一種工業(yè)含氟廢水的處理方法

許多工業(yè)過程都會產生含氟廢水，如傳統(tǒng)工業(yè)中有色金屬和稀有金屬的冶煉、不銹鋼酸洗、農藥、鋁電解精煉等。、以及現(xiàn)代化學工業(yè)、電子工業(yè)、原子能工業(yè)等中的有機化學合成。氟是人體必需的微量元素之一。適量的氟對人體健康有益。人體內的氟過少或過多都會對健康造成危害。成人每天的氟需要量為1.0 ~ 1.5毫克，人們日常飲用水中的氟含量不應超過0.6毫克/升，如果飲用水中的氟含量超過1.5毫克/升，則為高氟水，人們長期飲用高氟水會對身體造成很大的傷害，導致氟斑牙、氟中毒等疾病。除此之外，長期飲用高氟水也可能引起一些腫瘤。高氟水主要是工業(yè)生產中非法排放含氟廢水造成的。因此，妥善處理工業(yè)廢水中的氟對保護環(huán)境和保障人類健康具有重要意義。根據(jù)《污水綜合排放標準》，一級標準要求氟化物排放濃度小于10mg/L，我國高濃度含氟廢水無序排放的問題尚未徹底解決。很多企業(yè)沒有配備相應的設備對含氟廢水進行無害化處理，導致排放的廢水中氟濃度很高，對環(huán)境和人體健康造成很大威脅?；诖?，本文探討了含氟廢水的處理方法。從目前含氟廢水的處理方法來看，沉淀法和吸附法應用最為廣泛。本文主要對其進行探討。

1.沉積法

1.1化學沉淀法

化學沉淀法處理含氟廢水的原理是通過加入一些能與廢水中氟離子發(fā)生化學反應，生成不溶水的沉淀物質，將氟從水中分離出來?；瘜W沉淀法中常用的沉淀劑包括石灰、電石渣和氯化鈣。

石灰沉淀法

石灰沉淀法是處理高濃度含氟廢水的重要方法。石灰石溶解后產生的鈣離子可與水中的氟離子反應生成不溶性氟化鈣，從而去除水中的氟化物。在實際應用中，由于反應生成的氟化鈣會阻礙一步反應，所以需要多加石灰。在pH 6.5 ~ 7.0的條件下，沉淀反應時間約為1小時，投加量為理論值的2.5倍以上，為最佳脫氟條件。

1.1.2電石渣沉淀法

電石法生產聚乙烯時，會產生廢渣。這些廢渣是電石和水反應產生的，不僅便宜，而且容易得到。正是由于這一特點，電石渣沉淀法被廣泛應用于實際含氟水處理中。電石渣的主要成分是Ca(OH)2，所以除氟原理與石灰沉淀法相似，但效果更好，用量更少，沉淀物更容易脫水沉淀。

氯化鈣法

氯化鈣法的原理與石灰沉淀法相似，但氯化鈣溶解度高，可以作為溶液加入廢水中，能與水中的氟離子充分反應。它具有固體渣少、加藥粉塵少、操作簡便的優(yōu)點。其缺點是價格比氫氧化鈣貴，處理高濃度含氟廢水時成本更高。另外，由于含氟廢水大多呈酸性，用氯化鈣處理后，需要用堿中和，增加了廢水處理的成本。

1.2混凝沉淀法

混凝沉淀法是在含氟廢水中加入能與氟化物發(fā)生凝聚或沉淀的物質，使廢水中的氟化物生成大量膠體和不溶物，然后通過沉淀和泥水分離的方法去除水中的氟化物。與化學沉淀法相比，混凝沉淀法不僅需要更少的試劑，而且處理量更大。一次處理后，氟化物濃度可低于10 mg/L，但缺點是處理高濃度含氟廢水時，由于需要投加大量混凝劑，成本相對較高。因此，化學沉淀法和混凝沉淀法通常一起使用。先用化學沉淀法降低廢水中氟的濃度，再加入混凝劑進行沉淀吸附，使廢水達到排放標準。

無機混凝劑

無機混凝劑主要有鋁鹽和鐵鹽，這兩種鹽水水解產生的氫氧化鋁可以起到吸附氟離子的作用。此外，更多的Al3+和Fe3+可以與氟離子絡合，從而去除氟離子。

鋁鹽混凝沉淀法主要使用硫酸鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁等鋁鹽，能有效去除含氟廢水中的氟化物。該方法除氟效果好，所需化學藥品量少，成本相對較低，處理后的廢水含氟濃度小于10mg/L

鹽混凝沉淀法主要使用硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵和氯化鐵。特別是聚合硫酸鐵具有良好的除氟效果。相關實驗表明，它可以去除廢水中96%以上的氟離子，對其進行改性可以進一步提高其脫氟效率，縮短反應時間。此外，鐵鹽混凝劑通常與Ca(OH)2配合使用，可有效提高除氟效率。但處理后的水要調節(jié)pH至中性后才能排放，所以工藝相對復雜。

有機混凝劑

聚丙烯酰胺(PAM)是一種水溶性聚合物，具有優(yōu)良的絮凝性能。水處理中使用的PAM主要有三種類型，即非離子型、陰離子型和陽離子型。應根據(jù)廢水的不同pH值選擇合適的PAM試劑類型。PAM不能直接除氟，但可以起到吸附橋的作用，加速絮體的形成，從而提高沉降的效果和速度。在實際應用中，加入少量的PAM就能達到效果，所以不會造成二次污染。除PAM外，殼聚糖和丙烯酰胺改性的殼聚糖和木質素也有很好的除氟效果。

2.吸附法

吸附法是利用多孔固體吸附劑通過分子引力或化學鍵力將氟離子吸附到其表面，然后加入適當?shù)娜軇┎⒓訜峤馕瑥亩鴮崿F(xiàn)分離富集。吸附劑主要包括合成吸附劑和天然吸附劑。

2.1合成吸附劑

合成吸附劑主要有活性氧化鋁、活性氧化鎂、離子交換樹脂和活性炭。

活性氧化鋁

這種白色顆粒狀多孔吸附劑具有比表面積大的特點，并且具有價格低、效果好、操作簡單等優(yōu)點。由于氧化鋁是兩性物質，等電點約為9.5，在水的pH值小于9.5時能吸附陰離子，在水的pH值大于9.5時能吸附陽離子，所以在酸性溶液中能吸附陰離子，對氟離子有很強的選擇性。

2.1.2活性氧化鎂

煅燒Mg(Co53)(OH)42·4H2O可制得活性氧化鎂，在pH = 5～8時具有良好的除氟效果?；钚匝趸V的吸附容量可達14mg/g，解吸處理后其容量也可達6mg/g左右。此外，氧化鎂和殼聚糖混合燃燒可制備氧化鎂/殼聚糖復合材料，可大大提高吸附容量，脫氟效果和成本低于純活性氧化鎂法，但缺點是處理周期較長，再生難度較大。

活性炭

活性炭是以碳為原料，經過高溫炭化和活化而制成的。它有大量的微孔和大的比表面積。活性炭的改性可以提高其除氟能力。如活性炭經0.5mol/L AlCl3改性后，除氟效率可達96%，水中氟離子含量可降至國家飲用水標準以下。此外，負載鑭的改性活性炭也能顯著提高活性炭的脫氟能力。在pH = 4 ~ 7的條件下，可獲得較好的除氟效果，在pH = 4時最高除氟效率可達96.6%。活性炭除氟具有吸附時間短、成本低、效率高、易再生、不影響水質等優(yōu)點。缺點是受pH影響較大。

離子交換樹脂

離子交換樹脂是一種不溶性高分子化合物，具有離子交換活性官能團和網(wǎng)絡結構。通過改性使其負載金屬離子，可以提高樹脂的吸附能力。如用硫酸鋁溶液對強酸性陽離子交換樹脂進行改性，可使其具有良好的除氟效果，處理后的水可達到國家生活飲用水衛(wèi)生標準。此外，F(xiàn)e (ⅲ)樹脂也是一種具有良好氟吸附能力的吸附劑，室溫下靜態(tài)飽和吸附量約為原沸石的86倍。除了Al3+和Fe3+之外，LA3+和Zr4+等離子體也可以對樹脂進行改性，提高其處理氟的能力。一般來說，應用離子交換樹脂除氟的優(yōu)點是處理量大，再生能力強，吸附量大，經濟性好，但缺點是離子交換樹脂要求的儲存條件嚴格，一次性投資大。

2.2天然吸附劑的改性

改性沸石

其實沸石是沸石礦物的總稱，其本質是一種含有堿金屬或堿土金屬的水的鋁硅酸鹽礦物。沸石的改性可以有效提高其吸附能力。目前沸石改性的主要方法是使沸石中原有的Ca2+和Na+等離子體與Al3+和La3+進行離子交換。用改性沸石處理含氟廢水不僅具有成本低、可再生的優(yōu)點，而且可以降低原水的總硬度和色度。缺點是吸附效果一般。

改性膨潤土

膨潤土是一種具有硅酸鹽結構的物質，蒙脫石是其主要成分。蒙脫石的結構是由八面體組成的層狀結構，使其具有良好的膨脹性、吸附性和離子交換性。利用這些性質，人們可以在蒙脫石結構中引入一些金屬陽離子對其進行改性，使膨潤土的層間或表面形成多孔材料。相關研究表明，改性膨潤土除氟性能好、價格低、原料來源廣，但缺點是吸附效果一般。

改性硅藻土

硅藻土的主要成分是無定形二氧化硅，此外還有少量的三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂、K2O、Na2O、P2O5等雜質。硅藻土通常以蛋白石的形式存在，也有一些細沙、粘土等沉積物。硅藻土的特點是具有微孔結構、高孔隙率、大的比表面積和吸附能力。對硅藻土進行改性，可以進一步增加其比表面積，降低堆積密度，使堿金屬或堿土金屬鍵合到硅藻土表面，可以更高效地吸附氟離子，提高氟的去除率。改性硅藻土是一種很好的廢水除氟凈化劑，在廢水處理中效果非常穩(wěn)定，二次污染有限，可回收性好，價格低廉，在實際廢水除氟中得到廣泛應用。

3.結論

目前，沉淀法和吸附法是處理含氟廢水最主要的方法。其中，沉淀法可分為化學沉淀法和混凝沉淀法?；瘜W沉淀法在工業(yè)廢水處理中應用廣泛，具有方法簡單、成本低、效果好等優(yōu)點。而混凝沉淀法則主要應用于低濃度含氟廢水的處理，具有投藥量少、處理量大的優(yōu)點，一次處理即可達標排放。因此，通常采用化學沉淀法降低高氟廢水中的氟濃度，然后再用混凝沉淀法進行處理，使其達到排放標準。該吸附法適用于進水量小、濃度低的含氟廢水的深度處理。(來源:合肥新藝光電科技有限公司)

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