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含氟废水的处理研究

发布时间:2010-6-29 10:38:06  中国污水处理工程网

1 前言
 
氟是人体必需的微量元素之一,适量的氟有益于人力健康,但是含量过低或过多都会危害健康,特别是过多会引起氟中毒。人们日常饮用水含氟量一般控制在0.4~0.6mg/L,长期饮用氟离子浓度大于1mg/L水对人体不利,严重的会引起氟斑牙与氟骨症以及其他一些疾病,甚至会诱发肿瘤的发生,严重威胁人类健康。


现代工业的发展的同时,排放了大量的高浓度含氟工业废水,这些废水一般含有呈氟离子(F-)形态的氟。而很多企业尚无完善的处理设施来对这些废水加以处理,排放的废水中氟含量超过国家排放标准,氟离子浓度应超过了10mg/L,严重地污染着人类赖以生存的环境的同时给人类的健康造成很多威胁。因此,高浓度含氟废水处理研究成为了当前环保及卫生领域重要的研究课题。
 
2 含氟废水处理的基本工艺研究
 
当前,国内外高浓度含氟废水的处理方法有数种,常见的有吸附法和沉淀法两种。其中沉淀法主要应用于工业含氟废水的处理,吸附法主要用干饮用水的处理。另外还有冷冻法、离子交换法、超滤除氟法、电凝聚法、电渗析、反渗透技术等方法。


2.1沉淀法


沉淀法是高浓度含氟废水处理应用较为广泛的方法之一,是通过加药剂或其它药物形成氟化物沉淀或絮凝沉淀,通过固体的分离达到去除的目的,药剂、反应条件和固液分离的效果决定了沉淀法的处理效率。


2.1.1 化学沉淀法


化学沉淀法主要应用于高浓度含氟废水处理,采用较多的是钙盐沉淀法,即石灰沉淀法,通过向废水中投加钙盐等化学药品,使钙离子与氟离子反应生成CaF2沉淀,来实现除去使废水中的F-的目的。该工艺简单方便,费用低,但是存在一些不足。处理后的废水中氟含量达15mg/L后,再加石灰水,很难形成沉淀物,因此该方法一般适合于高浓度含氟废水的一级处理或预处理,很难达到国标一级标准。另外,产生的CaF2的沉淀包裹在Ca(OH)2颗粒的表面,因此不能被充分利用,造成浪费。


近年来,一些专业人士对工艺进行了大量的研究,在加钙盐的基础上,加上铝盐、镁盐、磷酸盐等,除氟效果增加的同时提高了利用率。再加石灰的基础上加入镁盐,通过石灰与含镁盐的水溶液作用,生成氢氧化镁沉淀实现对氟化物的吸附。在废水中加入硫酸铝、明矾等铝盐,与碳酸盐反应生成氢氧化铝,在混凝过程中氢氧化铝与氟离子发生反应生产氟铝络合物,生产的氟铝络合物被氢氧化铝矾花吸附而产生沉淀。另外,可以在在水中加入氯化钙、复合铁盐作混凝剂和高分子PAM作絮凝剂,在不增加现有设备处理设备的基础上,提高了废水处理效果。


2.1.2 混凝沉淀法


混凝沉淀法是通过在水中加入铁盐和铝盐两大类混凝剂,在水中形成带正电的胶粒,胶粒能够吸附水中的F-而相互并聚为絮状物沉淀,以达到除氟的目的。混凝沉淀法一般只适用于低氟的废水处理,一般通过与中和沉淀法配合使用,实现对高氟废水的处理。由于除氟效果受搅拌条件、沉降时间等因素的影响,因此出水水质会不够稳定。


铁盐类混凝剂一般需要配合Ca(OH)2使用,才能实现高效率,并且处理后的废水需要用酸中和后才能排放,因此工艺比较复杂。铝盐除氟法是在水中加入硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等的铝盐混凝剂,利用Al3+与F-的络合以及铝盐水解后生产的A1(OH)3矾花,去除废水中的F- ,效果不错。由于药剂投加量少、成本低,并且一次处理后出水即可达到国家排放标准,因此铝盐混凝沉降法在工业废水处理中应用较为广泛。


2.2 吸附法


吸附法是将装有活性氧化铝、聚合铝盐、褐煤吸附剂、功能纤维吸附剂、活性炭等吸附剂的设备放入工业废水中,使氟离子通过与固体介质进行特殊或常规的离子交换或者化学反应,最终吸附在吸附剂上而被除去,吸附剂还可通过再生恢复交换能力。为了保证处理效果,废水的pH值不宜过高,一般控制在5左右,另外吸附剂的吸附温要加以控制,不能太高。该方法一般用于低浓度含氟废水的处理,效果十分显著。由于成本较低,而且除氟效果较好,是含氟废水处理的重要方法。2.3 其他方法


除了上述两种比较常用的方法外,还有一些方法虽然没有被普遍应用,但是已经成为行业人士研究的对象,在一些特种含氟废水处理中取得较好的效果。其中包括离子交换法、电渗析、反渗透膜法等方法。反渗透技术借助比渗透压更高的压力,使使高氟水中的水分子改变自然渗透方向,通过反渗透膜被分离出来,先主要应用于还水淡化和超纯水制造工艺中。当前使用的反渗透膜主要有低压复合膜、海水膜和醋酸纤维素膜等。电渗析法是外加直流电场,利用离子交换膜的选择透过性,使水中的离子能够定向迁移。离子交换法是使用离子交换树脂或离子交换纤维实现除氟离子的一种方法。离子交换树脂需要用铝盐进行预处理和再生,因此费用会比较高。与离子交换树脂相比,离子交换纤维耗资小,而且比表面积较大,吸附能力强,交换速度及再生速度快,具有良好的耐辐照性能,并且处理后不会给水体带来任何污染,反而具有清洁作用,是一种理想的深度去除水中氟离子的方法。 同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
 
3 化学混凝沉淀法废水处理试验研究
 
3.1 研究机理


化学沉淀法就是利用利用离子与氟离子结合生成难溶于水的CaF2 沉淀,等沉淀后以固液分离手段将F-从废水中去除。化学方程式如下:


Ca2++2F-=CaF2↓


如果在废水中同时加如钙盐和磷酸盐,能够形成更难溶于水的含氟化合物,是水中F-的残留量更低,提高了除氟效果。化学方程式如下:


F-+5 Ca2++3P043+ = Ca5(PO4) 4F↓


混凝沉淀法通过在水中加入铁盐和铝盐两大类混凝剂,在配加Ca(OH)2,利用Al3+与F-的络合以及铝盐水解后生产的A1(OH)3矾花,去除废水中的F-。如加入铝盐,Al3+与F-形成AlFx(3-x)+,夹杂在AI(OH)3am中被沉淀下来。


3.2 试验流程与方法介绍


取定量废水水样,首先在水中加入一定量的CaCl2作为沉淀剂,等沉淀物沉淀5分钟后再加入适量的AlCl3和Ca(OH)2作为混凝剂,另加六偏磷酸钠作为助凝剂对其进行处理,再等沉淀5分钟后讲水排放。具体流程如图1所示。尽量多做几次,每个试验完毕后,采用电极法测定每次试验后的氟离子的浓度。
 
化学混凝沉淀法将化学沉淀和混凝沉淀结合起来使用,能够解决一些常用方法处理以后存在的水质不稳定,药剂使用量过多,或存在二次污染等问题。试验结果表明,利用化学混凝沉淀法处理含氟工业废水,设备和工艺简单,运行费用低,除氟效果好,是一种比较理想的含氟废水的处理方法。

 
4结束语
 
目前使用较多的方法主要是化学沉淀法、絮凝沉淀法和吸附法。化学沉淀法一般用于处理高浓度含氟废水,由于操作简单,低成本效果好,因此使用较为广泛。与化学沉淀法相反,混凝沉降法一般只适用于含氟较低的废水处理,高浓度含氟废水首先要经过化学沉淀法经过一级处理,然后采用混凝沉降法进行再次去氟。吸附法主要适用于水量较小的饮用水的深度处理,相对来说处理费用高,而且操作比较烦琐。当然,其它的一些方法各有各的使用领域和优势。


总之,含氟废水处理过程中,在选择处理方法时要实际情况,根据水质情况和要求达到的标准而定,尤其要重视以废治废和综合利用。因此,在含氟废水的处理中要遵循资源化与无害化相结合的原则,以获得较好的经济效益。来源:资源网

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