Skuteczność usuwania fluorków z roztworów wodnych metodami konwencjonalnymi i technikami membranowymi

Majewska-Nowak, K.; Grzegorzek, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Skuteczność usuwania fluorków z roztworów wodnych metodami konwencjonalnymi i technikami membranowymi

Autorzy

Majewska-Nowak K. , Grzegorzek M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Conventional and membrane techniques of fluoride removal from aqueous environment

Języki publikacji

Abstrakty

Zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych związkami fluoru jest problemem występującym w wielu regionach świata. Związki te mogą pochodzić zarówno ze źródeł antropogenicznych, jak i naturalnych. Niewielkie ilości fluorków działają korzystnie na rozwój kości i zębów, jednakże ich większe ilości w spożywanej wodzie wpływają szkodliwe na zdrowie człowieka. Zgodnie z wytycznymi WHO oraz polskimi przepisami, zawartość fluorków w wodzie przeznaczonej do spożycia nie może przekraczać 1,5 gF–/m3. Z tego powodu poszukuje się coraz skuteczniejszych i bardziej ekonomicznych metod defluoryzacji wody. Fluorki mogą być usunięte ze środowiska wodnego różnymi metodami fizyczno-chemicznymi, takimi jak adsorpcja, koagulacja, strącanie, wymiana jonowa, a także w procesach membranowych. W pracy omówiono przykłady procesów i technologii eliminacji flourków, z uwzględnieniem ich ograniczeń wpływających na skuteczność usuwania jonów fluorkowych z roztworów wodnych. Wykazano, że stopień usunięcia fluorków w różnych procesach technologicznych zależy przede wszystkim od takich czynników, jak pH roztworu, początkowa zawartość jonów F–, obecność jonów współtowarzyszących, rodzaj adsorbentu czy też właściwości membrany. Wyniki badań wskazują, że realizacja procesu defluoryzacji wody w optymalnych warunkach może zapewnić skuteczność usuwania fluorków przekraczającą 90%.

Fluoride contamination of surface and groundwaters is frequently observed around the world. Fluorides may originate from both anthropogenic and the natural sources. In small amounts, they are beneficial for bone and teeth development. However, higher concentrations in drinking water are harmful to human health. According to WHO guidelines, the fluoride content in drinking water cannot exceed 1.5 gF–/m3. Therefore, more effective and economic defluoridation methods are sought. Fluorides can be removed from water environment by various physico-chemical methods such as adsorption, coagulation, precipitation, ion-exchange as well as the membrane processes. Examples of fluoride elimination processes and techniques are discussed, taking account of their limitations affecting the efficacy of fluoride removal from water solutions. It was demonstrated that the extent of fluoride removal in different technological processes primarily depends on solution pH, the initial F– ion concentration, presence of coexisting ions, adsorbent type and membrane properties. The study results indicate that under optimal operational conditions the fluoride removal efficacy may exceed 90%.

Słowa kluczowe

oczyszczanie wody fluorki koagulacja wymiana jonowa adsorpcja strącanie procesy membranowe

water treatment fluorides coagulation ion-exchange adsorption precipitation membrane processes

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2016

Tom

Vol. 38, nr 1

Strony

29--37

Opis fizyczny

Bibliogr. 49 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Majewska-Nowak K.

katarzyna.majewska-nowak@pwr.edu.pl

Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Grzegorzek M.

Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

1. W. SEŃCZUK: Toksykologia. PZWL, Warszawa 2005.
2. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 13 listopada 2015 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Dziennik Ustaw z 27 listopada 2015 r., poz. 1989.
3. L.J. BANIASIAK, A.I. SCHÄFER: Removal of boron, fluoride and nitrate by electrodialysis in the presence of organic matter. Journal of Membrane Science 2009, Vol. 334, No. 1–2, pp. 101–109.
4. M.B. SIK ALI, B. HAMROUNI, M. DHAHBI: Electrodialytic deﬂuoridation of brackish water: Effect of process parameters and water characteristics. Clean-Soil, Air, Water 2010, Vol. 38, No. 7, pp. 623–629.
5. W. CHEŁMICKI: Woda. Zasoby, degradacja, ochrona. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002.
6. J. TRYKOWSKI: Optymalna fluorowa profilaktyka próchnicy zębów w Polsce. Czasopismo Stomatologiczne 2005, vol. 58, nr 6, ss. 436–450.
7. A. BHATNAGAR, E. KUMAR, M. SILANPAA: Fluoride removal from water by adsorption – a review. Chemical Engineering Journal 2011, Vol. 171, No. 3, pp. 811–840.
8. M. BODZEK, K. KONIECZNY: Usuwanie zanieczyszczeń nieorganicznych ze środowiska wodnego metodami membranowymi. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2011.
9. J. SHEN, A. SCHÄFER: Removal of fluoride and uranium by nanofiltration and reverse osmosis: A review. Chemosphere 2014, Vol. 117, pp. 679–691.
10. V. TOMAR, S. PRASAD, D. KUMAR: Adsorptive removal of fluoride from aqueous media using Citrus limonum (lemon) leaf. Microchemical Journal 2014, Vol. 112, pp. 97–103.
11. D. CHLEBNA-SOKÓŁ: Wpływ ponadoptymalnych stężeń fluorków w wodzie pitnej na rozwój biologiczny i stan zdrowia dzieci w wieku szkolnym. Instytut Ekologii PAN, Łódź 1995.
12. S. LAHNID, M. TAHAIKT, K. ELAROU, I. IDRISSI, M. HAFSI, I. LAAZIZ, Z. AMOR, F. TIYAL, A. ELMIDAOUI: Economic evaluation of fluoride removal by electrodialysis. Desalination 2008, Vol. 230, No. 1–3, pp. 213–219.
13. M. MOHAPATRA, S. ANAND, B.K MISHRA, E.G. DION. P. SINGH: Review of fluoride removal from drinking water. Journal of Environmental Management 2009, Vol. 91, No. 1, pp. 67–77.
14. J. NAWROCKI, S. BIŁOZOR: Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i biologiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa–Poznań 2012.
15. B. SHIMELIS, F. ZEWGE, B.S. CHANDRAVANSHI: Removal of excess fluoride from water by aluminum hydroxide. Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia 2006, Vol. 20, No. 1, pp. 17–34.
16. S. S. TRIPATHY, J.-L. BERSILLON, K. GOPAL: Removal of fluoride from drinking water by adsorption onto alum-impregnated activated alumina. Separation and Purification Technology 2006, Vol. 50, No. 3, pp. 310–317.
17. L. MAGREL: Uzdatnianie wody i oczyszczanie ścieków. Urządzenia, procesy, metody. Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok 2000.
18. J. SINGH, P. SINGH, A. SINGH: Fluoride ions vs removal technologies: A study. Arabian Journal of Chemistry 2014 (available on line 4 July 2014).
19. S.V. JADHAV, E. BRINGAS, G.D. YADAV, V.K. RATHOD, I. ORTIZ, K.V. MARATHE: Arsenic and fluoride contaminated groundwaters: A review of current technologies for contaminants removal. Journal of Environmental Management 2015, Vol. 162, pp. 306–325.
20. N. VISWANATHAN, S. MEENAKSHI: Effect of metal ion loaded in a resin towards fluoride retention. Journal Fluorine Chemistry 2008, Vol. 129, No. 7, pp. 645–653.
21. D.B. BHATT, P.R. BHATT, H.H. PRASAD, K.M. POPAT, P.S. ANAND: Removal of fluoride ion from aqueous bodies by aluminium complexed amino phosphoric acid type resins. Indian Journal of Chemical Technology 2004, Vol. 11, No. 3, pp. 299–303.
22. N. RAZBE, R. KUMAR, P. KUMAR, R. KUMAR: Various options for removal of fluoride from drinking water. IOSR Journal of Applied Physics 2013, Vol. 3, No. 2, pp. 40–47.
23. Y. VERESSININA, M. TRAPIDO, V. AHELIK, R. MUNTER: Fluoride in drinking water: The problem and its possible solutions. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. Chemistry 2001, Vol. 50, No. 2, pp. 81–88.
24. W.X. GONG, J.-H. QU, R.-P. LIU, H.-C. LAN: Effect of aluminum fluoride complexation on fluoride removal by coagulation. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2012, Vol. 395, pp. 88–93.
25. G. ZHANG, Y. GAO, Y. ZHANG, P. GU: Removal of fluoride from drinking water by a membrane coagulation reactor (MCR). Desalination 2005, Vol. 177, No. 1–3, pp. 143–155.
26. S. SATO, N. HITOSUYANAGI, K.P. YABE: Proc. of Annual Semiconductor Pure Water and Chemical Conference, 1995, pp. 131–152.
27. A.B. NASR, K. WALHA, F. PUEL, D. MANGIN, R.B. AMAR, C. CHARCOSSET: Precipitation and adsorption during fluoride removal from water by calcite in the presence of acetic acid. Desalination and Water Treatment 2014, Vol. 52, No. 10–12, pp. 2231–2240.
28. M.M. EMAMJOMEH, M. SIVAKUMAR: Fluoride removal by a continuous flow electrocoagulation reactor. Journal of Environmental Management 2009, Vol. 90, No. 2, pp. 1204–1212.
29. D. HOU, J. WANG, C. ZHAO, B. WANG, Z. LUAN, X. SUN: Fluoride removal from brackish groundwater by direct membrane distillation. Journal of Environmental Science 2010, Vol. 22, No. 12, pp. 1860–1867.
30. D. DOLAR, K. KOŠUTIĆ, B. VUČIĆ: RO/NF treatment of wastewater from fertilizer factory – removal of fluoride and phosphate. Desalination 2011, Vol. 265, No. 1–3, pp. 237–241.
31. P.I. NDIAYE, P. MOULLN, L. DOMINGUEZ, J.C. MILLET, F. CHARBIT: Removal of fluoride from electronic industrial effluent by RO membrane separation. Desalination 2005, Vol. 173, No. 1, pp. 25–32.
32. M. TAHAIKT, R. EL HABBANI, A. AIT HADDOU, I. ACHARY, Z. AMOR, M. TAKY, A. ALAMI, A. BOUGHRIBA, M. HAFSI, A. ELMIDAOUI: Fluoride removal from groundwater by nanofiltration. Desalination 2007, Vol. 212, No. 1–3, pp. 46–53.
33. C.K. DIAWARA, L. PAUGAM, M. PONTIE, J.P. SCHLUMPF, P. JAOUEN, F. QUEMENEUR: Influence of chloride, nitrate, and sulphate on the removal of fluoride ions by using nanofiltration membranes. Separation Science and Technology 2005, Vol. 40, No. 16, pp. 3339–3347.
34. M. TAHAIKT, H.A. AIT, R. HABBANI, Z. AMOR, F. EIHANNOUNI, M. TALCY, M. KHARIF, A. BOUGHNBA, M. HAFSI, A. ELMIDAOUI: Comparison of the performances of three commercial membranes in fluoride removal by nanofiltration. Continuous operations. Desalination 2008, Vol. 225, No. 1–3, pp. 209–219.
35. S. CHOI, S. YUN, K. HONG, K. AHN: The effect of coexisting ions and surface characteristics of nanomembranes on the removal of nitrate and fluoride. Desalination 2001, Vol. 133, No. 1, pp. 53–64.
36. R. KETTUNEN, P. KESKITALO: Combination of membrane technology and limestone filtration to control drinking water quality. Desalination 2000, Vol. 131, No. 1–3, pp. 271–283.
37. S. CHAKRABORTTY, M. ROY, P. PAL: Removal of fluoride from contaminated groundwater by cross nanofiltration: Transport modeling and economic evaluation. Desalination 2013, Vol. 313, pp. 115–124.
38. C. XUE, Q. CHEN, Y.-Y. LIU, Y.-L. YANG, D. XU, L. XUE, W.-M. ZHANG: Acid blue 9 desalting using electrodialysis. Journal of Membrane Science 2015, Vol. 493, pp. 28–36.
39. Z. AMOR, B. BARIOU, N. MAMERI, M. TAKY, S. NICOLAS, A. ELMIDAOUI: Fluoride removal from brackish water by electrodialysis. Desalination 2001, Vol. 133, No. 1, pp. 215–223.
40. M. TAHAIKT, I. ACHARY, M. A. MENKOUCHI-SAHLI, Z. AMOR, M. TAKY, A. ALAMI, A. BOUGHRIBA, M. HAFSI, A. ELMIDAOUI: Defluoridation of Moroccan groundwater by electrodialysis: continuous operation. Desalination 2006, Vol. 189, No. 1–3, pp. 215–220.
41. M. ZENI, R. RIVEROS, K. MELO, R. PRIMERI, S. LORENZINI: Study on fluoride reduction in artesian well-water electrodialysis process. Desalination 2005, Vol. 185, No. 1–3, pp. 241–244.
42. E. ERGUN, Y. CENGELOGLU, I. KOCAK: Electrodialytic removal of fluoride from water: Effects of process parameters and accompanying anions. Separation and Purification Technology 2008, Vol. 64, No. 2, pp. 147–153.
43. S. LAHNID, M. TAHAIKT, K. ELAROUI, I. IDRISSI, M. HAFSI, I. LAAZIZ, Z. AMOR, F. TIYAL, A. ELMIDAOUI: Economic evaluation of fluoride removal by electrodialysis. Desalination 2008, Vol. 230, No. 1–3, pp. 213–219.
44. N. KABAY, O. ARAR, S. SAMATYA U. YUKSEL, M. YUKSEL: Separation of fluoride from aqueous solution by electrodialysis: Effect of process parameters and other ionic species. Journal of Hazardous Materials 2008, Vol. 153, No. 1–2, pp. 107–113.
45. K. MAJEWSKA-NOWAK, M. GRZEGORZEK, M. KABSCH-KORBUTOWICZ: Removal of fluoride ions by batch electrodialysis. Environment Protection Engineering 2015, Vol. 41, No. 1, pp. 67–81.
46. M. HICHOUR, F. PERSIN, J. SANDEAUX, C. GAVACH: Fluoride removal from water by Donnan dialysis. Separation and Purification Technology 2000, Vol. 18, No. 1, pp. 1–11.
47. H. GARMES, F. PERSIN, J. SANDEAUX, G. POURCELLY, M. MOUNTADAR: Defluoridation of groundwater by a hybrid process combining adsorption and Donnan dialysis. Desalination 2002, Vol. 145, No. 1–3, pp. 287–291.
48. A. BOUBAKRI, N. HELALI, M. TLILI, M. B. AMOR: Fluoride removal from diluted solutions by Donnan dialysis using full factorial design. Korean Journal of Chemical Engineering 2014, Vol. 31, No. 3, pp. 461–466.
49. D. HOU, J. WANG, C. ZHAO, B. WANG, Z. LUAN, X. SUN: Fluoride removal from brackish groundwater by direct membrane distillation. Journal of Environmental Sciences 2010, Vol. 22, No.12, pp. 1860–1867.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-a4010593-59aa-4448-a621-3162d096e92b