Les eaux usées contenant du fluorure sont générées dans de nombreux processus de production industrielle, tels que la fusion des métaux non ferreux et des métaux rares, le décapage de l'acier inoxydable, les pesticides, le raffinage électrolytique de l'aluminium, etc. dans les industries traditionnelles, ainsi que la synthèse des produits chimiques organiques, l'industrie électronique et l'industrie de l'énergie atomique dans l'industrie chimique moderne. Selon la "norme globale de rejet des eaux usées", la norme de premier niveau exige que la concentration de fluorure rejetée soit inférieure à 10 mg. Parmi les méthodes actuelles de traitement des eaux usées contenant du fluorure, les plus utilisées sont la méthode de précipitation et la méthode d'adsorption.
1. Méthode de précipitation
1.1 Méthode de précipitation chimique Le principe de la méthode de précipitation chimique pour le traitement des eaux usées contenant du fluor consiste à séparer le fluorure de l'eau en ajoutant des précipités qui peuvent réagir chimiquement avec les ions fluorure présents dans les eaux usées et produire des précipités insolubles dans l'eau. Les précipitants couramment utilisés dans la méthode de précipitation chimique sont la chaux, les scories de carbure et le chlorure de calcium.
1.1.1 Méthode de précipitation de la chaux
La méthode de précipitation de la chaux est une méthode importante pour traiter les eaux usées à forte concentration de fluorure. Les ions de calcium produits après la dissolution du calcaire peuvent réagir avec les ions de fluorure présents dans l'eau pour générer du fluorure de calcium insoluble dans l'eau, ce qui permet d'éliminer le fluorure de l'eau.
1.1.2 Méthode de précipitation des scories de carbure Lors de la production de polyéthylène par la méthode du carbure de calcium, des scories sont générées. Ce laitier est généré par la réaction du carbure de calcium et de l'eau. Il est non seulement bon marché, mais aussi facile à obtenir. C'est précisément pour cette raison que la méthode de précipitation des scories de carbure de calcium est largement utilisée dans le traitement des eaux fluorées.
1.1.3 Méthode au chlorure de calcium
Le principe de la méthode au chlorure de calcium est similaire à la méthode de précipitation à la chaux, mais le chlorure de calcium est très soluble et peut être ajouté aux eaux usées à l'état de solution pour réagir plus complètement avec les ions de fluorure dans l'eau. Cette méthode présente les avantages suivants : moins de scories solides, moins de poussière due au dosage et une utilisation simple et pratique. Son inconvénient est qu'il est plus cher que l'hydroxyde de calcium et que le coût est plus élevé lors du traitement d'eaux usées contenant une forte concentration de fluorure.
1.2 Méthode de précipitation par coagulation
La méthode de précipitation par coagulation est une méthode d'élimination du fluorure de l'eau par l'ajout de substances ayant une capacité de coagulation ou capables de précipiter avec le fluorure dans les eaux usées contenant du fluorure, de sorte que le fluorure dans les eaux usées génère une grande quantité de colloïdes et de substances insolubles, et élimine ensuite le fluorure de la masse d'eau par précipitation et séparation boue-eau.
Par rapport à la méthode de précipitation chimique, la méthode de précipitation par coagulation ne nécessite pas seulement un dosage plus faible de médicaments, mais a également un volume de traitement plus important. Après un traitement, la concentration de fluorure peut être inférieure à 10 mg.
L'inconvénient est que lors du traitement d'eaux usées contenant une forte concentration de fluorure, le coût est relativement élevé car une grande quantité de coagulant doit être utilisée.
C'est pourquoi la méthode de précipitation chimique et la méthode de sédimentation par coagulation sont généralement utilisées en combinaison. La concentration de fluorure dans les eaux usées est d'abord réduite par précipitation chimique, puis un coagulant est ajouté pour la sédimentation et l'adsorption afin de rendre les eaux usées conformes aux normes de rejet.
1.2.1 Coagulants inorganiques
Les coagulants inorganiques comprennent principalement les sels d'aluminium et les sels de fer. Le sulfoxyde d'hydroxyde produit par l'hydrolyse de ces deux sels peut adsorber les ions fluorure. En outre, A13+ et Fe3+ peuvent réagir avec les ions fluorure pour obtenir l'effet d'élimination des ions.
1.2.2 Coagulants organiques
Le polyacrylamide (PAM) est un polymère soluble dans l'eau qui possède une très bonne capacité de floculation. Il existe trois principaux types de PAM utilisés dans le traitement de l'eau, à savoir les non ioniques, les anioniques et les cationiques. Le type d'agent PAM approprié est sélectionné en fonction du pH des eaux usées. Outre les PAM, le chitosane, le chitosane modifié par l'acrylamide, la lignine, etc. ont également de très bons effets d'élimination du fluorure.
2. Méthode d'adsorption
La méthode d'adsorption utilise des adsorbants solides poreux pour adsorber les ions fluorure à leur surface par attraction moléculaire ou force de liaison chimique, puis les désorbe en ajoutant des solvants appropriés, en les chauffant, etc. afin de réaliser la séparation et l'enrichissement. Les adsorbants comprennent principalement des adsorbants synthétiques artificiels et des adsorbants naturels.
2.1 Adsorbants synthétiques artificiels
Les adsorbants synthétiques artificiels comprennent principalement l'alumine activée, l'oxyde de magnésium activé, les résines échangeuses d'ions et le charbon actif.
2.1.1 Alumine activée
Il s'agit d'un adsorbant poreux granulaire blanc doté d'une grande surface spécifique. Son application dans la défluorisation des eaux usées présente les avantages d'un prix relativement bas, d'un bon effet et d'une opération simple. Il peut adsorber des anions lorsque le pH de l'eau est inférieur à 9,5. Si le pH de l'eau est supérieur à 9,5, il adsorbe les cations. Par conséquent, il adsorbe les anions dans les solutions acides et présente une forte sélectivité pour les ions fluorure.
2.1.2 Oxyde de magnésium activé
L'oxyde de magnésium activé a un bon effet de défluoration dans les conditions de pH=5~8. La capacité d'adsorption de l'oxyde de magnésium activé peut atteindre 14 mg/g, et après le traitement de désorption, sa capacité peut atteindre environ 6 mg/g. L'effet de défluoration et le coût sont également inférieurs à ceux de la méthode de l'oxyde de magnésium activé simple. L'effet de défluoration et le coût sont également inférieurs à ceux de la méthode simple de l'oxyde de magnésium activé, mais l'inconvénient est que le cycle de traitement est relativement long et que la régénération est plus difficile.
2.1.3 Charbon actif
Le charbon actif est fabriqué à partir de carbone comme matière première, par carbonisation à haute température et activation. Il possède un grand nombre de micropores et une grande surface spécifique. La modification du charbon actif peut améliorer sa capacité de défluoration. La défluoration sur charbon actif présente les avantages suivants : temps d'adsorption court, faible coût, efficacité élevée, régénération facile et absence d'effet sur la qualité de l'eau. L'inconvénient est qu'elle est fortement influencée par le pH.
2.1.4 Résine échangeuse d'ions
La résine échangeuse d'ions est un composé polymère insoluble doté de groupes fonctionnels actifs dans l'échange d'ions et d'une structure en réseau. En la modifiant pour charger des ions métalliques, la capacité d'adsorption de la résine peut être améliorée. L'application de la résine échangeuse d'ions présente les avantages d'une grande capacité de traitement, d'une forte capacité de régénération, d'une grande capacité d'adsorption et d'une bonne économie, mais l'inconvénient est que les conditions de stockage requises pour la résine échangeuse d'ions sont relativement strictes et que l'investissement unique est important.
2.2 Modification des adsorbants naturels
2.2.1 Zéolithe modifiée
La zéolite est en fait un terme général désignant les minéraux zéolithiques. Il s'agit essentiellement d'une sorte de minéral de silicate d'aluminium contenant de l'eau de métal alcalin ou de métal alcalino-terreux. La modification de la zéolithe peut améliorer efficacement sa capacité d'adsorption. L'application de la zéolithe modifiée pour traiter les eaux usées contenant du fluorure présente non seulement l'avantage d'être peu coûteuse et renouvelable, mais aussi de réduire la dureté totale et la chromaticité de l'eau brute. L'inconvénient est que son effet d'adsorption est général.
2.2.2 Bentonite modifiée
La bentonite est une substance contenant une structure de silicate, et la montmorillonite est son composant le plus important. La structure de la montmorillonite est une structure en couches composée d'octaèdres, ce qui lui confère de bonnes propriétés de gonflement, d'adsorption et d'échange d'ions. La bentonite modifiée a une bonne capacité d'élimination des fluorures, son prix est relativement bas et la source de matériaux est large. L'inconvénient est que son effet d'adsorption est général.
2.2.3 Diatomées modifiées
Le principal composant de la diatomite est le SiO2. Les caractéristiques de la diatomite sont sa structure microporeuse, sa porosité élevée, sa grande surface comparative et sa capacité d'adsorption. La modification de la diatomite peut augmenter sa surface spécifique, réduire sa densité apparente et permettre aux métaux alcalins ou alcalino-terreux de se lier à la surface de la diatomite, ce qui peut adsorber plus efficacement les ions de fluorure et améliorer le taux d'élimination du fluor. La diatomite modifiée est un bon purificateur pour la défluorisation des eaux usées. Elle est très stable dans le traitement des eaux usées, présente une pollution secondaire limitée, a de bonnes capacités de recyclage et de réutilisation, et son prix est relativement bas, ce qui la rend largement utilisée dans l'élimination réelle des eaux usées.
3. Conclusion
Actuellement, la précipitation et l'adsorption sont les principales méthodes de traitement des eaux usées contenant du fluorure. Parmi ces méthodes, la précipitation peut être divisée en précipitation chimique et précipitation par coagulation. La précipitation chimique est largement utilisée dans le traitement des eaux usées industrielles, avec les avantages d'une méthode simple, d'un faible coût et d'un bon effet ; tandis que la précipitation par coagulation est principalement utilisée dans le traitement des eaux usées contenant des fluorures à faible concentration, avec les avantages d'une faible quantité de médicaments nécessaires et d'un grand volume de traitement, et elle peut répondre à la norme de rejet après un seul traitement. Par conséquent, la précipitation chimique est généralement utilisée pour réduire la concentration de fluorure dans les eaux usées à forte teneur en fluorure, puis la précipitation par coagulation est utilisée pour les traiter à nouveau afin de respecter la norme de rejet. L'adsorption convient au traitement en profondeur des eaux usées contenant des fluorures, dont l'affluent est peu important et la concentration faible.
