高效脫氟劑 NY—Z02 深度處理含氟礦井涌水

胡克偉　楊康　何建　姚理為　徐月冰　顏志良

摘 要：文章采用高效脫氟劑NY-Z02對廣西某礦井涌水進行了深度除氟處理工藝研究。小試結果表明，常溫下，調節廢水pH=6～7，NY-Z02用量0.5‰，反應時間15 min，然后采用PAM進行絮凝、沉淀后的處理出水中氟濃度由6.2 mg/L降低至0.54 mg/L。中試結果表明，在其他條件不變的情況下，NY-Z02用量降低至0.4‰時，即可將礦井涌水中氟濃度降低至0.58 mg/L，滿足排放要求，此時噸水處理的藥劑成本僅為0.69元。

關鍵詞：含氟廢水；NY-Z02；深度處理；礦井涌水

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0173-02

1 概 述

氟（F）屬鹵族元素，在元素周期表中原子序數為9，原子量為19。融點-220 ℃，沸點-188 ℃，在20 ℃條件下為淡白-黃色的氣體。

氟是人體生命活動必需的一種微量元素，具有多方面的生理作用。但如果人體攝入過量的氟及其化合物，將會對人體產生一系列毒副作用。氟及其化合物能抑制酶的催化功能，此外，還能使血清鈣下降，抑制凝血機制[1]。過量吸入氟化氫或內服氟化鈉，會引起急性中毒，導致咳嗽、發熱、咳嗽、胸部緊迫感、血壓下降等，使心臟和呼吸受到抑制，甚至導致死亡。飲用水中氟含量超過1 mg/L，能夠使居民患“氟斑牙”的癥狀，濃度達到4～6 mg/L，小兒將全部都患“氟斑牙”，更高的氟濃度還能導致嚴重的佝僂病。氟及其可溶性化合物等對植物也有極大危害。針對以上情況，我國規定地表水中氟含量限值為1.0 mg/L[2]。

廣西賀州市某選礦廠原礦開采過程中所產生的礦井涌水含氟超標，不能直接進行排放，需進行除氟處理，達到《地表水環境標準》（GB 3838-2002）標準后才能外排。本文對此廢水展開了除氟試驗研究，在小試基礎上，進一步展開擴大化試驗，取得了比較滿意的處理效果。

2 實驗部分

2.1 廢水來源及水質

試驗水樣取自廣西賀州市某選礦廠原礦開采過程中產生的礦井涌水，廢水水質如下：F-6.2 mg/L，SS 54 mg/L，pH 7.2。

2.2 試劑和儀器

儀器：HJ-4A型數顯恒溫多頭磁力攪拌器；AY220型電子天平；pH-3C型精密pH計； PF-2-01氟離子選擇電極；MS-3型微波消解COD測定儀。

試劑：鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。NY-Z02為長沙依諾環保科技有限公司專用除氟劑，聚丙烯酰胺（PAM）為工業級產品。

2.3 實驗方法

取原廢水200 mL于燒杯中，置于磁力攪拌器上進行攪拌，加入專用除氟劑NY-Z02（配制濃度10%），5 min后，緩慢加入氫氧化鈉調節廢水的pH值，達到預定值后，繼續攪拌反應一定時間，隨后加入一定量PAM（配制濃度1‰）對沉淀進行絮凝，繼續攪拌約30～60 s后，靜置沉降，取上層清液，對殘余氟離子濃度進行測定分析。

2.4 分析方法

氟離子采用氟離子選擇電極法測定。

3 結果與討論

3.1 除氟劑NY-Z02投加量對除氟效果的影響

取原水200 ml，加入不同劑量的除氟劑NY-Z02（配制濃度：10%），反應5 min后，緩慢加入氫氧化鈉調節水樣的pH=7.0、磁力攪拌反應30 min。現象：加入除氟劑NY-Z02后，均有不同程度的沉淀生成，且隨著NY-Z02投加量的增加，沉淀量隨之增大。NY-Z02投加量對處理效果的影響，如圖1所示。

由圖1可知，隨著除氟劑NY-Z02投加量的增加，處理后出水中F-濃度逐漸降低，當NY-Z02投加量增加至0.5‰時，出水F-濃度趨于穩定，F-濃度由6.2 mg/L降低至1.15 mg/L，此時繼續加大藥劑投加量至0.7‰，出水F-濃度僅由1.15 mg/L降低至0.72 mg/L，而此時藥劑成本卻增加了將近1倍，因此，從節約藥劑成本的角度考慮，后續實驗取NY-Z02的最佳藥劑投加量為0.5‰。

3.2 pH值對處理效果的影響

在NY-Z02投加量0.5‰，反應時間30 min條件下，不同pH值對處理效果的影響，如圖2所示。

由圖2可知，pH值對F-的去除存在顯著影響。當pH=4時，廢水中F-的濃度為3.2 mg/L，當pH上升至6時，處理后的出水中F-濃度降至0.83 mg/L，隨后，在pH=6～7的范圍內，處理出水中F-濃度變化不大，約為0.52～0.81 mg/L。當pH值進一步提高至8時，處理出水中F-濃度顯著升高，達到2.8 mg/L。這說明此時被沉淀吸附的F-，發生了解吸，從而使F-出現返溶現象。因此，除F-反應pH值既不宜過酸，也不宜過堿，應控制在pH=6～7左右。

3.3 反應時間對去除效果的影響

在NY-Z02投加量0.5‰，調節反應pH=6.5的條件下，不同的吸附反應時間對處理效果的影響，如圖3所示。

由圖3可知，處理出水中F-濃度隨著反應時間的延長而降低。當反應進行至15 min時，出水中F-濃度降低至0.54mg/L，繼續增加反應時間，出水F-濃度趨于穩定，故確定最佳反應時間為15 min。

3.2 中試試驗

根據上述試驗結果，確定的礦井涌水除氟最佳工藝條件為：向廢水原水中投加專用除氟劑NY-Z02 0.5‰，反應5 min后用氫氧化鈉調節廢水pH值至6～7，攪拌反應15 min，然后投加PAM進行絮凝沉淀，出水中F-濃度降低至0.54 mg/L。

為了進一步為技術的工程化應用奠定堅實基礎，我們在廣西賀州某礦井實地展開了為期3天的中試試驗，設計處理能力2 t/h，72 h連續運行。試驗過程中，每隔1h取樣一次，取樣8次后，將樣品混合，測定混合樣中的F-濃度。根據測定結果對工藝參數（主要為除氟劑NY-Z02用量）進行調整優化，達到節約運行成本、優化工藝的目的。試驗結果，見表1。

從表1可知，中試試驗所取得的結果優于小試結果。小試結果表明，除氟劑NY-Z02用量需達到0.5‰，處理水中F-濃度才能降低至0.54 mg/L，而中試結果表明，當除氟劑NY-Z02用量僅為0.4‰時，處理水中氟濃度即達到0.58 mg/L，可以達標排放。

根據中試結果，我們對藥劑成本進行了核算，在最佳處理條件下噸水處理成本約為0.69元，具體見表2。

3.3 工藝設計

根據中試試驗確定的最佳工藝參數，確定工藝流程，如圖4所示。

生產廢水經調節池對來水的水質、水量進行調節，然后進入除氟反應池，采用加藥泵向池中投加專用除氟劑NY-Z02和NaOH，控制反應池pH值6～7范圍，，反應時間15～20 min，反應池出水進入絮凝池，通過投加PAM使反應池形成的細小絮體形成大的絮體后進入斜管池進行沉淀分離，出水經清水池儲存后回用或達標排放。

4 結 語

①專用除氟劑NY-Z02具有優異的除氟效果，在其他條件不變的情況下，NY-Z02用量越大，出水中殘余的F-濃度越低。

②小試實驗中，在NY-Z02投加量為0.5‰，氫氧化鈉調節廢水pH值至6～7，攪拌反應15 min，然后投加PAM進行絮凝沉淀，出水中F-濃度降低至0.54 mg/L。

③中試試驗結果表明，當除氟劑NY-Z02用量為0.4‰時，處理出水中氟濃度即降至0.58 mg/L，可以達標排放；中試試驗所取得的結果優于小試結果。

④小試和中試結果表明，采用專用除氟劑NY-Z02進行廢水除氟，效果好、運行費用低，具有良好的工程應用前景。

參考文獻：

[1] [Machoy Mokrzynska：A .Fuorine in toxicology，medicine，and environment protection，Fluorine Vol.32，No.4 248～250，1999.

[2] GB 5749-2006，生活飲用水衛生標準[S].