黃昕晨 裴金鈴 蔣文彬 曲勝千 周 冠 魏立安

(南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江西 南昌 330063)

0 引言

氟是人體必需的微量元素之一，日常生活中飲用水中適宜的含氟濃度為0.5～1.0mg/L[1]。如果人體長(zhǎng)期接觸過(guò)量的無(wú)機(jī)氟化物，則會(huì)出現(xiàn)以骨骼改變?yōu)橹鞯娜硇约膊〉默F(xiàn)象，稱為工業(yè)性氟病[2]。含氟廢水對(duì)環(huán)境、牲畜、農(nóng)作物以及人類健康都會(huì)造成嚴(yán)重影響[3]。

含氟廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法[4]、混凝沉淀法[5]、吸附法[6-9]、電凝聚法、電滲析法[10]、離子交換樹脂法、反滲透法、液膜法等，應(yīng)用較為普遍的方法是化學(xué)沉淀法、混凝沉淀法、吸附法，其它方法應(yīng)用較少。

本研究以某航空企業(yè)鈦合金酸洗過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度含氟廢水(300～1500mg/l)為研究對(duì)象，采用氫氧化鈣+電凝聚法來(lái)對(duì)含氟水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，找出最佳參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法及步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)具體流程

采用二種處理流程：(1)先電解，后加氫氧化鈣；(2)先加氫氧化鈣，后電解。處理流程圖分別見圖1和圖2。

圖1 先電解，后加氫氧化鈣實(shí)驗(yàn)

圖2 先加氫氧化鈣，后電解實(shí)驗(yàn)

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

配制氟離子濃度為1000mg/L的溶液。

①先用電凝聚法再加氫氧化鈣來(lái)處理含氟廢水

對(duì)于氟離子含量為1000mg/L的溶液，pH=3-4，電壓U=110V，電流密度為10A/m2，處理水樣10min后，再投加氫氧化鈣，測(cè)定氟離子濃度。

②先加氫氧化鈣再用電凝聚法處理含氟廢水

先用氫氧化鈣處理含氟廢水，然后置于體積V=5L的槽體中，調(diào)節(jié)電壓U=110V，在電流密度分別為1 A/m2、2 A/m2、4 A/m2、6 A/m2、8 A/m2、10A/m2條件下，處理水樣10min后，測(cè)定氟離子濃度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 電凝聚+氫氧化鈣對(duì)除氟效果的影響

取4800mL，1000mg/L的含氟水樣，調(diào)節(jié)pH值為3-4，電流密度設(shè)定為10A/m2，電凝聚處理10min后水樣靜置2h，取上清液測(cè)得氟離子濃度為150.9mg/L，將其分為6份，每份水樣800mL，分別投加Ca(OH)2的量為250mg、350mg、400mg、450mg、550mg、600mg，在150r/min 轉(zhuǎn)速下攪拌30min，靜沉1.5h后取上清液測(cè)殘余氟離子濃度，變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 氫氧化鈣投加量對(duì)除氟效果的影響圖

由圖3可知，氫氧化鈣投加量為550mg時(shí)(氫氧化鈣濃度為687mg/L)，可以使廢水中氟離子濃度降到19.8mg/L。氫氧化鈣在350～550mg之間，水樣中殘余氟離子濃度下降趨勢(shì)較大，繼續(xù)投加氫氧化鈣，氟離子凝聚下降將會(huì)減慢，最低降至19.3mg/L，難以達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 氫氧化鈣+電凝聚對(duì)除氟效果的影響

取4800mL，1000mg/L的含氟水樣，投加氫氧化鈣3300mg，在150r/min 轉(zhuǎn)速下攪拌30min，靜置沉淀1.5h后取上清液測(cè)殘余氟離子濃度，得出殘余氟離子濃度27.4 mg/L。

(1)電凝聚時(shí)間對(duì)除氟效果的影響

在氫氧化鈣沉淀的基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)水樣置于體積V=5L的槽體中，調(diào)節(jié)電壓U=110V，電流密度為10A/m2，測(cè)定不同電凝聚時(shí)間殘余氟離子濃度情況，見圖4。

圖4 上清液殘氟與電凝聚時(shí)間的關(guān)系圖

由圖4可知，電凝聚10分鐘時(shí)，殘余氟離子濃度達(dá)到最低值2.78 mg/L，滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)電流密度對(duì)除氟效果的影響

在氫氧化鈣沉淀的基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)水樣置于體積V=5L的槽體中，調(diào)節(jié)電壓U=110V，電凝聚10分鐘，測(cè)定不同電流密度殘余氟離子濃度情況，見圖5。

圖5 上清液殘氟與電流密度的關(guān)系

由圖5可知，當(dāng)電流密度為2A/m2，處理水樣10分鐘后，氟離子的去除率最高，達(dá)到87.2%，對(duì)應(yīng)的殘余氟離子濃度3.51 mg/L。

3 結(jié)論

(1)采用電凝聚處理后投加氫氧化鈣來(lái)處理含氟廢水，雖然氟離子濃度可以由1000mg/L降至19.3mg/L，去除率達(dá)98.07%，但出水氟離子濃度難降到10mg/L以下，不能滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)采用氫氧化鈣沉淀后，再進(jìn)行電凝聚處理，氟離子濃度可以由1000mg/L降至3.51mg/L，去除率達(dá)99.6%，出水氟離子濃度可以滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1]J.W.帕特森(美).工業(yè)廢水處理技術(shù)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1985：145-148.

[2]GB 3234-83.工業(yè)性氟病診斷標(biāo)準(zhǔn)及處理原則[S].

[3]劉煥文.大氣氟污染與家畜慢性氟中毒的研究[J].天則出版社，1989：6-11.

[4]張榴紅.利用電石渣廢液處理含氟污水[J].化工給排水設(shè)計(jì)，1993(1)：17-19.

[5]程銀芳.混凝沉淀法深度處理含氟廢水[J]精細(xì)石油化工進(jìn)展，2011，12(9)：37-40.

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[7]Cengloglu Y，Kir E，Ersoz M.Removal of fluoride from aqueous solution by using red mud[J].Separation and Purifaction Technology，2002，28：81-86.

[8]馬志毅，周鳳鳴.用粉煤灰處理含氟廢水研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1991，11(6)：460-463.

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[10]鄧昌亮，徐海寧，王魯敏.龍口褐煤對(duì)氟離子吸附的研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，1999，11(2)：199-202.