混合沉降法降低轉爐濁環水中氟含量試驗

馬安遠

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北秦皇島066326）

混合沉降法降低轉爐濁環水中氟含量試驗

馬安遠

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北秦皇島066326）

單純的氯化鈣沉淀法不能把含氟量較高的轉爐濁環水中的氟含量降低到較低水平,氯化鈣與PAC（Al2(SO4）3)的混合沉降法可以將含氟量如此高的OG水中的氟降低到40 mg/L以下。其中,PAC的處理效果優于Al2(SO4)3,在pH值范圍8.0～8.5時,氯化鈣投加量為3000～3500 mg/L，PAC投加2～3mg/L的條件下,沉降1.5～2 h，處理后的水中氟含量可達40 mg/L以下。

氟含量；混合沉降法；轉爐濁環

1 引言

首秦公司轉爐濁環水（簡稱OG水）是用于冷卻煉鋼部轉爐煙道的水，其水屬于濁環水的一種，水質非常差。pH值≥10，電導率≥10000μS/cm，懸浮物≥150 mg/L，氟含量≥200 mg/L。如此惡劣的水質，一旦外排會對其它水系統造成非常嚴重的影響。尤其該水系統較高的氟含量，很容易與鈣離子反應生成難容的氟化鈣（Ca2++2F-=CaF2），影響其它冷卻設備的正常運行。特別是該系統的水一旦外排，會沿著排污管道流入污水處理站，高含量的氟與鈣離子形成難容的氟化物很容易堵塞污水處理站內除鹽站的反滲透，反滲透膜一旦被氟化鈣堵塞，很難清洗，導致更換反滲透膜。本文針對轉爐濁環水系統如此高氟含量開展降氟實驗，避免高氟含量的水進入污水處理站，影響反滲透設備的正常運行。

2 實驗部分

2.1 試驗原理

通過投加氯化鈣在含氟水中，所離解出的鈣離子與水中氟離子發生化學反應，當[Ca2+][F-]2≥Ksp時，產生CaF2沉淀[1]，加入混凝劑加速沉淀效果。在25℃時Ksp=3.9×10-11。反應式為：

2.2 試驗儀器

磁力攪拌器、1000 mL燒杯、氟離子測量儀、分析天平、pH計、膠頭滴管

2.3 試驗方法

在不同pH下，投加不同量氯化鈣、混凝劑，沉淀不同時間下，OG水降氟的效果。

3 試驗結果與分析

3.1 pH值對降氟效果的影響

隨著pH值的降低,水中的氟濃度逐漸降低,在pH=8.0～8.5時達到最低,強堿性水中氟濃度降低不多,除氟效果較差,主要因為存在著OH-與F-的競爭,這種競爭具有離子交換特征,但當水中OH-含量高于F-時，OH-與Ca2+結合的機率就大于F-與Ca2+的結合機率,故易形成Ca(OH)2沉淀，降氟效果不好，反之易形成CaF2沉淀,將水中的F-除去。但pH值降的太低，在酸性水中主要是生成HF或H2F2,雖降低了水中的F-,但水中的氟含量沒有降低，隨著pH的升高,HF酸解離,使F-濃度升高,但當pH＞7.5時水中氟含量又迅速降低。即在pH值小于這些值的情況下,水中氟的降低是由于形成了HF或H2F2,只有當pH值大于這些值時,才能形成CaF2沉淀去除水中的氟[2]。調節OG水pH值，向水中投加2000 mg/L氯化鈣，沉淀1 h后，取上清液，檢測其氟含量。

從圖1中看出,試驗結果與理論的結果比較接近,在pH在8～8.5之間時,水中氟含量達到最低值。

3.2 氯化鈣投加量對降氟效果影響

調節OG水pH在8～8.5間，向OG水中投加不同量氯化鈣，沉降1 h后，水系統內氟含量見圖2。

圖1 pH值變化對OG水中降氟的影響

圖2 氯化鈣投加量對OG水中降氟的影響

由試驗結果可看出，隨著氯化鈣投加量的增加，OG水中氟含量逐漸降低，當氯化鈣投加量為3000～3500 mg/L時，水中氟含量降低基本不變，趨于穩定，即氯化鈣最佳投加量為3000～3500 mg/L。

3.3 混凝劑對降氟效果的影響

單獨投加氯化鈣降氟，沉淀速度很慢，使用一些混凝劑會增加處理速度[3]。因此最佳的處理方法是先往含氟水中投加氯化鈣,攪拌一段時間后,再加聚鋁或硫酸鋁吸附微細晶體氟化鈣,使其快速沉降。

3.3.1 Al2(SO4)3投加量對降氟效果的影響

根據氯化鈣直接沉淀法中得出的規律,即氯化鈣投加到3000～3500 mg/L時,水中的殘氟濃度降低較慢,但此時加入一定混凝劑會使出水氟降到較低水平。故本試驗條件為加入CaCl2(3000 mg/L)攪拌10 min后,再加入不同量的Al2(SO4)3攪拌10 min,沉淀1 h,測上層清液中的氟含量,見圖3的試驗結果。

圖3中的曲線顯示了Al2(SO4)3的投加量與水中殘氟的關系,隨著Al2(SO4)3投量的增加,水中殘氟濃度逐漸降低,當Al2(SO4)3的投加量為4～5 mg/L時,水中氟濃度低于50 mg/L。

3.3.2 PAC投加量對降氟效果的影響

先加入CaCl2(3000 mg/L)攪拌10 min后,再投加不同量的PAC攪拌10 min,沉淀1 h,測上層清液中的氟含量,得到圖4的試驗結果。圖4中的曲線顯示了PAC的投加量與水中殘氟的關系,隨著PAC投量的增加,水中殘氟濃度逐漸降低,當PAC的投加量為2～3 mg/L時,出水中氟濃度低于50 mg/L。比較圖3和圖4的結果,可以得出投加PAC的效果要優于Al2(SO4)3的效果,要達到相同的處理效果,PAC的投加量遠遠小于Al2(SO4)3的投加量。

3.4 沉降時間對降氟效果影響

調節OG水pH值在8～8.5之間，向OG水中投加3000 mg/L氯化鈣，攪拌10 min，投加2 mg/L PAC，沉降不同時間，測上層清液中的氟含量,得到圖5的試驗結果。

由試驗結果可看出，隨著氯沉降時間的增加，OG水中氟含量逐漸降低，當沉降時間在1.5～2 h以上時，水中氟含量降低到40 mg/L以下，下降效果趨于穩定，即最佳沉降時間為1.5～2 h。

圖3 硫酸鋁的投加量對OG水降氟的影響

圖4 PAC投加量對OG水除氟效果的影響

圖5 不同沉淀時間對OG水降氟的影響

4 結論

氯化鈣與PAC混合沉降法降低OG水中氟含量的工藝參數是：OG水pH=8～8.5之間,氯化鈣投加量為3000～3500 mg/L，混合反應時間為10 min，投加2～3 mg/L的PAC，沉淀時間為1.5～2 h，可使OG水中氟含量降低至40 mg/L以下。

[1]郭瑞光等.含氟廢水中CaF2形成的動力學研究[J].環境與開發. 1994,9(4)：337～340.

[2]徐金蘭等.石灰沉淀-混凝沉淀處理含氟廢水的試驗[J].水處理技術.2003,10（5）：282～285.

[3]劉鴻儀等.石灰一硫酸鋁一聚丙烯酸胺法處理含氟廢水的試驗研究[J].工業水處理,1998,8(1)：27～30.

An Experiment on Reducing Fluorine Content in Converter Turbid Circulating W ater by M ixed Sedimentation

Ma Anyuan
（Qinhuangdao Shouqin Metal Material Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066326,China）

Using the calcium chloride sedimentation method alone cannot reduce the fluorine content in converter turbid circulating water to a low level,but adopting mixed sedimentation of calcium chloride and PAC can reduce the fluorine content in high-F OG water to below 40 mg/L.The treatment result of PAC process is better than that of Al2(SO4)3.With the pH value between 8.0～8.5,calcium chloride of 3000～3500 mg/L,PAC of 2～3 mg/L and sedimentation for 1.5～2 h,the fluorine content in the water reaches to less than 40 mg/L.

fluorine content;mixed sedimentation;converter turbid circulating water

TQ085

B

1006-6764（2015）02-0050-03

2014-09-02

馬安遠（1985-），男，大學本科學歷，助理工程師,現從事水質管理工作。參與編寫“一種降低連鑄二冷水氟含量的方法”的專利，專利號201010259053，公開號101898233A。