Фторсодержащие сточные воды образуются во многих промышленных процессах, таких как выплавка цветных и редких металлов, травление нержавеющей стали, производство пестицидов, электролитическое рафинирование алюминия и т.д. в традиционных отраслях промышленности, а также органический химический синтез, электронная промышленность и атомная энергетика в современной химической промышленности. Согласно "Комплексному стандарту сброса сточных вод", стандарт первого уровня требует, чтобы концентрация фтора в сточных водах не превышала 10 мг. Из существующих методов очистки фторсодержащих сточных вод наиболее широко используются метод осаждения и метод адсорбции.
1. Метод осаждения
1.1 Метод химического осаждения Принцип метода химического осаждения для очистки фторсодержащих сточных вод заключается в отделении фтора от воды путем добавления осадка, способного вступать в химическую реакцию с фторид-ионами в сточных водах и образовывать нерастворимые в воде осадки. В качестве осадителей в химическом методе осаждения обычно используются известь, карбидный шлак и хлорид кальция.
1.1.1 Метод осаждения извести
Метод осаждения извести является важным методом очистки сточных вод с высокой концентрацией фторидов. Ионы кальция, образующиеся после растворения известняка, могут реагировать с ионами фтора в воде, образуя нерастворимый в воде фторид кальция, тем самым удаляя фтор из воды.
1.1.2 Метод осаждения карбидного шлака При производстве полиэтилена методом карбида кальция образуется отработанный шлак. Этот отработанный шлак образуется в результате реакции карбида кальция и воды. Он не только дешев, но и легкодоступен. Именно благодаря этой особенности метод осаждения шлака карбидом кальция широко используется в реальной обработке фторсодержащей воды.
1.1.3 Метод с использованием хлорида кальция
Принцип метода хлорида кальция аналогичен методу осаждения извести, но хлорид кальция обладает высокой растворимостью и может добавляться в сточные воды в состоянии раствора для более полной реакции с фторид-ионами в воде. Преимуществами этого метода являются меньшее количество твердого шлака, меньшее количество пыли при дозировании, а также простота и удобство эксплуатации. Его недостаток заключается в том, что он дороже гидроксида кальция, и его стоимость выше при обработке сточных вод с высокой концентрацией фтора.
1.2 Метод коагуляционного осаждения
Метод коагуляционного осаждения - это метод удаления фтора из воды путем добавления веществ, обладающих способностью к коагуляции или способных осаждаться с фтором, в фторсодержащие сточные воды, так что фтор в сточных водах образует большое количество коллоидов и нерастворимых веществ, а затем фтор удаляется из водного объекта путем осаждения и отделения грязи от воды.
По сравнению с химическим методом осаждения, метод коагуляционного осаждения не только требует меньшей дозировки препаратов, но и имеет больший объем обработки. После одной обработки концентрация фтора может составлять менее 10 мг.
Недостатком является то, что при очистке высококонцентрированных фторсодержащих сточных вод стоимость очистки относительно высока, поскольку необходимо использовать большое количество коагулянта.
Поэтому метод химического осаждения и метод коагуляционного отстаивания обычно используются в комбинации. Концентрация фтора в сточных водах сначала снижается с помощью химического осаждения, а затем добавляется коагулянт для осаждения и адсорбции, чтобы сточные воды соответствовали нормам сброса.
1.2.1 Неорганические коагулянты
Неорганические коагулянты в основном включают соли алюминия и железа. Сульфоксид гидроксида, образующийся при гидролизе этих двух солей, может адсорбировать фторид-ионы. Кроме того, A13+ и Fe3+ могут вступать в реакцию с ионами фтора для достижения эффекта удаления ионов.
1.2.2 Органические коагулянты
Полиакриламид (ПАМ) - это водорастворимый полимер с очень хорошей флокуляцией. Существует три основных типа ПАМ, используемых в водоподготовке: неионный, анионный и катионный. Соответствующий тип ПАМ-агента выбирается в зависимости от рН сточных вод. Помимо ПАМ, очень хорошим эффектом удаления фтора обладают хитозан, хитозан, модифицированный акриламидом, лигнин и т. д.
2. Метод адсорбции
Метод адсорбции использует пористые твердые адсорбенты для адсорбции фторид-ионов на их поверхности за счет молекулярного притяжения или силы химической связи, а затем десорбируется путем добавления соответствующих растворителей, нагревания и т.д., чтобы достичь разделения и обогащения. Адсорбенты в основном включают искусственные синтетические и природные адсорбенты.
2.1 Искусственные синтетические адсорбенты
Искусственные синтетические адсорбенты в основном включают активированный глинозем, активированный оксид магния, ионообменные смолы и активированный уголь.
2.1.1 Активированный глинозем
Это белый гранулированный пористый адсорбент с большой удельной поверхностью. Его применение для дефторирования сточных вод имеет такие преимущества, как относительно низкая цена, хороший эффект и простота эксплуатации. Он может адсорбировать анионы, если pH воды меньше 9,5. Если рН воды больше 9,5, он будет адсорбировать катионы. Поэтому он адсорбирует анионы в кислых растворах и обладает сильной селективностью к фторид-ионам.
2.1.2 Активированный оксид магния
Активированный оксид магния обладает хорошим эффектом дефторирования при условии pH=5~8. Адсорбционная емкость активированного оксида магния может достигать 14 мг/г, а после десорбционной обработки его емкость может достигать около 6 мг/г. Эффект дефторирования и стоимость также ниже, чем у простого метода с активированным оксидом магния, но недостатком является относительно долгий цикл обработки и более сложная регенерация.
2.1.3 Активированный уголь
Активированный уголь изготавливается из углерода как сырья, проходит высокотемпературную карбонизацию и активацию. Он имеет большое количество микропор и большую удельную поверхность. Модификация активированного угля может улучшить его способность к дефторированию. Преимуществами дефторирования с помощью активированного угля являются короткое время адсорбции, низкая стоимость, высокая эффективность, легкая регенерация и отсутствие влияния на качество воды. Недостатком является то, что на него сильно влияет pH.
2.1.4 Ионообменная смола
Ионообменная смола - это нерастворимое полимерное соединение с ионообменными активными функциональными группами и сетевой структурой. Модифицируя ее для загрузки ионов металлов, можно улучшить адсорбционную способность смолы. Применение ионообменной смолы имеет такие преимущества, как большая производительность, сильная способность к регенерации, большая адсорбционная емкость и хорошая экономичность, но недостатком является то, что условия хранения, необходимые для ионообменной смолы, относительно строги, а единовременные инвестиции велики.
2.2 Модификация природных адсорбентов
2.2.1 Модифицированный цеолит
Цеолит - это общий термин для обозначения минералов цеолитов. По своей сути он является разновидностью минерала силиката алюминия, содержащего воду щелочного металла или щелочноземельного металла. Модификация цеолита может эффективно улучшить его адсорбционную способность. Применение модифицированного цеолита для очистки фторсодержащих сточных вод не только имеет преимущества низкой стоимости и возобновляемости, но и позволяет снизить общую жесткость и цветность исходной воды. Недостатком является то, что его адсорбционный эффект является общим.
2.2.2 Модифицированный бентонит
Бентонит - это вещество с силикатной структурой, важнейшим компонентом которого является монтмориллонит. Структура монтмориллонита представляет собой слоистую структуру, состоящую из октаэдров, благодаря чему он обладает хорошими набухающими, адсорбционными и ионообменными свойствами. Модифицированный бентонит обладает хорошей эффективностью удаления фтора, его цена относительно низкая, а источник материала широк. Недостатком является то, что его адсорбционный эффект является общим.
2.2.3 Модифицированный диатомит
Основным компонентом диатомита является SiO2. Характеристики диатомита заключаются в том, что он имеет микропористую структуру, высокую пористость, большую сравнительную площадь и адсорбционную способность. Модификация диатомита может дополнительно увеличить его удельную поверхность, уменьшить насыпную плотность и позволить щелочным металлам или щелочноземельным металлам связываться с поверхностью диатомита, что может более эффективно адсорбировать фторид-ионы и улучшить скорость удаления фтора. Модифицированный диатомит является хорошим очистителем сточных вод от фтора. Он очень стабилен при очистке сточных вод, имеет ограниченное вторичное загрязнение, обладает хорошими возможностями рециркуляции и повторного использования, а также относительно низкой ценой, что позволяет широко использовать его в реальной очистке сточных вод.
3. Заключение
В настоящее время основными методами очистки фторсодержащих сточных вод являются осаждение и адсорбция. Среди них осаждение можно разделить на химическое осаждение и коагуляционное осаждение. Химическое осаждение широко используется для очистки промышленных сточных вод, его преимущества - простой метод, низкая стоимость и хороший эффект; коагуляционное осаждение в основном используется для очистки фторсодержащих сточных вод с низкой концентрацией, его преимущества - небольшое количество необходимых препаратов, большой объем очистки, и оно может соответствовать стандарту сброса после одной обработки. Поэтому химическое осаждение обычно используется для снижения концентрации фтора в сточных водах с высоким содержанием фтора, а затем коагуляционное осаждение используется для повторной обработки, чтобы соответствовать стандарту сброса. Адсорбция подходит для глубокой очистки фторсодержащих сточных вод с небольшим объемом поступления и низкой концентрацией.
