Parliamo di come viene effettuata la rimozione del fluoro dalle acque reflue e dei modi per migliorarne l’efficienza.

Le acque reflue provenienti da imprese chimiche, metallurgiche e di altro tipo che contengono composti del fluoro sono classificate come dannose. La rimozione del fluoro da questo tipo di acque reflue è associata a difficoltà e richiede costi considerevoli e agenti chimici costosi. È particolarmente difficile rimuovere piccole concentrazioni di fluoro dalle acque reflue. Queste difficoltà sono associate alle proprietà chimiche dei composti del fluoro.

Rimozione del fluoro dalle acque reflue: metodi principali

Per la rimozione del fluoro dalle acque reflue vengono generalmente utilizzati due approcci:

• metodo chimico (aggiunta di vari agenti chimici);
• metodo di assorbimento.

Il trattamento delle acque reflue con metodo chimico utilizza i seguenti agenti chimici: calce, calcio, magnesio e sali di piombo, cloruro di alluminio basico, ecc.

L’uso dei sali di calcio come agenti chimici presenta vantaggi rispetto ad altri sali, perché si formano precipitati ben coagulabili. Il prodotto di neutralizzazione (fluoruro di calcio) può essere utilizzato come prodotto commerciale ed è relativamente poco solubile (la sua solubilità in acqua è di circa 15,6 mg/dm3). Il precipitante più efficace degli ioni fluoro è la calce industriale, nella quale il contenuto di ossido di calcio attivo è di grande importanza.

Altri precipitanti chimici del fluoro ne fanno rimanere una discreta quantità nelle acque reflue trattate anche quando vengono utilizzati in notevole eccesso. In generale, la rimozione completa del fluoro dalle acque reflue non è fattibile basandosi solo sulla reazione chimica di precipitazione.

Il metodo di assorbimento del trattamento delle acque reflue prevede l’uso delle proprietà assorbenti degli assorbenti. Tuttavia, meno composti solubili si formano nell’interfaccia “solido-liquido”, più completo è l’assorbimento degli ioni. Pertanto, l’elevata solubilità dei sali di fluoro “poco solubili” ne preclude la completa rimozione anche sotto questo aspetto.

La calce e il gesso vengono utilizzati principalmente nelle aziende come agenti chimici per la neutralizzazione e la rimozione del fluoro dalle acque reflue. Inoltre, a seguito di trasformazioni chimiche, precipitano i composti “difficilmente solubili” e “insolubili” CaF2, CaHPO4, CaSO4, Ca3(PO4)2, SIO2.

La neutralizzazione e la rimozione del fluoro dalle acque reflue vengono eseguite come segue. Il latte di calce con un contenuto di CaO attivo compreso tra 1 e 3% viene preparato nello spegnitore di calce e immesso nel reattore dove viene effettuata la rimozione preliminare del fluoro dagli effluenti in entrata. Gli effluenti parzialmente defluorurati con pH 10–13 entrano nel serbatoio intermedio e poi confluiscono per gravità nei reattori collegati tra loro in cascata dove viene effettuata un’ulteriore defluorurazione degli effluenti. Gli effluenti neutralizzati e defluorurati entrano nel chiarificatore dove precipitano. Il contenuto residuo di fluoro nelle acque reflue decontaminate è 50–60 mg/dm3, il livello di pH è 8–12 e il contenuto di calcio è 2.500–6.000 mg/dm3. Il tempo di decontaminazione nei reattori è di 30 minuti. Quando si utilizza il gesso come agente chimico, il contenuto residuo di fluoro nell’acqua è da 1,5 a 3 volte e quello degli ioni fosfato è da 10 a 20 volte superiore rispetto all’utilizzo di latte di calce. Tale efficienza di trattamento non consente lo scarico degli effluenti defluorurati in fonti di approvvigionamento idrico, poiché la concentrazione massima consentita di fluoro non deve superare 1,5 mg/dm3.

Prospettive di applicazione di dispositivi a strato di vortice per la defluorurazione delle acque reflue

L’effetto positivo dei processi nella camera operatoria diun dispositivo a strati di vortice è noto da molto tempo. Va ricordato che un dispositivo a strato di vortice è un dispositivo costituito da un induttore di campo elettromagnetico rotante, una camera operativa in materiale non magnetico e particelle ferromagnetiche a forma di ago. Dopo aver applicato la tensione all’avvolgimento dell’induttore, nella camera operativa si forma un campo elettromagnetico rotante che mette in movimento le particelle ferromagnetiche. Le particelle collidono costantemente tra loro e con le pareti della camera operativa; si muovono quindi lungo traiettorie complesse, e se consideriamo un insieme di traiettorie di movimento per ciascuna particella, si forma il cosiddetto strato di vortice.

Quando si alimentano le acque reflue con agenti chimici nella camera operativa del dispositivo, si verificano una serie di processi e fenomeni che hanno un effetto favorevole sul processo di trattamento. Questi includono:

• campo elettromagnetico (miscelazione dell’acqua con agenti chimici);
• elettrolisi dell’acqua;
• magnetostrizione delle particelle ferromagnetiche;
• vibrazioni acustiche;
• cavitazione;
• alte pressioni locali, ecc.

Tuttavia, la conferma dell’ipotesi dell’effetto favorevole di questi fattori sul processo di rimozione del fluoro e dei suoi composti dalle acque reflue richiede prove sperimentali.

Figura 1 – Rimozione del fluoro dalle acque reflue in Cina. Complesso di trattamento mobile GlobeCore con un dispositivo a strato di vortice

Risultati dell’esperimento

La rimozione del fluoro dalle acque reflue in un ambiente industriale è stata effettuata in un’unità pilota in cui le acque reflue in uscita dalle officine di produzione entravano nel serbatoio di bilanciamento e il latte di calce preparato nello spegnitore di calce entrava nel serbatoio di alimentazione.

L’acqua di scarico media veniva continuamente pompata dal serbatoio di bilanciamento nel dispositivo a strato di vortice dove veniva fornito anche il latte di calce dal serbatoio di alimentazione mediante una pompa dosatrice. In Dispositivo AVS, sono stati intensamente miscelati, dispersi e sottoposti a trattamento elettromagnetico e da lì sono stati immessi in un serbatoio di chiarificazione. Il consumo di acque reflue e latte di calce è stato monitorato mediante flussometri e il livello di pH delle acque reflue mediante pHmetri. Nel corso degli studi sono state determinate l’efficienza e le condizioni ottimali per il trattamento delle acque reflue. I risultati degli studi sono mostrati nella Tabella 1.

Influenza del trattamento in un dispositivo a strati di vortice sull’efficienza del trattamento delle acque reflue

Gli studi condotti per esplorare la decontaminazione e la defluorurazione delle acque reflue nel dispositivo a strato di vortice hanno dimostrato che questi dispositivi sono apparecchiature più efficienti rispetto alle apparecchiature utilizzate in molte imprese industriali.

La defluorurazione e la conversione dei fosfati in composti insolubili in acqua vengono effettuate in un’unica fase. Il contenuto di fluoro nelle acque reflue trattate in condizioni ottimali (pH = 10–11) non supera 1,5 mg/dm3; non sono contenuti fosfati. La durata del trattamento delle acque reflue nel dispositivo è di soli 1–3 secondi. È ragionevole utilizzare la calce come agente chimico con il consumo del 5–10% di CaO in eccesso rispetto a quello teoricamente necessario. L’uso dell’AVS nei processi di defluorizzazione delle acque reflue consentirà di ridurre gli agenti chimici e il consumo di elettricità, di diminuire lo spazio produttivo e di migliorare la qualità del trattamento delle acque reflue.