含氟废水处理的基本工艺研究与沉淀法
1.含氟废水处理基本工艺研究及沉淀方法1引言氟是人体必需的微量元素之一,适量的氟对人体健康有益,但含量过低或过多都会危害健康,特别是过多会引起氟中毒。人们日常饮用水中氟含量一般控制在0.40.6mg/L,长期饮用氟离子浓度大于1mg/L的水对人体是有危害的,严重者会引起氟中毒、骨骼氟中毒等疾病,甚至诱发肿瘤的发生,严重威胁着人体的健康。随着现代工业的发展,大量高浓度含氟工业废水排出,这些废水中一般都以氟离子(F-)的形式含有氟,但很多企业并没有完善的处理设施来处理这些废水。 排放的废水中氟化物含量超过国家排放标准,氟离子浓度要超过10mg/L,严重污染了人类赖以生存的水源。
2、不仅污染环境而且对人体健康构成诸多威胁,因此高浓度含氟废水处理研究已成为当前环境保护与健康领域的重要研究课题。2含氟废水处理基础工艺研究目前国内外处理高浓度含氟废水的方法有数种,最常见的有吸附法和沉淀法。其中沉淀法主要用于工业含氟废水的处理,吸附法主要用于干饮用水的处理。此外还有冷冻法、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沉淀法沉淀法是处理高浓度含氟废水应用最广泛的方法之一。 它是通过投加药剂或其他药物使氟离子形成沉淀或絮凝沉淀,通过固体的分离达到去除的目的。药剂、反应条件及固液分离的效果决定了沉淀法的处理效果。化学沉淀法主要用于高浓度的废水处理。
3、高浓度含氟废水的处理多采用钙盐沉淀法,即石灰沉淀法。通过向废水中加入钙盐等药剂,使钙离子与氟离子发生反应,生成CaF2沉淀,从而达到去除废水中F-的目的。此工艺简便、方便、成本低廉,但也存在一些不足之处,处理后的废水中氟含量达到15mg/L后,通过加入石灰水也难以形成沉淀。因此,此法一般适用于高浓度含氟废水的一级处理或预处理,难以达到国家一级标准。 另外,产生的CaF2沉淀包裹在Ca(OH2颗粒表面,不能充分利用,造成浪费。近年来,一些专业人员对该工艺进行了大量的研究。在添加钙盐的基础上,加入铝盐、镁盐、磷酸盐等,以增加除氟效果,提高利用率。在添加石灰作为基础
4、在水中添加镁盐,通过石灰与含镁盐的水溶液作用,生成氢氧化镁沉淀,达到吸附氟化物的目的。在废水中添加硫酸铝、明矾等铝盐,与碳酸盐反应生成氢氧化铝,在混凝过程中,氢氧化铝与氟离子反应生成氟铝络合物,生成的氟铝络合物被氢氧化铝明矾花吸附,生成沉淀。另外,在水中添加氯化钙、复合铁盐作为混凝剂,添加聚合物PAM作为絮凝剂,在不增加现有设备和处理设备的情况下,可以提高废水处理效果。混凝沉淀法是向水中添加铁盐、铝盐两种混凝剂,在水中形成带正电荷的胶体粒子,胶体粒子可以吸收水中的F-,并聚集成絮状沉淀,达到除氟的目的。 混凝沉淀法一般只适用于低氟废水的处理,且一般与中和沉淀法相结合。
5.用于处理高氟废水,由于除氟效果受搅拌条件、沉淀时间等因素影响,出水水质不够稳定。 铁盐混凝剂一般需要与Ca(OH2配合使用才能达到高效,处理后的废水需用酸中和后才能排放,因此工艺相对复杂。铝盐除氟法是向水中添加硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等铝盐混凝剂,利用Al3+与F-的络合作用和铝盐水解后生成的A1(OH3矾石,去除废水中的F-,效果良好。由于投加药剂量少、成本低,且一次处理后出水就能达到国家排放标准,所以铝盐混凝沉淀法在工业废水处理中得到广泛的应用。2.2吸附法吸附法是向水中添加活性氧化铝、聚合铝盐、褐煤吸附剂、功能纤维吸附剂,
6.将装有活性炭等吸附剂的设备投入工业废水中,使氟离子通过特殊的或常规的离子交换或与固体介质的化学反应除去,最后吸附在吸附剂上。吸附剂也可以通过再生来恢复交换能力。为保证处理效果,废水的pH值不宜过高,一般控制在5左右,吸附剂的吸附温度要控制好,不宜过高。此法一般用于低浓度含氟废水的处理,效果十分显著。由于其成本低,除氟效果好,是含氟废水处理的重要方法。2.3其他方法除上述两种较常用的方法外,还有一些方法虽然没有得到广泛的应用,但已成为行业人士研究的课题,并在一些特殊的含氟废水的处理中取得了良好的效果。 其中包括离子交换、电渗析、反渗透膜和其他方法。
7、反渗透技术是利用高于渗透压的压力,改变高氟水中水分子的自然渗透方向,通过反渗透膜分离,主要用于海水淡化和超纯水制造工艺。目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。电渗析是外加直流电场,利用离子交换膜的选择渗透性,使水中离子定向迁移。离子交换法是利用离子交换树脂或离子交换纤维去除氟离子的方法。离子交换树脂需用铝盐进行预处理和再生,因此成本会比较高。离子交换纤维与离子交换树脂相比,价格便宜,比表面积较大,吸附能力强,交换再生速度快,耐辐射性能好,处理后不会对水体造成任何污染。 相反,他们
8、清洗效果好。是深度去除水中氟离子的理想方法。您也可以在中国污水处理工程网查看更多技术文献。3化学混凝沉淀法处理废水的试验研究3.1研究机理化学沉淀法是利用离子与氟离子结合生成难溶于水的CaF2沉淀,沉淀后再通过固液分离去除废水中的F-。其化学反应式为:Ca2+2F-=CaF2若在废水中同时投加钙盐和磷酸盐,可以生成更难溶于水的含氟化合物,将减少水中F-的残留量,提高除氟效果。 其化学反应式为:F-+5Ca2+3P043+=Ca5(PO44F 混凝沉淀法是在水中添加铁盐、铝盐两种混凝剂,然后加入Ca(OH2,利用Al3+与F-的络合作用,以及A1(O
9、H3矾花能去除废水中的F-。若加入铝盐,Al3+与F-会生成AlFx(3-x+,与Al(OH3am混合后发生沉淀。3.2试验过程及方法介绍取定量废水样,先在水中加入一定量的CaCl2作为沉淀剂,待沉淀物沉降5分钟,再加入适量的AlCl3和Ca(OH2作为混凝剂,加入六偏磷酸钠作为混凝剂进行处理,再静置5分钟后方可放水。具体过程见图1。尽量多做几次。每次试验后,用电极法测定每次试验后的氟离子浓度。化学混凝沉淀法将化学沉淀与混凝沉淀结合起来,可以解决一些常用方法处理后水质不稳定、药剂使用量过大或产生二次污染等问题。
10、试验结果表明,化学混凝沉淀法是处理含氟工业废水的理想方法,设备及工艺简单,运行费用低,除氟效果好。4结语目前采用的方法主要有化学沉淀法、絮凝沉淀法和吸附法。处理高浓度含氟废水一般采用化学沉淀法,因其操作简单、成本低、效果好而被广泛应用。与化学沉淀法相对,混凝沉淀法一般只适用于处理含氟量较低的废水,高浓度含氟废水必须先进行化学沉淀处理,然后再采用混凝沉淀法进行除氟。吸附法主要适用于水量较小的饮用水深度处理,相对而言处理费用高,操作繁琐。当然,其他一些方法也有各自的应用领域和优势。 总之,在含氟废水处理过程中,应根据实际情况、水质及所要求的标准选择处理方法,并特别注意废物处理和综合利用。因此,在含氟废水处理中,应遵循资源化利用与无害化相结合的原则,以获得更好的经济效益。