鈣沉淀法處理含氟廢水的實(shí)驗(yàn)研究

摘要：以含氟廢水為研究對(duì)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(duì)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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為當(dāng)氯化鈣與氧化鈣摩爾比為1：1時(shí)處理效果較好且經(jīng)濟(jì)合理，符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：含氟廢水 除氟 沉淀

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(huì)對(duì)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(duì)人體會(huì)造成很大的危害。

為了保護(hù)人民的生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量，對(duì)含氟廢水的除氟研究勢(shì)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(xué)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(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，是一種使用最多的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

主要儀器：721型分光光度計(jì)、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(cè)定氟離子[1]。

分別準(zhǔn)確移取氟離子標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確移取5.50mL Fe3+標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定吸光度（A）。

由試劑測(cè)得的吸光度減去空白實(shí)驗(yàn)的吸光度后，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，從而計(jì)算含氟廢水的濃度。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

配比實(shí)驗(yàn)：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(cè)定吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得去除率。

2 實(shí)驗(yàn)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(duì)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(cè)定吸光度，然后用標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算處理后廢水中的氟含量，最后計(jì)算得去除率。以氯化鈣和氧化鈣的比值為橫坐標(biāo)，以去除率為縱坐標(biāo)，繪制氯化鈣和氧化鈣的比對(duì)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(dá)76.25%，當(dāng)氯化鈣和氧化鈣的配比在3：1時(shí)達(dá)到了最高處理效率。氯化鈣和氧化鈣的比值為1：1時(shí)，對(duì)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(shí)，對(duì)含氟廢水的處理效率為71.25%。說明在此時(shí)，隨著氯化鈣在配比中所占比例的增加，對(duì)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(duì)氟的去除率迅速降低，雖然在比值為5：1時(shí)，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(dá)到8：1～9：1時(shí)，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(jì)算去除率，繪制氧化鈣和氯化鈣的比對(duì)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(shí)。之后，隨著比值的增大，其對(duì)含氟廢水的處理效率迅速降低，雖然在比值為6：1時(shí)，對(duì)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(shí)際上氧化鈣投入水中后反應(yīng)生成的Ca（OH）2會(huì)與生成的CaF2發(fā)生共溶現(xiàn)象，因而，氧化鈣持續(xù)增加時(shí)，并不能使去除率不斷增大。

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

2.2 鈣沉淀法機(jī)理探究

用鈣沉淀法處理含氟廢水時(shí)，鈣離子與氟離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，從而達(dá)到去除廢水中氟離子的目的。根據(jù)同離子效應(yīng)，當(dāng)鈣離子濃度增加時(shí)，會(huì)使氟化鈣的沉淀—溶解平衡向生成氟化鈣的方向移動(dòng)，氟離子濃度會(huì)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(shí)由CaF2的溶度積常數(shù)Ksp=2.2×10-11可以計(jì)算，當(dāng)在CaF2它的理論溶解度為15.6mg/L，折算成[F]為7.8mg/L，即當(dāng)CaF2濃度超過此溶解度限值時(shí)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(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。但實(shí)際上，當(dāng)氟的殘留量為10～20mg/L時(shí)，形成沉淀的速度會(huì)減慢，當(dāng)水中含有氯化鈣等鈣鹽時(shí)，由于同離子效應(yīng)會(huì)降低F-的溶解度[5]。而且Ca（OH）2會(huì)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(shí)過量的Ca（OH）2會(huì)導(dǎo)致吸收液的pH值偏高無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

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(shí)，對(duì)氟的去除率是不相同的。比值過高或過低時(shí)，去除率都較低，在比值為1附近時(shí)，對(duì)含氟廢水的處理效率達(dá)到最佳，所以實(shí)驗(yàn)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(shí)，在最佳配比時(shí)的去除率為75.7%，去除率不高，可能是受pH值、溫度、沉淀時(shí)間等的影響。在以后的實(shí)驗(yàn)中可以探究pH值、溫度等對(duì)氟去除率的影響，也可以適當(dāng)增加沉淀時(shí)間或進(jìn)一步添加絮凝劑提高去除效果。

參考文獻(xiàn)

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