Las aguas residuales que contienen flúor se generan en muchos procesos de producción industrial, como la fundición de metales no férreos y metales raros, el decapado de acero inoxidable, los pesticidas, el refinado electrolítico de aluminio, etc. en las industrias tradicionales, así como la síntesis química orgánica, la industria electrónica y la industria de la energía atómica en la industria química moderna. Según la "Norma integral de vertido de aguas residuales", la norma de primer nivel exige que la concentración de fluoruro vertido sea inferior a 10 mg. De los métodos actuales de tratamiento de aguas residuales que contienen flúor, los más utilizados son el método de precipitación y el método de adsorción.
1. Método de precipitación
1.1 Método de precipitación química El principio del método de precipitación química para tratar las aguas residuales que contienen flúor es separar el flúor del agua añadiendo algunos precipitantes que puedan reaccionar químicamente con los iones de flúor de las aguas residuales y producir precipitados insolubles en agua. Entre los precipitantes utilizados habitualmente en el método de precipitación química se encuentran la cal, la escoria de carburo y el cloruro cálcico.
1.1.1 Método de precipitación de la cal
El método de precipitación de cal es un método importante para tratar aguas residuales con alta concentración de fluoruro. Los iones de calcio producidos tras la disolución de la piedra caliza pueden reaccionar con los iones de fluoruro presentes en el agua para generar fluoruro de calcio insoluble en agua, eliminando así el fluoruro del agua.
1.1.2 Método de precipitación de escoria de carburo Al producir polietileno mediante el método de carburo de calcio, se generará escoria residual. Esta escoria residual se genera por la reacción del carburo de calcio y el agua. No sólo es barata, sino también fácil de obtener. Precisamente por esta característica, el método de precipitación de escoria de carburo cálcico se utiliza ampliamente en el tratamiento actual de aguas que contienen flúor.
1.1.3 Método del cloruro de calcio
El principio del método del cloruro cálcico es similar al método de precipitación de cal, pero el cloruro cálcico tiene una alta solubilidad y puede añadirse a las aguas residuales en estado de solución para reaccionar más plenamente con los iones fluoruro del agua. Tiene las ventajas de una escoria menos sólida, menos polvo de dosificación y un funcionamiento sencillo y cómodo. Su desventaja es que es más caro que el hidróxido de calcio, y el coste es mayor cuando se tratan aguas residuales con alta concentración de fluoruros.
1.2 Método de precipitación por coagulación
El método de precipitación por coagulación es un método para eliminar el fluoruro del agua mediante la adición de sustancias con capacidad de coagulación o capaces de precipitarse con el fluoruro a las aguas residuales que contienen fluoruro, de modo que el fluoruro de las aguas residuales genere una gran cantidad de coloides y sustancias insolubles y, a continuación, elimine el fluoruro de la masa de agua mediante precipitación y separación de lodo y agua.
En comparación con el método de precipitación química, el método de precipitación por coagulación no sólo requiere menos dosis de fármacos, sino que también tiene un mayor volumen de tratamiento. Después de un tratamiento, la concentración de fluoruro puede ser inferior a 10 mg.
La desventaja es que cuando se tratan aguas residuales con alta concentración de flúor, el coste es relativamente alto porque hay que utilizar una gran cantidad de coagulante.
Por lo tanto, el método de precipitación química y el método de sedimentación por coagulación suelen utilizarse combinados. La concentración de fluoruro en las aguas residuales se reduce primero mediante precipitación química y, a continuación, se añade un coagulante para la sedimentación y adsorción con el fin de que las aguas residuales cumplan las normas de vertido.
1.2.1 Coagulantes inorgánicos
Los coagulantes inorgánicos incluyen principalmente sales de aluminio y sales de hierro. El sulfóxido de hidróxido producido por la hidrólisis de estas dos sales puede adsorber iones fluoruro. Además, el A13+ y el Fe3+ pueden reaccionar con los iones fluoruro para conseguir el efecto de eliminación de iones.
1.2.2 Coagulantes orgánicos
La poliacrilamida (PAM) es un polímero soluble en agua con muy buena floculación. Hay tres tipos principales de PAM que se utilizan en el tratamiento del agua: no iónica, aniónica y catiónica. El tipo adecuado de agente PAM se selecciona en función del pH de las aguas residuales. Además de las PAM, el quitosano, el quitosano modificado con acrilamida, la lignina, etc. también tienen muy buenos efectos de eliminación de fluoruros.
2. Método de adsorción
El método de adsorción utiliza adsorbentes sólidos porosos para adsorber iones de fluoruro a su superficie por atracción molecular o fuerza de enlace químico, y después los desorbe añadiendo disolventes adecuados, calentando, etc., para conseguir la separación y el enriquecimiento. Los adsorbentes incluyen principalmente adsorbentes artificiales sintéticos y naturales.
2.1 Adsorbentes sintéticos artificiales
Los adsorbentes sintéticos artificiales incluyen principalmente alúmina activada, óxido de magnesio activado, resinas de intercambio iónico y carbón activado.
2.1.1 Alúmina activada
Se trata de un adsorbente poroso granular blanco con una gran superficie específica. Su aplicación en la defluoración de aguas residuales presenta las ventajas de un precio relativamente bajo, un buen efecto y un funcionamiento sencillo. Puede adsorber aniones cuando el pH del agua es inferior a 9,5. Si el pH del agua es superior a 9,5, adsorberá cationes. Por lo tanto, adsorberá aniones en soluciones ácidas y tiene una fuerte selectividad para los iones fluoruro.
2.1.2 Óxido de magnesio activado
El óxido de magnesio activado tiene un buen efecto de defluoración en condiciones de pH=5~8. La capacidad de adsorción del óxido de magnesio activado puede alcanzar los 14 mg/g, y después del tratamiento de desorción, su capacidad puede llegar a unos 6 mg/g. El efecto de defluoración y el coste también son inferiores a los del método simple de óxido de magnesio activado, pero la desventaja es que el ciclo de tratamiento es relativamente largo y la regeneración es más difícil.
2.1.3 Carbón activado
El carbón activado está hecho de carbono como materia prima, mediante carbonización a alta temperatura y activación. Tiene un gran número de microporos y una gran superficie específica. La modificación del carbón activado puede mejorar su capacidad de defluoración. La defluoración con carbón activado tiene las ventajas de un corto tiempo de adsorción, bajo coste, alta eficiencia, fácil regeneración y ningún efecto sobre la calidad del agua. La desventaja es que se ve muy afectada por el pH.
2.1.4 Resina de intercambio iónico
La resina de intercambio iónico es un compuesto polimérico insoluble con grupos funcionales activos de intercambio iónico y una estructura de red. Al modificarla para cargar iones metálicos, se puede mejorar la capacidad de adsorción de la resina. La aplicación de la resina de intercambio iónico tiene las ventajas de una gran capacidad de procesamiento, una fuerte capacidad de regeneración, una gran capacidad de adsorción y una buena economía, pero la desventaja es que las condiciones de almacenamiento requeridas para la resina de intercambio iónico son relativamente estrictas y la inversión única es grande.
2.2 Modificación de adsorbentes naturales
2.2.1 Zeolita modificada
Zeolita es en realidad un término general para los minerales de zeolita. Su esencia es un tipo de mineral de silicato de aluminio que contiene agua de metal alcalino o metal alcalinotérreo. La modificación de la zeolita puede mejorar eficazmente su capacidad de adsorción. La aplicación de la zeolita modificada para tratar las aguas residuales que contienen flúor no sólo tiene las ventajas del bajo coste y la renovabilidad, sino que también puede reducir la dureza total y la cromaticidad del agua bruta. La desventaja es que su efecto de adsorción es general.
2.2.2 Bentonita modificada
La bentonita es una sustancia con estructura de silicato, y la montmorillonita es su componente más importante. La estructura de la montmorillonita es una estructura en capas compuesta por octaedros, lo que le confiere buenas propiedades de hinchamiento, adsorción e intercambio iónico. La bentonita modificada tiene un buen rendimiento en la eliminación de fluoruros, su precio es relativamente bajo y la fuente de material es amplia. La desventaja es que su efecto de adsorción es general.
2.2.3 Diatomita modificada
El principal componente de la diatomita es el SiO2. Las características de la diatomita son que tiene una estructura microporosa, alta porosidad, gran área comparativa y capacidad de adsorción. La modificación de la diatomita puede aumentar aún más su superficie específica, reducir su densidad aparente y permitir que los metales alcalinos o alcalinotérreos se unan a la superficie de la diatomita, lo que puede adsorber más eficazmente los iones fluoruro y mejorar la tasa de eliminación del flúor. La diatomita modificada es un buen depurador para la defluoración de aguas residuales. Es muy estable en el tratamiento de aguas residuales, presenta una contaminación secundaria limitada, tiene buenas capacidades de reciclado y reutilización, y su precio es relativamente bajo, lo que hace que se utilice ampliamente en la eliminación real de aguas residuales.
3. Conclusión
En la actualidad, la precipitación y la adsorción son los principales métodos para tratar las aguas residuales que contienen flúor. Entre ellos, la precipitación puede dividirse en precipitación química y precipitación por coagulación. La precipitación química se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales, con las ventajas de un método sencillo, bajo coste y buen efecto; mientras que la precipitación por coagulación se utiliza principalmente en el tratamiento de aguas residuales con baja concentración de flúor, con las ventajas de una pequeña cantidad de fármacos necesarios y un gran volumen de tratamiento, y puede cumplir la norma de vertido tras un tratamiento. Por lo tanto, la precipitación química se suele utilizar para reducir la concentración de fluoruro en aguas residuales con alto contenido de fluoruro, y después se utiliza la precipitación por coagulación para tratarlas de nuevo y cumplir la norma de vertido. La adsorción es adecuada para el tratamiento en profundidad de aguas residuales que contienen flúor con un afluente pequeño y una concentración baja.
