Розглянемо, як виконується очищення стічних вод від фтору та способи підвищення його ефективності.

Стічні води хімічних, металургійних та інших підприємств, що містять сполуки фтору, належать до категорії шкідливих. Очищення таких стічних вод від фтору пов’язане зі складнощами та вимагає значних витрат дорогих реагентів. Особливо складно очищати воду від незначних концентрацій фтору. Ці труднощі пов’язані з хімічними властивостями сполук фтору.

Очищення стічних вод від фтору – основні методи

Найчастіше застосовують два підходи для очищення стічних вод від фтору:

• хімічний метод (додавання різних реагентів);
• сорбційний метод.

Для очищення стічних вод хімічним методом використовують реагенти: вапно, солі кальцію, магнію та свинцю, основний хлорид алюмінію тощо.

Використання кальцієвих солей як реагентів має переваги перед іншими солями, оскільки утворюються добре коагульовані осади. Продукт нейтралізації (фторид кальцію) може бути використаний як товарний продукт і є відносно мало розчинним (розчинність у воді близько 156 мг/дм³). Найбільш ефективним осаджувачем іонів фтору є технічне вапно, де важливим є вміст активного оксиду кальцію.

Інші хімічні осаджувачі фтору залишають велику його кількість в очищених стічних водах навіть тоді, коли використовуються зі значним надлишком. Загалом повне очищення стічних вод від фтору неможливе виключно на основі хімічної реакції осадження.

Сорбційний метод очищення стічних вод передбачає використання поглинальних властивостей сорбентів. Однак сорбція іонів проходить тим повніше, чим менш розчинні сполуки утворюються на межі “тверда речовина-рідина”. Тому велика розчинність “малорозчинних” солей фтору тут також перешкоджає повноті його видалення.

Для нейтралізації та очищення стічних вод від фтору на підприємствах в основному використовують як реагенти вапно та крейду. При цьому в результаті хімічних перетворень в осад виділяються “трудно розчинні” і “нерозчинні” сполуки CaF₂, CaHPO₄, CaSO₄, Ca₃(PO₄)₂, SiO₂.

Нейтралізація та очищення стічних вод від фтору проводиться наступним чином. У вапногаснику готується вапняне молоко з вмістом активного СаО 1-3% і подається в реактор, де здійснюється попереднє очищення від фтору стічних вод. Частково знефторені стоки з рН 10-13 надходять у проміжну ємність, а потім самопливом у реактори, з’єднані між собою в каскад, де проводиться подальше знефторювання стоків. Нейтралізовані та знефторені стоки потрапляють в освітлювач, де з них випадає осад. Залишковий вміст фтору в очищених стічних водах становить 50-60 мг/дм³, рН 8-12, вміст кальцію 2500-6000 мг/дм³. Час знезараження в реакторах – 30 хвилин. При використанні в якості реагенту крейди залишковий вміст фтору у воді в 1,5-3 рази, а фосфат-іонів у 10-20 разів більше, ніж при використанні вапняного молока. Така ефективність очищення не дозволяє скидати знефторені стоки у джерела водопостачання, оскільки гранично допустима концентрація фтору не повинна перевищувати 15 мг/дм³.

Перспективи застосування апаратів вихрового шару для знефторювання стічних вод

Позитивний вплив процесів у робочій камері апаратів вихрового шару відомий давно. Нагадаємо, що апарат вихрового шару – це пристрій, що складається з індуктора обертового електромагнітного поля, робочої камери, виготовленої з немагнітного матеріалу, а також феромагнітних частинок, які за формою нагадують голку. Після подачі напруги на обмотку індуктора в робочій камері виникає обертове електромагнітне поле, яке приводить у рух феромагнітні частинки. Частинки постійно зіштовхуються між собою та зі стінками робочої камери, тому рухаються по складних траєкторіях, і якщо розглянути сукупність траєкторій руху кожної частинки, то вона утворює так званий вихровий шар.

При подачі в робочу камеру апарата стічної води з реагентами виникає ряд процесів та явищ, які позитивно впливають на процес очищення. Серед них:

• електромагнітне поле (змішування води з реагентами);
• електроліз води;
• магнітострикція феромагнітних частинок;
• акустичні коливання;
• кавітація;
• високі локальні тиски тощо.

Але підтвердження гіпотези про сприятливий вплив цих факторів на процес очищення стічних вод від фтору та його сполук вимагає експериментальної перевірки.

Результати експерименту

Очищення стічних вод від фтору у промислових умовах проводилося на дослідно-промисловій установці, в якій вихідні стічні води від виробничих цехів надходили в усереднювач, а приготовлене в вапногаснику вапняне молоко подавалося у витратну ємність.

Усереднені стічні води з усереднювача насосом безперервно подавалися в апарат вихрового шару, в який також дозувальним насосом подавалося вапняне молоко з витратної ємності. В апараті АВС проводилося їх інтенсивне перемішування, диспергування та електромагнітна обробка, після чого вони надходили у відстійник для освітлення. Витрати стічних вод і вапняного молока контролювалися витратомірами, а рН стічних вод – рН-метрами. У процесі досліджень визначали ефективність та оптимальні умови очищення стічних вод. Результати досліджень наведені в таблиці 1.

Вплив обробки в апараті вихрового шару на ефективність очищення стічних вод

Вихідні показники				Показники стічних вод після обробки в АВС
Стічна вода			Вапняне молоко
рН	F, мг/дм3	Р2O5, мг/дм3	СаО, %	рН	F, мг/дм3	Р2О5, мг/дм3
3,65	350	2 100	105	7,6	10	32
3,65	700	2 250	105	8,2	7,5	8
5,9	1 100	3 200	105	9,2	5	0
3,0	1 500	6 500	105	11,5	1,2	0
3,0	1 500	5 100	110	11,6	1,15	0
3,95	750	5 000	110	9.3	4,5	0
3,95	750	5 050	110	8,6	7,1	0
3,95	750	5 050	110	10,0	1,4	0

 

Проведені дослідження з вивчення знезараження та знефторювання стічних вод в апараті вихрового шару показали, що ці апарати є більш ефективним обладнанням порівняно з обладнанням, яке використовується на багатьох промислових підприємствах.

Знефторювання та перехід фосфатів у водонерозчинні сполуки проводиться в одну стадію. Вміст фтору в очищених стічних водах за оптимальних умов (рН = 10-11) не перевищує 15 мг/дм³, фосфати відсутні. Тривалість обробки стічних вод в апаратах становить лише 1-3 секунди. Як реагент доцільно використовувати вапно з витратою 5-10% надлишку СаО від теоретично необхідного. Використання АВС у процесах знефторювання стічних вод дозволить зменшити витрату реагентів, електроенергії, зменшити виробничі площі, а також підвищити якість очищення стічних вод.