La natura dello strato di vortice utilizzato per il trattamento delle acque reflue contenenti cromo esavalente e altri metalli pesanti consente di ridurre radicalmente il consumo di reagenti, ottiene una purificazione più completa e rende il processo continuo.

Elementi ferromagnetici nella zona attiva di il dispositivo AVS, nel campo elettromagnetico, mescolare intensamente i reagenti che entrano nella zona attiva. L’urto e l’attrito provocano la polverizzazione a un grado di dispersione colloidale. Il metallo colloidale è un buon agente riducente. Contemporaneamente alla formazione del metallo colloidale nel processo di dispersione degli elementi ferromagnetici, l’elettrolisi dell’acqua nello strato a vortice genera idrogeno. Entrambi i fattori svolgono un ruolo significativo nella riduzione del cromo esavalente e di altri metalli pesanti nelle acque reflue. Questa capacità dello strato a vortice riduce significativamente il consumo di solfato ferrico per la riduzione del cromo esavalente e consente persino di ottenere una riduzione completa del cromo esavalente e di altri metalli nelle acque reflue grazie solo al metallo colloidale e all’idrogeno emesso.

La reazione di riduzione nell’AVS dura frazioni di secondo, rendendo possibile l’esecuzione continua del processo ad una velocità elevata.

La miscelazione intensiva dei reagenti e l’influenza dei campi elettromagnetici, nonché la dispersione dei composti portano ad una migliore dispersione degli idrossidi metallici rispetto ai dispositivi di miscelazione meccanici.

Curiosamente, l’aumento della dispersione dei sedimenti non ne rallenta la presa. Al contrario, la sedimentazione delle particelle in fase solida nell’AVS avviene 1,5 – 2 volte più velocemente che in un dispositivo di miscelazione meccanico. Ciò è dovuto all’intensa influenza magnetica sulla sospensione che modifica la tensione interfacciale sulla barriera tra il liquido e la particella solida.

Una proprietà più importante dello strato di vortice è il fatto che le proprietà fisiche e chimiche di una sostanza cambiano dopo la lavorazione, modificando in modo significativo l’attività chimica del prodotto.

L’utilizzo di un dispositivo di miscelazione meccanica comporta apparecchiature con un ingombro elevato e un investimento di capitale significativo. La durata del processo di purificazione ciclica in questo metodo va da 30 a 120 minuti.

L’utilizzo dell’AVS per la depurazione delle acque reflue dal cromo mediante riduzione chimica in ambiente alcalino con simultanea sedimentazione del cromo e di altri metalli sotto forma di idrossidi richiede solo recipienti per solfato ferroso e latte di calce con dispositivi di porzionamento, un dispositivo AVS e un filtro o un raccoglitore di fanghi.

I risultati del test del dispositivo a strato a vortice per la decontaminazione delle acque reflue contenenti cromo sono i seguenti.

Tabella 1

Risultati della decontaminazione delle acque reflue contenenti cromo nell’AVS

La concentrazione iniziale di Cr6+, mg/ds3	pH del processo	Consumo di solfato ferroso, % della quantità stechiometrica	Peso degli elementi ferromagnetici, g	Credito residuo6+ dopo purificazione, mg/dm3
100	2	100	150	0
		90		0
		80		0,56
100	4	90	150	0
		80		0,9
590	2	100	200	0
		90		0
		80		0,8
1000	2,5	100	200	0
		90		0,11
		80		1,1
200	7,5	100	150	0,012
200	9,0	100	150	0
		90		0,05
		80		0,98
750	7,5-8,5	90	200	0,1-0,01

Tavolo 2

Risultati della neutralizzazione e rimozione degli ioni di metalli pesanti in un’unità industriale con AVS

Concentrazione iniziale del metallo, mg/dm3	pH del processo	Consumo di Ca(OH)2, % della quantità stechiometrica	Peso degli elementi ferromagnetici, g	Contenuto residuo di metalli, mg/dm3
Fe2+; 3+= 130,0	7,5	90,0	200	Fe2+; 3+ – 0
Cu2+= 50,0				Cu2+ – 0,12
Zn2+= 45,0				Zn2+ – 0,063
Cd2+= 10,0				Cd2+ – 0,07
Cr3+= 120,0				Cr3+ – 0
Fe2+; 3+= 170,0	8,5	100,0	150	Fe2+; 3+ – 0
Cu2+= 40,0				Cu2+ – 0,018
Zn2+= 28,0				Zn2+ – 0
Cd2+= 5,5				Cd2+ – 0,011
Cr3+= 100,0				Cr3+ – 0
Fe2+; 3+= 250,0	8,7	100,0	200	Fe2+; 3+ – 0
Cu2+= 65,0				Cu2+ – vestigia
Zn2+= 35,0				Zn2+ – vestigia
Cd2+= 2505				Cd2+ – 0
Cr3+= 350,0				Cr3+ – 0

Contemporaneamente è stata eseguita la purificazione industriale mediante agitazione meccanica e aerazione con bolle. Il consumo di latte di calce nel processo è stato pari a 115-120% della quantità stechiometrica. La durata della miscelazione delle acque reflue con il reagente è stata di 15-20 minuti.

Le figure 1-3 mostrano le dipendenze comparative tra rimozione efficiente dei metalli pesanti e chiarificazione delle acque reflue in vasche di decantazione utilizzando AVS e miscelatori meccanici.

Fig. 1. Efficienza della depurazione delle acque reflue da metalli pesanti: 1 – reattore con agitatore meccanico (consumo di Ca(OH)2 – 115-120% della quantità stechiometrica); 2 – AVS (consumo di Ca(OH)2 –92% della quantità stechiometrica)

Fig. 2. Dipendenza da un’efficiente chiarificazione delle acque reflue nei serbatoi di decantazione dopo la formazione di idrossido metallico: 1 – reattore con agitatore meccanico; 2 – AVS

Fig. 3 Efficienza di riduzione del cromo esavalente: 1,2 – in reattore (aerazione a bolle) con concentrazione di cromo rispettivamente 50 e 100 mg/dm3; 3,4 – lo stesso in AVS

Per confrontare l’efficienza della rimozione del cromo dalle acque reflue in condizioni industriali, il cromo è stato ridotto in un normale processo di reagente in un reattore con aerazione a bolle, la durata del trattamento era di 15-25 minuti.

La Figura 3 mostra i dati comparativi di questo test.

I risultati dell’uso industriale dell’AVS in impianti di depurazione delle acque reflue contenenti cromo, sia in ambiente acido che alcalino, indicano che il processo basato sull’AVS offre migliori qualità di purificazione (al di sotto del livello massimo consentito di contaminazione) rimuovendo cromo e metalli pesanti (Fe, Ni, Zn, Cu, Cd), utilizzando il 90-100% di reagenti in quantità stechiometrica e una significativa semplificazione degli impianti di purificazione e del loro funzionamento, come confermato dai risultati della ricerca sperimentale e dall’efficienza dello strato di vortice di elementi ferromagnetici nell’AVS. Nel normale processo dei reagenti, il consumo di reagenti è: 115-120% dell’agente di precipitazione (Ca(OH)2, Già2CO3) e 150-175% di agente riducente (FeSO4).

Sulla base degli esperimenti e dei test industriali dell’AVS nel processo di depurazione delle acque reflue, sono stati offerti e implementati nuovi processi negli impianti di depurazione di vari siti industriali (Fig. 4, 5).

La figura 4 mostra lo schema del processo di depurazione simultanea di acque reflue contenenti cromo e acide/alcaline, in cui le acque reflue provenienti da due sezioni dell’impianto confluiscono alternativamente in due recipienti di miscelazione. Quando uno dei serbatoi è pieno e viene calcolata la media dell’acqua, viene aggiunto acido per portare il pH a 2-3, insieme ad un agente riducente (bisolfato di sodio). Dopo aver miscelato per 5-10 minuti, l’acqua scorre nell’AVS. Alcali (Na2CO3) viene aggiunto al flusso per portare рН a 7,5-9. Nell’AVS le acque reflue vengono trattate con i reagenti per alcuni secondi, completando la riduzione del Cr6+ al Cr3+ e formazione di Cr3+ e altri idrossidi di metalli pesanti. Un possibile agente riducente è il solfato ferroso (FeSO4).

Figura. 4 Schema di processo per la depurazione simultanea di acque reflue contenenti cromo e acidi/alcali: 1- serbatoio di miscelazione; 2 — serbatoio dell’agente riducente (soluzione FeSO4); 3 —Serbatoio preparazione soluzione Na2CO3; 4,7,11 — pompe; 5 — serbatoio dell’agente riducente; 6 — serbatoio di acido solforico; 8 — AVS; 9, 10 — vasca di decantazione; 12 — filtro del vuoto; 13 — porzionatura; 14 — flussometro; 15 – valvola di regolazione del consumo di reagente; 16 — campionamento; 17 — pHmetro

L’utilizzo di dispositivi a strato di vortice in questo processo migliora la purificazione al punto in cui la contaminazione è inferiore ai limiti massimi consentiti, riduce l’utilizzo dei reagenti di 1,5-2 volte, dimezza i costi energetici e riduce l’impronta dell’impianto di purificazione del 10-15%.

Nel diagramma di processo (Fig. 5) la purificazione in AVS avviene in tre flussi separati:

• Riduzione del Cr6+ al Cr3+ in cromo contenente acqua;
• Ossidazione dei cianuri in cianati nelle acque reflue contenenti ciano (pH 10-11, alcali e ossidante);
• Purificazione simultanea delle acque reflue dopo la miscelazione di acqua decontaminata contenente cromo e ciano con acqua alcalina/acida.

Per rimuovere i sali dai rifiuti purificati, vengono utilizzati un filtro a ghiaia e filtri a scambio cationico e anionico, da cui l’acqua va al serbatoio dell’acqua pulita e ritorna nel processo.

Questo metodo di depurazione delle acque reflue è il più economico e apre ampie possibilità di utilizzo in vari settori.