تتولد مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد في العديد من عمليات الإنتاج الصناعي، مثل صهر المعادن غير الحديدية والمعادن النادرة، وتخليل الفولاذ المقاوم للصدأ، ومبيدات الآفات، والتكرير الكهربائي للألومنيوم، وما إلى ذلك في الصناعات التقليدية، وكذلك التخليق الكيميائي العضوي، وصناعة الإلكترونيات، وصناعة الطاقة الذرية في الصناعة الكيميائية الحديثة. وفقًا "لمعيار التصريف الشامل لمياه الصرف الصحي"، يتطلب معيار المستوى الأول أن يكون تركيز تصريف الفلورايد أقل من 10 ملغ. ومن بين طرق المعالجة الحالية لمياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد، فإن أكثرها استخدامًا هي طريقة الترسيب وطريقة الامتزاز.
1. طريقة الترسيب
1.1 طريقة الترسيب الكيميائي يتمثل مبدأ طريقة الترسيب الكيميائي لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد في فصل الفلورايد عن الماء بإضافة بعض الرواسب التي يمكن أن تتفاعل كيميائياً مع أيونات الفلورايد في مياه الصرف الصحي وتنتج رواسب غير قابلة للذوبان في الماء. وتشمل المرسبات شائعة الاستخدام في طريقة الترسيب الكيميائي الجير وخبث الكربيد وكلوريد الكالسيوم.
1.1.1 طريقة ترسيب الجير
طريقة ترسيب الجير هي طريقة مهمة لمعالجة مياه الصرف الصحي عالية التركيز المحتوية على الفلورايد. يمكن لأيونات الكالسيوم الناتجة بعد انحلال الحجر الجيري أن تتفاعل مع أيونات الفلورايد في الماء لتوليد فلوريد الكالسيوم غير القابل للذوبان في الماء، وبالتالي إزالة الفلورايد من الماء.
1.1.2 طريقة ترسيب خبث الكربيد عند إنتاج البولي إيثيلين من خلال طريقة كربيد الكالسيوم، يتولد خبث النفايات. ويتولد خبث النفايات هذا عن طريق تفاعل كربيد الكالسيوم والماء. وهو ليس رخيصًا فحسب، بل يسهل الحصول عليه أيضًا. وبسبب هذه الميزة بالتحديد، تُستخدم طريقة ترسيب خبث كربيد الكالسيوم على نطاق واسع في المعالجة الفعلية للمياه المحتوية على الفلورايد.
1.1.3 طريقة كلوريد الكالسيوم
يشبه مبدأ طريقة كلوريد الكالسيوم طريقة ترسيب الجير، لكن كلوريد الكالسيوم له قابلية ذوبان عالية ويمكن إضافته إلى مياه الصرف الصحي في حالة المحلول ليتفاعل بشكل كامل مع أيونات الفلورايد في الماء. ومن مزاياها أنها تتميز بقلة الخبث الصلب، وقلة الغبار الناتج عن الجرعات، والتشغيل البسيط والمريح. ومن عيوبه أنه أغلى ثمناً من هيدروكسيد الكالسيوم، وتكون التكلفة أعلى عند معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد عالية التركيز.
1.2 طريقة الترسيب بالتخثر
طريقة الترسيب بالتخثر هي طريقة لإزالة الفلورايد من المياه عن طريق إضافة مواد ذات قدرة على التخثر أو قادرة على الترسيب بالفلورايد إلى مياه الصرف المحتوية على الفلورايد، بحيث يولد الفلورايد في مياه الصرف كمية كبيرة من الغرويات والمواد غير القابلة للذوبان، ثم يزيل الفلورايد من الجسم المائي عن طريق الترسيب وفصل الطين عن الماء.
بالمقارنة مع طريقة الترسيب الكيميائي، لا تتطلب طريقة الترسيب بالتخثر جرعة أقل من الأدوية فحسب، بل لها أيضًا حجم معالجة أكبر. بعد معالجة واحدة، يمكن أن يكون تركيز الفلورايد أقل من 10 ملجم.
العيب هو أنه عند معالجة المياه العادمة عالية التركيز المحتوية على الفلورايد تكون التكلفة مرتفعة نسبيًا لأنه يجب استخدام كمية كبيرة من مادة التخثر.
ولذلك، عادةً ما يتم استخدام طريقة الترسيب الكيميائي وطريقة الترسيب بالتخثر معًا. يتم تقليل تركيز الفلورايد في مياه الصرف الصحي أولاً عن طريق الترسيب الكيميائي، ثم يضاف مادة تخثر للترسيب والامتصاص لجعل مياه الصرف الصحي تفي بمعايير التصريف.
1.2.1 المخثرات غير العضوية
تشمل مواد التخثر غير العضوية بشكل أساسي أملاح الألومنيوم وأملاح الحديد. يمكن لأكسيد هيدروكسيد الكبريتيد الناتج عن التحلل المائي لهذين الأملاح أن يمتص أيونات الفلورايد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتفاعل A13+ وFe3+ مع أيونات الفلورايد لتحقيق تأثير إزالة الأيونات.
1.2.2.2 المخثرات العضوية
بولي أكريلاميد بولي أكريلاميد (PAM) هو بوليمر قابل للذوبان في الماء مع تلبد جيد للغاية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من بولي أكريلاميد البولي أكريلاميد المستخدمة في معالجة المياه، وهي غير أيونية وأنيونية وكاتيونيه. يتم اختيار النوع المناسب من عامل PAM وفقًا للأس الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي. بالإضافة إلى PAM، فإن الشيتوزان والشيتوزان المعدل بالأكريلاميد والشيتوزان المعدل بالأكريلاميد واللجنين وما إلى ذلك لها أيضًا تأثيرات جيدة جدًا لإزالة الفلورايد.
2. طريقة الامتزاز
تستخدم طريقة الامتزاز مواد ماصة صلبة مسامية لامتزاز أيونات الفلورايد على سطحها عن طريق الجذب الجزيئي أو قوة الرابطة الكيميائية، ثم يتم امتصاصها بإضافة المذيبات المناسبة والتسخين وما إلى ذلك، وذلك لتحقيق الفصل والإثراء. وتشمل المواد الممتزة بشكل أساسي المواد الممتزة الاصطناعية والطبيعية.
2.1 الممتزات الاصطناعية الاصطناعية
تشمل الممتزات الاصطناعية الاصطناعية بشكل رئيسي الألومينا المنشطة، وأكسيد المغنيسيوم المنشط، وراتنجات التبادل الأيوني والكربون المنشط.
2.1.1.1 الألومينا المنشطة
هذه مادة ماصة مسامية حبيبية بيضاء مسامية ذات مساحة سطح محددة كبيرة. يتميز تطبيقه في إزالة الفلورة من مياه الصرف الصحي بمزايا السعر المنخفض نسبيًا والتأثير الجيد والتشغيل البسيط. يمكنها امتصاص الأنيونات عندما يكون الرقم الهيدروجيني للماء أقل من 9.5. أما إذا كان الرقم الهيدروجيني للماء أكبر من 9.5، فسوف يمتص الكاتيونات. ولذلك، فإنه سيمتص الأنيونات في المحاليل الحمضية وله انتقائية قوية لأيونات الفلورايد.
2.1.2 أكسيد المغنيسيوم المنشط
أكسيد المغنيسيوم المنشط له تأثير جيد لإزالة الفلورة في حالة الأس الهيدروجيني = 5 ~ 8. يمكن أن تصل قدرة أكسيد المغنيسيوم المنشط على الامتزاز إلى 14 مجم/جم، وبعد معالجة الامتزاز، يمكن أن تصل قدرته إلى حوالي 6 مجم/جم. تأثير إزالة الفلورة والتكلفة أقل أيضًا من طريقة أكسيد المغنيسيوم المنشط البسيط، ولكن العيب هو أن دورة المعالجة طويلة نسبيًا والتجديد أكثر صعوبة.
2.1.3 الكربون المنشط
يُصنع الكربون المنشط من الكربون كمادة خام، من خلال الكربنة والتنشيط بدرجة حرارة عالية. ويحتوي على عدد كبير من المسام الدقيقة ومساحة سطح محددة كبيرة. ويمكن أن يؤدي تعديل الكربون المنشط إلى تحسين قدرته على إزالة الفلور. وتتميز عملية إزالة الفلور من الكربون المنشط بمزايا وقت الامتزاز القصير، والتكلفة المنخفضة، والكفاءة العالية، وسهولة التجديد، وعدم وجود تأثير على جودة المياه. العيب هو أنه يتأثر بشكل كبير بالأس الهيدروجيني.
2.1.4 راتنج التبادل الأيوني
راتنج التبادل الأيوني عبارة عن مركب بوليمر غير قابل للذوبان مع مجموعات وظيفية نشطة للتبادل الأيوني وهيكل شبكي. ومن خلال تعديله لتحميل أيونات المعادن، يمكن تحسين قدرة الراتنج على الامتزاز. يتميز تطبيق راتنج التبادل الأيوني بمزايا قدرة المعالجة الكبيرة، والقدرة القوية على التجديد، وقدرة الامتزاز الكبيرة والاقتصاد الجيد، ولكن العيب هو أن ظروف التخزين المطلوبة لراتنج التبادل الأيوني صارمة نسبيًا والاستثمار لمرة واحدة كبير.
2.2 تعديل الممتزات الطبيعية
2.2.1 الزيوليت المعدل
الزيوليت هو في الواقع مصطلح عام لمعادن الزيوليت. وجوهره هو نوع من معادن سيليكات الألومنيوم التي تحتوي على ماء المعدن القلوي أو المعدن القلوي الترابي. يمكن أن يؤدي تعديل الزيوليت المعدل إلى تحسين قدرته على الامتصاص بشكل فعال. إن تطبيق الزيوليت المعدل لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد لا يتميز فقط بمزايا التكلفة المنخفضة وقابلية التجديد، بل يمكن أن يقلل أيضًا من الصلابة الكلية ولونية المياه الخام. العيب هو أن تأثير امتصاصه عام.
2.2.2.2 البنتونيت المعدل
البنتونيت هو مادة تحتوي على بنية سيليكات، والمونتموريلونيت هو أهم مكوناته. وبنية المونتموريلونيت عبارة عن بنية متعددة الطبقات تتكون من ثماني الأوجه مما يجعلها تتمتع بخصائص جيدة في التورم والامتصاص والتبادل الأيوني. يتميز البنتونيت المعدل بأداء جيد في إزالة الفلورايد، وسعره منخفض نسبيًا، ومصدر المادة واسع. العيب هو أن تأثير امتصاصه عام.
2.2.3 الدياتوميت المعدل
المكون الرئيسي للدياتوميت هو SiO2. وتتمثل خصائص الدياتوميت في أن له بنية دقيقة المسامية، ومسامية عالية، ومساحة نسبية كبيرة وقدرة امتصاصية كبيرة. يمكن لتعديل الدياتوميت أن يزيد من مساحة سطحه المحددة، ويقلل من كثافته السائبة، ويسمح للمعادن القلوية أو المعادن القلوية الترابية بالارتباط بسطح الدياتوميت، مما يمكن أن يمتص أيونات الفلورايد بكفاءة أكبر ويحسن معدل إزالة الفلور. الدياتوميت المعدل هو جهاز جيد لتنقية مياه الصرف الصحي من الفلور. إنه مستقر للغاية في معالجة مياه الصرف الصحي، وله تلوث ثانوي محدود، ولديه قدرات جيدة على إعادة التدوير وإعادة الاستخدام، وسعره منخفض نسبيًا، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في إزالة مياه الصرف الصحي الفعلية.
3. الخاتمة
في الوقت الحالي، يعد الترسيب والامتزاز الطريقتين الرئيسيتين لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد. ومن بين هذه الطرق، يمكن تقسيم الترسيب إلى ترسيب كيميائي وترسيب بالتخثر. ويستخدم الترسيب الكيميائي على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصناعي، مع مزايا الطريقة البسيطة والتكلفة المنخفضة والتأثير الجيد؛ بينما يستخدم ترسيب التخثر بشكل رئيسي في معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد منخفضة التركيز، مع مزايا كمية صغيرة من الأدوية المطلوبة وحجم المعالجة الكبير، ويمكن أن تلبي معيار التصريف بعد معالجة واحدة. ولذلك، عادةً ما يستخدم الترسيب الكيميائي لتقليل تركيز الفلورايد في مياه الصرف الصحي عالية الفلورايد، ثم يستخدم ترسيب التخثر لمعالجتها مرة أخرى لتلبية معيار التصريف. والامتزاز مناسب للمعالجة العميقة لمياه الصرف الصحي المحتوية على الفلورايد ذات المؤثرات الصغيرة والتركيز المنخفض.
