含氟廢水的化學(xué)改良方法

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，含氟廢水的排放量不斷增加。部分地區(qū)水源氟含量超過1mg/L，造成區(qū)域性水質(zhì)氟中毒。氟是一種微量元素。相關(guān)研究表明，如果每升水含氟量僅為0.4~0.6毫克，對人體無害，而如果每升水含氟量大于1.5毫克，則會給人體帶來不良影響，也稱高氟水，嚴(yán)重者會引起氟中毒。因此，國家多年來一直嚴(yán)格控制含氟廢水的排放。

對于含氟廢水的處理，許多學(xué)者一直在進(jìn)行研究。目前，工業(yè)上廣泛采用F-沉淀法。這種方法是在排出的廢水中加入石灰進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)(F與Ca2+反應(yīng))生成氟化鈣沉淀，從而可以去除F-。這種方法的處理成本對大多數(shù)企業(yè)來說相對較低，容易被企業(yè)接受。但發(fā)現(xiàn)僅用F沉淀法處理的廢水氟濃度不能穩(wěn)定達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，相關(guān)人員期待進(jìn)一步研究輔助石灰沉淀法的工藝，進(jìn)一步降低氟濃度。除了石灰沉淀法，還有其他方法，如電滲析法和離子交換樹脂法。但這兩種方法的缺點(diǎn)是處理成本高，除氟效率低，仍難以推廣使用。本文從另一個(gè)角度對多氟離子沉淀法進(jìn)行了研究，并對工藝進(jìn)行了改進(jìn)，提高了CaF2的沉淀轉(zhuǎn)化效率。

1.實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)背景

化學(xué)方面的研究表明，CaCO3等鈣鹽晶格能高，水合能低，導(dǎo)致溶解度低，所以幾乎不溶于水。根據(jù)學(xué)者們過去的研究，已知CaX2(X=Cl，Br，I)全部溶于水，但CaF2幾乎不溶于水，如表1所示。因此，本文選擇CaCl2作為處理劑，對純水和氟化鈉配制的溶液(模擬含氟廢水)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的方法是將Ca(OH)2直接投入到含氟廢水中。本文以CaCl2代替Ca(OH)2作為控制變量，以避免Ca(OH)2本身對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，同時(shí)將CaCl2投加到含氟廢水中使其沉淀。本文的改進(jìn)方法是先在含氟廢水中加入適量晶種，然后加入CaCl2進(jìn)行反應(yīng)。接下來，將圍繞是否播種的變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。

1.2實(shí)驗(yàn)過程

為了控制單一變量，兩組實(shí)驗(yàn)中含氟廢水和氯化鈣溶液的參數(shù)相同。用純凈水和氟化鈉配制含氟濃度為2g/L的含氟廢水的1L，每組實(shí)驗(yàn)取300mL。用純水和CaCl2配制Ca2+濃度為1g/L的1L CaCl2溶液，同樣兩組實(shí)驗(yàn)各取300mL，使含氟廢水和CaCl2溶液的PH為中性，反應(yīng)物不發(fā)生二次酸堿反應(yīng)。根據(jù)表1，本文的實(shí)驗(yàn)適用于24℃的實(shí)驗(yàn)室。

第一組實(shí)驗(yàn)，模擬傳統(tǒng)的石灰沉淀法，將300mL含氟廢水和300ml CaCl 2溶液混合在同一個(gè)燒杯中，如圖1A，開始計(jì)時(shí)，在計(jì)時(shí)期間進(jìn)行連續(xù)攪拌。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，先將20克晶種放入300毫升含氟廢水的燒杯中，攪拌一會兒，然后將300毫升CaCl2溶液倒入含氟廢水的燒杯中，如圖1A所示，開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)期間繼續(xù)攪拌。

每組進(jìn)行4次實(shí)驗(yàn)，并探究兩組之間化學(xué)反應(yīng)時(shí)間的差異。計(jì)時(shí)分別為1分鐘、2分鐘、3分鐘和4分鐘。計(jì)時(shí)結(jié)束后，停止攪拌，過濾的方法是將一張A4紙卷成漏斗狀，放在漏斗的內(nèi)表面，靠近漏斗。如圖1B所示，A4紙卷的漏斗口應(yīng)保持在0.5毫米左右，過濾后，用烘干機(jī)將A4紙和沉淀物烘干。兩組實(shí)驗(yàn)的干燥時(shí)間為

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，溶解度較高的氯化鈣可與含F(xiàn)-的溶液復(fù)分解生成溶解度較低的沉淀?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下:

所以反應(yīng)后的沉淀主要是CaF2，其中第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的沉淀也有實(shí)驗(yàn)前加入的晶種。

兩組在相同的時(shí)間和相同的條件下進(jìn)行四個(gè)不同反應(yīng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為攪拌時(shí)間。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，重量為縱坐標(biāo)，記錄并統(tǒng)計(jì)四次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。通過兩種實(shí)驗(yàn)方法獲得的CaF2重量隨反應(yīng)時(shí)間的變化如圖2所示:

第一組沉淀CaF2的重量為:

其中m是干燥后測得的實(shí)際重量數(shù)據(jù)，m紙是A4紙的重量。

第二組沉淀CaF2的重量為:

其中，m晶種是第二次實(shí)驗(yàn)中加入的晶種的重量。

1.3結(jié)果分析

從圖2可以看出，在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件下，(1)在相同的沉淀反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，第二組加晶種的實(shí)驗(yàn)多于第一組不加晶種的實(shí)驗(yàn)；(2)再次比較兩條曲線，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，兩組實(shí)驗(yàn)中沉淀轉(zhuǎn)化子的重量差異較大。因此，向含氟廢水中依次加入晶種和CaCl2可以促進(jìn)CaF2沉淀的形成，即可以有效提高CaF2的沉淀轉(zhuǎn)化效率。進(jìn)一步探究原因是晶種形成晶核，能促進(jìn)晶種表面同晶型的F晶體，加速與Ca2+的沉淀反應(yīng)。

2.結(jié)論

含氟廢水對環(huán)境和人體有害。國家嚴(yán)格限制含氟廢水的排放。工業(yè)的發(fā)展也要求環(huán)保工業(yè)處理廢水。主要探討了加入氯化鈣和晶種對廢水中氟的去除效果，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法具有效率高、效果好的優(yōu)點(diǎn)，可為環(huán)保行業(yè)處理含氟廢水提供參考。CaF2用途廣泛，這種產(chǎn)品經(jīng)過含氟廢水處理后可以重復(fù)使用，包括玻璃、搪瓷、釉料等。(來源:東莞匯豐環(huán)?？萍加邢薰?

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