bbk 000000

УДК 628.169.7

Матюшенко А. И., Приймак Л. В.

Утилизация фторсодержащего осадка при кондиционировании подземных вод

Аннотация

Приведены результаты исследований по обработке гидроокисного фторсодержащего осадка с целью выделения фтора в виде нерастворимого соединения и регенерации восстановленного реагента в форме алюмината натрия. Эколого-экономическая оценка утилизации фторсодержащего осадка с учетом снижения затрат на аренду земли под шламовые площадки и платы за размещение осадка показала высокую эффективность предлагаемой технологической схемы.

Ключевые слова

фторсодержащий осадок , кондиционирование подземных вод , алюминат натрия

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

При реагентном обесфторивании подземных вод образуется гидроокисный фторсодержащий осадок в количестве до 10–15% объема обрабатываемой воды. Традиционная технологическая схема предусматривает накопление осадка в шламоуплотнителях и его дальнейшее размещение на шламовых полях [1]. Поскольку фтор является веществом первого класса опасности [2], хранение фторсодержащего осадка создает угрозу загрязнения почвы и подземных вод.

С целью снижения объема фторсодержащего осадка при кондиционировании подземных вод были проведены исследования. Фторсодержащий осадок подвергался растворению гидроокисью натрия, затем обрабатывался растворами хлорида кальция и гидроксида кальция с возможностью выделения из осадка фторида кальция и раствора алюмината натрия [3].

Первая серия экспериментов проводилась на осадке, полученном после реагентной обработки сульфатом алюминия модельной воды, приготовленной с добавлением фторида натрия. Алюмосодержащий реагент вводился в виде раствора, содержащего Al³⁺ в количестве 5 мг/мл. Для установления количественных соотношений вводимых реагентов в растворе определялась концентрация ионов фтора и алюминия. Обработка растворами, содержащими ионы кальция, производилась дозами реагентов по иону кальция: 1; 2; 3; 5; 7; 8 на одну часть фтора (табл. 1). Обработанный осадок отстаивался в цилиндрах объемом 500 мл. Визуально наблюдаемое осаждение фторида кальция сопровождалось снижением содержания фтора в осветленной воде, что фиксировалось показаниями потенциометра. На основании ионного баланса определялась доля выделенного осадка (фторида кальция).

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что для выделения осадка в виде фторида кальция требуется значительный расход реагентов, содержащих кальций. При использовании гидроксида кальция максимальная эффективность выделения фторида кальция составляет 48%, при использовании хлорида кальция – до 69%, при этом образуется устойчивая суспензия, которая не осветляется при гравитационном отстаивании. Полученный раствор не может повторно использоваться в качестве реагента, так как минимальная концентрация остаточного фтора в нем составляет 32 мг/л. Применение флокулянтов не привело к разрушению мелкодисперсного осадка фторида кальция и улучшению его седиментационных свойств.

Сложность выделения фторида кальция из раствора, содержащего алюминат натрия, обусловлена образованием алюмофторидных комплексов, которые не подвергаются разрушению при обработке кальцийсодержащими реагентами.

Для выяснения степени разрушения гидроксофторалюминатов была проведена серия экспериментов по растворению осадка гидроксидом натрия. В осадке, полученном после реагентной обработки сульфатом алюминия модельной воды, содержащей ионы фтора, определялось весовое содержание Al³⁺ и F^–. Обработка осадка гидроксидом натрия (в виде 5-процентного раствора) проводилась в цилиндрах объемом 500 мл дозами 1; 2; 3; 4; 8 NaOH моль/моль Al.

Растворение гидроокисного фторсодержащего осадка привело к выделению вторичного осадка в объеме 1–2% от исходного количества. Полученный вторичный осадок визуально представляет собой плотный материал минерализованной структуры. Результаты термического и рентгенофазового анализов образца вторичного осадка подтверждают, что в его состав входят соединения фторидов NaF и NaAlF₆ (рис. 1).

В образовавшемся растворе определялось содержание ионов алюминия титриметрическим методом и содержание ионов фтора потенциометрическим методом (табл. 2). Полученные данные по обработке гидроокисного фторсодержащего осадка щелочью NaOH дозой 3 моль/моль Al свидетельствуют о том, что образуется вторичный осадок объемом 1–2% от исходного количества, содержащий фтор в связанном состоянии, а также раствор алюмината натрия (до 76%) без существенного выделения из осадка ионов фтора.

По результатам проведенных исследований разработана технология утилизации фторсодержащего осадка с регенерацией реагента (рис. 2).

При складировании и хранении осадка, содержащего соединения фторидов NaF и NaAlF₆, необходимо соблюдение экологической и санитарной безопасности (в случае его высыхания), поскольку эти вещества являются токсичными при ингаляции. ПДК фторида натрия в воздухе рабочей зоны составляет 0,2 мг/м³. Осадок пожаро- и взрывобезопасен и может быть использован в качестве вторичного сырья для производства стекла, эмалей, абразивов и др.

Полученный алюминат натрия рекомендуется использовать повторно в качестве коагулянта в технологии обесфторивания воды. В процессе осветления требуется подщелачивание обработанной воды до рН ~ 6,5–6,8. Одновременное применение кислотного и щелочного (регенерированного) реагентов позволяет корректировать рН без дополнительного введения подщелачивающих веществ, при этом не повышается солесодержание воды. В получаемом растворе алюмината натрия концентрация алюминия составила 150 мг/л, фторид-ионов – 0,2 мг/л, рН 9. Частичный возврат фторидов с рекуперированным реагентом в обрабатываемую воду не влияет на глубину извлечения фтора.

Эколого-экономическая оценка эффективности утилизации фторсодержащего осадка с учетом снижения стоимости затрат на аренду земли под шламовые площадки и платы за размещение осадка [4] проведена для станции обесфторивания воды производительностью 3000 м³/сут (исходная концентрация фтора 5–9 мг/л). Рассматривались два варианта: 1 – традиционная схема с размещением осадка на шламовых полях; 2 – предлагаемая схема с выделением фтора в виде нерастворимого соединения и регенерацией раствора алюмината натрия. Технико-экономические показатели двух вариантов приведены в табл. 3.

Выводы

В традиционной технологии реагентного обесфторивания воды количество образующегося фторсодержащего осадка достигает 10–15% объема обрабатываемой воды. Предлагаемая схема обработки фторсодержащего осадка гидроокисью натрия позволяет снизить его объем до 1–2% без разрушения алюмофторидных комплексов и выделить раствор алюмината натрия. Использование восстановленного коагулянта в виде алюмината натрия сокращает расход алюмосодержащего реагента до 70–80%. Образующийся минерализованный осадок (криолит) может быть использован в качестве вторичного сырья. Экономическая эффективность предлагаемой схемы утилизации фторсодержащего осадка для станции обесфторивания воды производительностью 3000 м³/сут составит до 600 тыс. руб/год.

Список цитируемой литературы

1. Приймак Л. В. Методы обесфторивания подземных вод для хозяйственно-питьевого обеспечения / Социальные-экологические проблемы природопользования в Центральной Сибири: Материалы Всерос. науч.-произв. конф. с междунар. участием. – Красноярск, 2006.
2. CанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы.
3. Стафейчук Л. В., Пазенко Т. Я., Приймак Л. В. Кондиционирование фторсодержащего осадка / Проблемы отходов производства и потребления. Пути их решения в городе Красноярске. – Красноярск, 2000.
4. Постановление Правительства РФ от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, за сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, за размещение отходов производства и потребления» (с изменениями на 1 июля 2005 г.).