鈣沉淀法處理含氟廢水的實驗研究

摘要：以含氟廢水為研究對象，用石灰—氯化鈣沉淀法處理含氟廢水。探究不同配比氯化鈣和氧化鈣對含氟廢水處理效果的影響，得出處理含氟廢水的最佳配比。使處理后廢水中的氟濃度達到排放標準要求。實驗結(jié)果為當氯化鈣與氧化鈣摩爾比為1：1時處理效果較好且經(jīng)濟合理，符合排放標準要求。

關(guān)鍵詞：含氟廢水 除氟 沉淀

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0004-02

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，含氟廢水的排放量越來越大，大量的含氟工業(yè)廢水如果不經(jīng)處理直接排放，將會對環(huán)境造成很大的污染，并危害人民的健康和生活。氟含量超過或低于允許范圍對人體會造成很大的危害。

為了保護人民的生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量，對含氟廢水的除氟研究勢在必行。除氟的方法有吸附法，電凝聚法、反滲透法、離子交換法、化學沉淀法和混凝沉降法等[6]。

目前，處理含氟廢水的方法主要是沉淀法和吸附法[3]，其中鈣沉淀法由于工藝簡單，運行成本低，是一種使用最多的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

主要儀器：721型分光光度計、25mL具塞比色管、電子分析天平、烘箱。

模擬含氟廢水：稱量420mgNaF至于聚乙烯燒杯中，加入1000mL的蒸餾水配制成F- 190mg/L的溶液，備用。

1.2 分析方法

以Fe3+為絡(luò)合劑，以磺基水楊酸為顯色劑建立了分光光度法測定氟離子[1]。

分別準確移取氟離子標準溶液（0.01mg/mL）0.00，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00，12.00mL，于25mL比色管中，準確移取5.50mL Fe3+標準溶液于25mL比色管中，依次加人1mL 0.2%磺基水楊酸，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。用lcm比色池，以試劑空白為參比，在500nm處測定吸光度（A）。

由試劑測得的吸光度減去空白實驗的吸光度后，繪制標準曲線，從而計算含氟廢水的濃度。

1.3 實驗方法

配比實驗：取100mL配置的含氟廢水于聚乙烯燒杯中，按17組配比稱量氯化鈣和氧化鈣，溶于含氟廢水中，攪拌均勻后靜置1h。將反應(yīng)后的溶液過濾，取濾液1mL于比色管中，依次加入1mL0.2%磺基水楊酸，5.5mL鐵試劑，用1cm比色皿以試劑空白為參比，在500nm處測定吸光度。根據(jù)標準曲線計算得去除率。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 最佳配比的確定

不同氯化鈣和氧化鈣配比所對應(yīng)的去除率如圖所示。

1）在其他條件不變的情況下，按1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1的氯化鈣和氧化鈣配比分別處理模擬含氟廢水，處理后用分光光度法測定吸光度，然后用標準曲線計算處理后廢水中的氟含量，最后計算得去除率。以氯化鈣和氧化鈣的比值為橫坐標，以去除率為縱坐標，繪制氯化鈣和氧化鈣的比對去除率的影響曲線，如圖1所示。

由圖1可得，用氯化鈣和氧化鈣處理含氟廢水的處理效率最高可達76.25%，當氯化鈣和氧化鈣的配比在3：1時達到了最高處理效率。氯化鈣和氧化鈣的比值為1：1時，對含氟廢水的處理效率為75.5%，氯化鈣與氧化鈣的比值為2：1時，對含氟廢水的處理效率為71.25%。說明在此時，隨著氯化鈣在配比中所占比例的增加，對含氟廢水的去除率率增大。之后隨著氯化鈣和氧化鈣比值的增加，其對氟的去除率迅速降低，雖然在比值為5：1時，其去除率有所回升，但回升不太，去除率仍然很低。而且在配比達到8：1～9：1時，其去除率不足10%。則說明持續(xù)增加氯化鈣所占比例，并不能使除氟效果無限度的增加，隨著比值的增大，其去除率反而降低。

2）在其他條件不變的情況下，按1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1的氧化鈣和氯化鈣配比分別處理模擬含氟廢水，以同樣的方法計算去除率，繪制氧化鈣和氯化鈣的比對去除率的影響曲線，如圖2所示。

由圖2可知，氧化鈣和氯化鈣混合后處理含氟廢水的最佳處理效率為75.7%，即在氧化鈣和氯化鈣的比值為1：1和2：1時。之后，隨著比值的增大，其對含氟廢水的處理效率迅速降低，雖然在比值為6：1時，對氟的去除率有所回升，但總體來說，去除效率不高。理論上，隨著氧化鈣的增加，上清液中的氟離子濃度不斷減小[4]，但實際上氧化鈣投入水中后反應(yīng)生成的Ca（OH）2會與生成的CaF2發(fā)生共溶現(xiàn)象，因而，氧化鈣持續(xù)增加時，并不能使去除率不斷增大。

3）由以上數(shù)據(jù)可知，當氯化鈣和氧化鈣的比為3：1、2：1、1：1、1：2時，對含氟廢水的處理效果較好。從處理效果和經(jīng)濟等方面綜合考慮，氯化鈣和氧化鈣的比值為1時，對氟的去除率最高，除氟效果最佳。但在此時除氟效果為75.7%，則可能是受沉淀時間的影響，時間較短時，CaF2可能會沉淀不完全[7]，由于當剩余氟離子濃度較小時，產(chǎn)生沉淀的速度將會減慢，所以如果沒有足夠的沉淀時間時，就會導(dǎo)致對氟的去除率不高。

2.2 鈣沉淀法機理探究

用鈣沉淀法處理含氟廢水時，鈣離子與氟離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，從而達到去除廢水中氟離子的目的。根據(jù)同離子效應(yīng)，當鈣離子濃度增加時，會使氟化鈣的沉淀—溶解平衡向生成氟化鈣的方向移動，氟離子濃度會降低。

石灰—氯化鈣沉淀法反應(yīng)方程式如下：

溶液中主要電離方程式如下：

18℃時由CaF2的溶度積常數(shù)Ksp=2.2×10-11可以計算，當在CaF2它的理論溶解度為15.6mg/L，折算成[F]為7.8mg/L，即當CaF2濃度超過此溶解度限值時即產(chǎn)生沉淀物[2]。

從理論上，采用鈣沉淀法處理含氟廢水后，其氟含量理應(yīng)可能達到國家排放標準。但實際上，當氟的殘留量為10～20mg/L時，形成沉淀的速度會減慢，當水中含有氯化鈣等鈣鹽時，由于同離子效應(yīng)會降低F-的溶解度[5]。而且Ca（OH）2會與生成的CaF2產(chǎn)生共溶現(xiàn)象，不利于氟化物沉淀的形成，使除氟效率降低。同時過量的Ca（OH）2會導(dǎo)致吸收液的pH值偏高無法達到排放標準，將Ca（OH）2與CaCl2以一定的比例混合就可即利用同離子效應(yīng)又不發(fā)生共溶現(xiàn)象，從而提高氟的去除率并使達到排放標準。

3 結(jié)語

1）用比值不同的氯化鈣和氧化鈣處理含氟廢水時，對氟的去除率是不相同的。比值過高或過低時，去除率都較低，在比值為1附近時，對含氟廢水的處理效率達到最佳，所以實驗所得的處理含氟廢水的最佳氯化鈣和氧化鈣配比為1：1。

2）用石灰—氯化鈣沉淀法處理含氟廢水時，在最佳配比時的去除率為75.7%，去除率不高，可能是受pH值、溫度、沉淀時間等的影響。在以后的實驗中可以探究pH值、溫度等對氟去除率的影響，也可以適當增加沉淀時間或進一步添加絮凝劑提高去除效果。

參考文獻

[1] 徐應(yīng)興，魏艷，陳紅梅，等.Fe3+磺基水楊酸顯色分光光度法測定水中氟含量[J].清洗世界，2010，26（7）：26-28.

[2] 許立巍.酸性高氟稀土礦冶煉廢水處理試驗研究[D].桂林：桂林工學院，2003.

[3] 劉梅英，蘇永渤，陳立杰，等.酸性高氟廢水處理方法的研究[J].工業(yè)水處理，2003，23（7）：39-40.

[4] 許國強.高氟廢水除氟特性研究[J].湖南有色金屬，2005，21（3）：24-26.

[5] 任錦霞.高氟廢水除氟實驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2004.

[6] 陳立杰，李生毅，陳健，等.高氟廢水處理方法的研究[J].遼寧化工，2006，35（5）：264-265.

[7] 石榮.含高氟廢水處理方法的研究[D].東北大學，2002.