含氟废水化学改进方法

　含氟废水化学改进方法 含氟废水化学改进方法　

随着我国工业的增长，含氟废水的排放量持续地在增加，已经存在一些地区的水源含氟量超过1mg/L，造成了区域性的水质氟毒化。氟是一种微量元素，相关研究表明，若每升饮用水只有0.4~0.6毫克的含氟量，其对人体无害，而如果每升水具有大于1.5毫克的含氟量，则会对人体带来不利的影响，其又称高氟水，严重的情况会引起氟骨病，因此多年来国家一直严格控制含氟废水的排放。

　　对于含氟废水的处理，一直以来有着众多的学者进行研究，目前行业中使用最多的是F-沉淀法，该方法是把石灰加入排放的废水中进行化学反应(F与Ca2+反应)，生成氟化钙沉淀从而可以除去F-。该方法对于大多数企业来说处理成本比较低，容易被企业接受，但在使用过程中发现仅使用F沉淀法处理后的废水的含氟浓度不能稳定地达到一级排放标准的要求，因此相关人员都期望进一步研究辅助石灰沉淀法的工艺以再降低含氟浓度。除了石灰沉淀法，当然还有其他方法，例如电渗析法、离子交换树脂法等，但这两种方法的缺点是处理成本高，除氟效率不高，目前尚难以推广使用。本文围绕使用最多的氟离子沉淀法进行另一角度的研究，从工艺上改进以提高CaF2的沉淀转化效率。

　　1、实验

　　1.1 实验背景

　　化学研究表明，例如CaCO3这类钙盐的晶格能高，而水合能小，导致溶解度低，因此难溶于水。根据学者过去的研究可知CaX2(X=Cl，Br，I)都可溶于水，而CaF2难溶于水，如表1所示，因此本文选用CaCl2作为处理剂，对由纯净水与NaF配制的溶液(模拟含氟废水)进行处理。传统方式是直接将Ca(OH)2投入含氟废水中，本文为控制变量，利用CaCl2替代Ca(OH)2，避免Ca(OH)2本身对实验结果的影响，而将CaCl2投入含氟废水中让其发生沉淀反应，本文改进的方法是先加入适量的晶种于含氟废水中，再加入CaCl2进行反应。下文将围绕加不加晶种这个变量进行实验对比。

　　1.2 实验过程

　　为控制单一变量，两组实验的含氟废水、CaCl2溶液的参数一样。利用纯净水与NaF配制含F浓度为2g/L的含氟废水1L，两组实验各取300mL;利用纯净水与CaCl2配制含Ca2+浓度为1g/L的CaCl2溶液1L，同样的，两组实验各取300mL，如此含氟废水、CaCl2溶液的PH都呈中性，对反应物不存在二次酸碱反应的情况。根据表1，本文的实验适合在24°C环境的实验室进行。

　　第一组实验，模拟传统的石灰沉淀法，将300mL的含氟废水与300mL的CaCl2溶液混合于同一烧杯里，如图1A所示，并开始计时，在计时时间段内连续搅拌。

　　第二组实验，先将20g晶种投入300mL含氟废水的烧杯中，搅拌一会，然后继续将300mL的CaCl2溶液倒入含氟废水的烧杯中，如图1A所示，并开始计时，在计时时间段内连续搅拌。

　　两组实验各进行4次，探究两组实验在化学反应时间推移上的差异，分别计时1min、2min、3min、4min，计时结束后停止搅拌，并将进行过滤，过滤方法是把一张A4纸卷成漏斗状并放置于漏斗内表面并且紧贴漏斗，如图1B所示，A4纸卷的漏斗口大约保持为0.5mm即可，过滤完成后，A4纸连同沉淀物一起通过烘干机烘干，两组实验的烘干时间相同(5分钟)，烘干后及时对烘干对象进行称重并记录。

　　根据化学反应原理：溶解度较大的氯化钙可与含F-的溶液发生复分解反应生成溶解度较小的沉淀，化学反应方程式为：

　　因此，反应后的沉淀物主要为CaF2，其中第二组实验的沉淀物还有实验前加入的晶种。

　　两组实验分别同时、同条件进行4个反应时间不同的实验，反应时间即搅拌时间。以时间为横坐标，重量为纵坐标，对4个实验分别所得的数据进行记录与统计，两组实验方法取得的沉淀物CaF2的重量随反应时间的变化如图2所示：

　　第一组沉淀物CaF2的重量为：

　　式中，m_测为烘干后测量的实际重量数据，m_纸为A4纸的重量。

　　第二组沉淀物CaF2的重量为：

　　式中，m_晶种为第二组实验加入的晶种的重量。

　　1.3 结果分析

　　由图2可见，在相同实验环境与实验条件的情况下，(1)同一沉淀反应的时间内，加了晶种的第二组实验比不加晶种的第一组实验的沉淀转化物多;(2)再对比两条曲线，随着反应时间的增加，两组实验的沉淀转化物的重量的差距越大。由此可见，在含氟废水中依次加入晶种、CaCl2，能促进生成沉淀物CaF2，即能有效提高CaF2的沉淀转化效率。进一步探究其原因，是晶种形成了晶核，能促进与之晶型相同的F结晶在晶种的表面，加快了与Ca2+的沉淀反应。

　　2、结语

　　含氟废水对环境、人体有危害，国家严格限制含氟废水的排放，工业的增长同时需要环保行业需要对废水进行处理，本文主要探究加入CaCl2以及晶种来去除废水的F的效果，设置了实验，验证了该方法具有效率高、效果好的优势，可为环保行业提供处理含氟废水的方法借鉴。CaF2的用途十分广泛，含氟废水处理后的这个生成物可再利用，其中就有用于制造玻璃、搪瓷、釉等方面。