в качестве реагента мела остаточное содержание фтора в воде в 1,5-3 раза, а фосфат-ионов в 10-20 раз больше, чем при использовании известкового молока. Такая эффективность очистки не позволяет сбрасывать обесфторенные стоки в источники водоснабжения, поскольку предельно допустимая концентрация фтора не должна превышать 1,5 мг/дм³.

Перспективы применения аппаратов вихревого слоя для обесфторивания сточных вод

Положительное влияние процессов в рабочей камере аппаратов вихревого слоя известно давно. Напомним, что аппарат вихревого слоя – это устройство, состоящее из индуктора вращающегося электромагнитного поля, рабочей камеры, изготовленной из немагнитного материала, а также ферромагнитных частиц, которые по форме напоминают иголку. После подачи напряжения на обмотку индуктора в рабочей камере возникает вращающееся электромагнитное поле, которое приводит в движение ферромагнитные частицы. Частицы постоянно соударяются между собой и со стенками рабочей камеры, поэтому двигаются по сложным траекториям, и если рассмотреть совокупность траекторий движения каждой частицы, то она образует так называемый вихревой слой.

При подаче в рабочую камеру аппарата сточной воды с реагентами возникнет ряд процессов и явлений, которые благоприятно сказываются на процессе очистки. Среди них:

• электромагнитное поле (смешивание воды с реагентами);
• электролиз воды;
• магнитострикция ферромагнитных частиц;
• акустические колебания;
• кавитация;
• высокие локальные давления и др.

Но подтверждение гипотезы о благоприятном влиянии этих факторов на процесс очистки сточных вод от фтора и его соединений требует экспериментальной проверки.

Рисунок 1 – Очистка сточных вод от фтора в Китае. Мобильный комплекс очистки GlobeCore с аппаратом вихревого слоя

Результаты эксперимента

Очистка сточных вод от фтора в промышленных условиях проводилась на опытно-промышленной установке, в которой выходные сточные воды от производственных цехов поступали в усреднитель, а приготовленное в известегасителе известковое молоко поступало в расходную емкость.

Усредненные сточные воды из усреднителя насосом непрерывно подавались в аппарат вихревого слоя, в который также дозирующим насосом подавалось известковое молоко с расходной емкости. В аппарате АВС проводилось их интенсивное перемешивание, диспергирование и электромагнитная обработка, откуда они поступали в отстойник для осветления. Расход сточных вод и известкового молока контролировался расходомерами, а рН сточных вод – рН-метрами. В процессе исследований определяли эффективность и оптимальные условия очистки сточных вод. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Влияние обработки в аппарате вихревого слоя на эффективность очистки сточных вод

Проведенные исследования по изучению обеззараживания и обесфторивания сточных вод в аппарате вихревого слоя показали, что данные аппараты являются более эффективным оборудованием по сравнению с оборудованием, которое используется на многих промышленных предприятиях.

Обесфторивание и перевод фосфатов в водонерастворимые соединения проводится в одну стадию. Содержание фтора в очищенных сточных водах при оптимальных условиях (рН = 10-11) не превышает 1,5 мг/дм³, фосфаты отсутствуют. Продолжительность обработки сточных вод в аппаратах составляет всего 1-3 секунды. В качестве реагента рационально использовать известь с расходом 5-10% избытка СаО от теоретически необходимого. Использование АВС в процессах обесфторивания сточных вод позволит уменьшить расход реагентов, электроэнергии, уменьшить производственные площади, а также повысить качество очистки сточных вод.