Очистка сточных вод от фторид-ионов зольными остатками сжигания отходов производства и потребления

Фторид-ионы являются специфическими загрязняющими веществами, поступающими в поверхностные воды от шахтных, рудничных и промышленных сточных вод предприятий по переработке апатитового сырья и апатит-нефелиновой руды. Дана оценка современным способам дефторирования сточных вод. Определен состав и содержание активного СаО зольных остатков от сжигания отходов древесины, пластика и смеси древесины, пластика и резины. Проведены эксперименты по подбору дозировки зольных остатков и времени контакта с модельным раствором, которые позволят достичь наименьших остаточных концентраций фторидов в воде. Доказана возможность применения зольных остатков в качестве реагента-осадителя фторидов с достижением эффективности очистки воды 96–99%. В ходе опытов установлено, что зольные остатки применимы для очистки вод различной кислотности, при этом на эффективность удаления фторид-иона из воды также влияет содержание органического недожога. Эксперименты показали, что при использовании зольных остатков древесины происходит полное связывание фторид-иона в нерастворимый осадок, при воздействии воды вымывание отсутствует. Для осадка после очистки зольными остатками от сжигания пластика и смеси древесины, пластика и резины процент вымываемости фторид-иона составляет 5–10% от общего содержания в осадках. Использование отходов в цикле очистки промышленных вод может иметь комплексный экологический результат: снижение негативного воздействия на окружающую среду при размещении зольных остатков сжигания отходов производства и потребления, а также уменьшение количества загрязняющих веществ, поступающих в природные водные объекты при сбросе сточных вод предприятий.

Харько П. А. Очистка сточных вод от фторид-ионов зольными остатками сжигания отходов производства и потребления // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 9. – С. 101–116. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_9_0_101.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FSRW-2024-0005).

Харько Полина Александровна — канд. техн. наук, научный сотрудник, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, e-mail: kharko_pa@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-4508-3933.

1. Данилов А. С., Лозовая А. С. Критериально-оценочный инструментарий для инвентаризации объектов накопленного вреда окружающей среде // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 3. — С. 861—872. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-3-861-872.

2. Пашкевич М. А., Дука А. А. Оценка экологического состояния почвенно-растительного покрова, загрязненного угольной пылью // Горный журнал. — 2023. — № 9. — С. 68—74. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.10.

3. Kirsanova N. Y., Nevskaya M. A., Raikhlin S. M. Sustainable development of mining regions in the Arctic Zone of the Russian Federation // Sustainability (Switzerland). 2024, vol. 16, no. 5, article 2060. DOI: 10.3390/su16052060.

4. Матвеева В. А., Бек Дж., Данилов А. С. Перспективы использования метода альголизации в очистке карьерных вод северных горнопромышленных агломераций от азотного загрязнения // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 134—142. DOI: 10. 21177/1998-4502-2023-15-1-134-142.

5. Yakovlev E., Druzhinina A., Drzhinin S., Zykov S., Ivanchenko N. Assessment of physical and chemical properties, health risk of trace metals and quality indices of surface waters of the rivers and lakes of the Kola Peninsula (Murmansk Region, North—West Russia) // Environmental Geochemistry and Health. 2022, vol. 44, pp. 2465—2494. DOI: 10.1007/s10653-021-01027-5.

6. Chanturia V. A., Nikolaev A. I., Aleksandrova T. N. Innovative environmentally safe processes for the extraction of rare and rare-earth elements from complex ores of perplexed material composition // Geology of Ore Deposits. 2023, vol. 65, pp. 425—437. DOI: 10.1134/S1075701523050045.

7. Горячев A. A., Красавцева Е. А., Лащук В. В., Икконен П. В., Смирнов А. А., Максимова В. В., Макаров Д. В. Оценка экологической опасности и возможности переработки хвостов обогащения лопаритовых руд // Экология и промышленность России. — 2020. — Т. 24. — № 12. — С. 46—51. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-12-46-51.

8. Joshi A. N. A review of processes for separation and utilization of fluorine from phosphoric acid and phosphate fertilizers // Chemical Papers. 2022, vol. 76, pp. 6033—6045. DOI: 10.1007/s11696022-02323-9.

9. Devasthali O. S., Shah A. J., Jadhav S. V. Fluoride removal from water using filtration and chemical precipitation / Advanced Treatment Technologies for Fluoride Removal in Water. Springer, 2023, pp. 181—196. DOI: 10.1007/978-3-031-38845-3_10.

10. Samadi M. T., Zarrabi M., Sepehr M. N., Ramhormozi S. M., Azizian S., Amrane A. Removal of fluoride ions by ion exchange resin: kinetic and equilibrium studies // Environmental Engineering and Management Journal. 2014, vol. 13, no. 1, pp. 205—214. http://omicron.ch.tuiasi.ro/EEMJ/.

11. Demirkalpa G., Alamuta S., Arar O., Yuksel U., Yuksel M. Removal of Fluoride from water by Al(III)-loaded and Al(OH)3-coated chelating resin // Desalination and Water Treatment. 2016, vol. 57, no. 34, pp. 15910—15919. DOI: 10.1080/19443994.2015.1074117.

12. Viswanathan N., Meenakshi S. Role of metal ion incorporation in ion exchange resin on the selectivity of fluoride // Journal of Hazardous Materials. 2009, vol. 162, pp. 920—930. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2008.05.118.

13. Пономарева М. А., Черемисина О. В., Машукова Ю. А., Лукьянцева Е. С. Повышение эффективности извлечения редкоземельных металлов из технологических растворов при переработке апатитового сырья // Записки Горного института. — 2021. — Т. 252(6). — С. 1—10. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.13.

14. Тюменцева М. В. Очистка воды от фторид-иона // E-Scio. — 2023. — № 2 (77). — С. 1—16.

15. El Diwani G., Amin Sh. K., Attia N. K., Hawash S. I. Fluoride pollutants removal from industrial wastewater // Bulletin of the National Research Centre. 2022, vol. 46, article 143. DOI: 10.1186/ s42269-022-00833-w.

16. Красавцева Е. А. Очистка сточных вод ООО «Ловозерский ГОК» от ионов фтора методом химической коагуляции // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. — 2020. — № 17. — С. 297—301.

17. Зубкова О. С., Алексеева А. И., Залилова М. М. Исследования совместного применения углеродсодержащих и алюминийсодержащих соединений для очистки сточных вод // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. — 2020. — Т. 63 (4). — С. 86—91. DOI: 10.6060/ivkkt.20206304.613.

18. Беликов М. Л., Локшин Э. П. Эффективные и доступные способы очистки различных вод от фторсодержащих неорганических примесей // Цветные металлы. — 2020. — № 3. — С. 79—85. DOI: 10.17580/tsm.2020.03.12.

19. Zhang J., Brutus T. E., Cheng J., Meng X. Fluoride removal by Al, Ti, and Fe hydroxides and coexisting ion effect // Journal of Environmental Sciences. 2017, vol. 57, pp. 190—195. DOI: 10.1016/j.jes.2017.03.015.

20. Gan Y., Jingbiao L., Li Zh,, Wu B., Wenguang H., Li H.-J., Zhang Sh. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives // Chemical Engineering Journal. 2021, vol. 406, article 126837. DOI: 10.1016/j.cej.2020.126837.

21. Thomas M., Bąk J., Królikowska J. Efficiency of titanium salts as alternative coagulants in water and wastewater treatment: Short review // Desalination and Water Treatment. 2020, vol. 208, pp. 261—272. DOI: 10.5004/dwt.2020.26689.

22. Свергузова С. В., Сапронова Ж. А., Зубкова О. С., Святченко А. В., Шайхиева К. И., Воронина Ю. С. Пыль электросталеплавильного производства как сырье для получения коагулянта // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 279—288. DOI: 10.31897/PMI.2023.23.

23. Матвеева В. А., Чукаева М. А., Семёнова А. И. Получение смешанного коагулянта из отходов обогащения железной руды // Записки Горного института. — 2024. — Т. 267. — С. 433—443.

24. Sahu J. N., Kapelyushin Y., Mishra D. P., Grosh P., Sahoo B. K., Trofimov E., Meikap B. C. Utilization of ferrous slags as coagulants, filters, adsorbents, eutralizers/stabilizers, catalysts, additives, and bed materials for water and wastewater treatment: A review // Chemosphere. 2023, vol. 325. article 138201. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.138201.

25. Aoudj S., Drouiche N., Hecini M., Ouslimane T., Palahouane B. Coagulation as a post-treatment method for the defluoridation of photovoltaic cell manufacturing wastewater // Procedia Engineering. 2012, vol. 33, pp. 111—120. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.01.1183.

26. Ахмедова Г. Р., Ногаева К. А., Нуркеев С. С. Способы и технологии обесфторивания воды // Наука и новые технологии. — 2012. — № 2. — С. 110—113.

27. Sabadash V., Liuta O., Gumnitsky J. Investigation of the process of fluoride ions adsorption by natural sorbents // Environmental Problems. 2021, vol. 6, no. 3, pp. 181—187. DOI: 10.23939/ep2021. 03.181.

28. Vuković J., Obrenovic M., Smiljanic S. Application of fly ash for flouride adsorption // Zastita Materijala. 2022, vol. 63, no. 4, pp. 395—403. DOI: 10.5937/zasmat2204395V.

29. Geethamani C. K., Ramesh S. T., Gandhimathi R., Nidheesh P. V. Alkali-treated fly ash for the removal of fluoride from aqueous solutions // Desalination and Water Treatment. 2013, vol. 52 (19—21), pp. 3466—3476. DOI: 10.1080/19443994.2013.800825.

30. Ye C., Yan B., Ji X., Liao B., Gong R., Pei X., Liu G. Adsorption of fluoride from aqueous solution by fly ash cenospheres modified with paper mill lime mud: Experimental and modeling // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019, vol. 180, pp. 366—373. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.04.086.

31. Ranasinghe R. A. J. C., Hansima M. A. C. K., Nanayakkara K. G. N. Adsorptive removal of fluoride from water by chemically modified coal fly ash: Synthesis, characterization, kinetics, and mechanisms // Groundwater for Sustainable Development. 2022, vol. 16, article 100699. DOI: 10.1016/j. gsd.2021.100699.

32. Liu Y., Kumar D., Lim K. H., Lai Y. L., Hu Z., Ambikakumari Sanalkumar K. U., Yang E-H. Efficient utilization of municipal solid waste incinerator bottom ash for autoclaved aerated concrete formulation // Journal of Building Engineering. 2023, vol. 71, article 106463. DOI: 10.1016/j. jobe.2023.106463.

33. Blasenbauer D., Huber F., Mühl J., Fellner J., Lederer J. Comparing the quantity and quality of glass, metals, and minerals present in waste incineration bottom ashes from a fluidized bed and a grate incinerator // Waste Management. 2023, vol. 161, pp. 142—155. DOI: 10.1016/j.wasman.2023.02.021.

34. Borgohain X., Boruah A., Sarma G. K., Rashid H. Rapid and extremely high adsorption performance of porous MgO nanostructures for fluoride removal from water // Journal of Molecular Liquids. 2020, vol. 305, article 112799. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.112799.