含氟廢水化學(xué)改進(jìn)方法

　含氟廢水化學(xué)改進(jìn)方法 含氟廢水化學(xué)改進(jìn)方法　

隨著(zhù)我國工業(yè)的增長(cháng)，含氟廢水的排放量持續地在增加，已經(jīng)存在一些地區的水源含氟量超過(guò)1mg/L，造成了區域性的水質(zhì)氟毒化。氟是一種微量元素，相關(guān)研究表明，若每升飲用水只有0.4~0.6毫克的含氟量，其對人體無(wú)害，而如果每升水具有大于1.5毫克的含氟量，則會(huì )對人體帶來(lái)不利的影響，其又稱(chēng)高氟水，嚴重的情況會(huì )引起氟骨病，因此多年來(lái)國家一直嚴格控制含氟廢水的排放。

　　對于含氟廢水的處理，一直以來(lái)有著(zhù)眾多的學(xué)者進(jìn)行研究，目前行業(yè)中使用最多的是F-沉淀法，該方法是把石灰加入排放的廢水中進(jìn)行化學(xué)反應(F與Ca2+反應)，生成氟化鈣沉淀從而可以除去F-。該方法對于大多數企業(yè)來(lái)說(shuō)處理成本比較低，容易被企業(yè)接受，但在使用過(guò)程中發(fā)現僅使用F沉淀法處理后的廢水的含氟濃度不能穩定地達到一級排放標準的要求，因此相關(guān)人員都期望進(jìn)一步研究輔助石灰沉淀法的工藝以再降低含氟濃度。除了石灰沉淀法，當然還有其他方法，例如電滲析法、離子交換樹(shù)脂法等，但這兩種方法的缺點(diǎn)是處理成本高，除氟效率不高，目前尚難以推廣使用。本文圍繞使用最多的氟離子沉淀法進(jìn)行另一角度的研究，從工藝上改進(jìn)以提高CaF2的沉淀轉化效率。

　　1、實(shí)驗

　　1.1 實(shí)驗背景

　　化學(xué)研究表明，例如CaCO3這類(lèi)鈣鹽的晶格能高，而水合能小，導致溶解度低，因此難溶于水。根據學(xué)者過(guò)去的研究可知CaX2(X=Cl，Br，I)都可溶于水，而CaF2難溶于水，如表1所示，因此本文選用CaCl2作為處理劑，對由純凈水與NaF配制的溶液(模擬含氟廢水)進(jìn)行處理。傳統方式是直接將Ca(OH)2投入含氟廢水中，本文為控制變量，利用CaCl2替代Ca(OH)2，避免Ca(OH)2本身對實(shí)驗結果的影響，而將CaCl2投入含氟廢水中讓其發(fā)生沉淀反應，本文改進(jìn)的方法是先加入適量的晶種于含氟廢水中，再加入CaCl2進(jìn)行反應。下文將圍繞加不加晶種這個(gè)變量進(jìn)行實(shí)驗對比。

　　1.2 實(shí)驗過(guò)程

　　為控制單一變量，兩組實(shí)驗的含氟廢水、CaCl2溶液的參數一樣。利用純凈水與NaF配制含F濃度為2g/L的含氟廢水1L，兩組實(shí)驗各取300mL;利用純凈水與CaCl2配制含Ca2+濃度為1g/L的CaCl2溶液1L，同樣的，兩組實(shí)驗各取300mL，如此含氟廢水、CaCl2溶液的PH都呈中性，對反應物不存在二次酸堿反應的情況。根據表1，本文的實(shí)驗適合在24°C環(huán)境的實(shí)驗室進(jìn)行。

　　第一組實(shí)驗，模擬傳統的石灰沉淀法，將300mL的含氟廢水與300mL的CaCl2溶液混合于同一燒杯里，如圖1A所示，并開(kāi)始計時(shí)，在計時(shí)時(shí)間段內連續攪拌。

　　第二組實(shí)驗，先將20g晶種投入300mL含氟廢水的燒杯中，攪拌一會(huì )，然后繼續將300mL的CaCl2溶液倒入含氟廢水的燒杯中，如圖1A所示，并開(kāi)始計時(shí)，在計時(shí)時(shí)間段內連續攪拌。

　　兩組實(shí)驗各進(jìn)行4次，探究?jì)山M實(shí)驗在化學(xué)反應時(shí)間推移上的差異，分別計時(shí)1min、2min、3min、4min，計時(shí)結束后停止攪拌，并將進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾方法是把一張A4紙卷成漏斗狀并放置于漏斗內表面并且緊貼漏斗，如圖1B所示，A4紙卷的漏斗口大約保持為0.5mm即可，過(guò)濾完成后，A4紙連同沉淀物一起通過(guò)烘干機烘干，兩組實(shí)驗的烘干時(shí)間相同(5分鐘)，烘干后及時(shí)對烘干對象進(jìn)行稱(chēng)重并記錄。

　　根據化學(xué)反應原理：溶解度較大的氯化鈣可與含F-的溶液發(fā)生復分解反應生成溶解度較小的沉淀，化學(xué)反應方程式為：

　　因此，反應后的沉淀物主要為CaF2，其中第二組實(shí)驗的沉淀物還有實(shí)驗前加入的晶種。

　　兩組實(shí)驗分別同時(shí)、同條件進(jìn)行4個(gè)反應時(shí)間不同的實(shí)驗，反應時(shí)間即攪拌時(shí)間。以時(shí)間為橫坐標，重量為縱坐標，對4個(gè)實(shí)驗分別所得的數據進(jìn)行記錄與統計，兩組實(shí)驗方法取得的沉淀物CaF2的重量隨反應時(shí)間的變化如圖2所示：

　　第一組沉淀物CaF2的重量為：

　　式中，m_測為烘干后測量的實(shí)際重量數據，m_紙為A4紙的重量。

　　第二組沉淀物CaF2的重量為：

　　式中，m_晶種為第二組實(shí)驗加入的晶種的重量。

　　1.3 結果分析

　　由圖2可見(jiàn)，在相同實(shí)驗環(huán)境與實(shí)驗條件的情況下，(1)同一沉淀反應的時(shí)間內，加了晶種的第二組實(shí)驗比不加晶種的第一組實(shí)驗的沉淀轉化物多;(2)再對比兩條曲線(xiàn)，隨著(zhù)反應時(shí)間的增加，兩組實(shí)驗的沉淀轉化物的重量的差距越大。由此可見(jiàn)，在含氟廢水中依次加入晶種、CaCl2，能促進(jìn)生成沉淀物CaF2，即能有效提高CaF2的沉淀轉化效率。進(jìn)一步探究其原因，是晶種形成了晶核，能促進(jìn)與之晶型相同的F結晶在晶種的表面，加快了與Ca2+的沉淀反應。

　　2、結語(yǔ)

　　含氟廢水對環(huán)境、人體有危害，國家嚴格限制含氟廢水的排放，工業(yè)的增長(cháng)同時(shí)需要環(huán)保行業(yè)需要對廢水進(jìn)行處理，本文主要探究加入CaCl2以及晶種來(lái)去除廢水的F的效果，設置了實(shí)驗，驗證了該方法具有效率高、效果好的優(yōu)勢，可為環(huán)保行業(yè)提供處理含氟廢水的方法借鑒。CaF2的用途十分廣泛，含氟廢水處理后的這個(gè)生成物可再利用，其中就有用于制造玻璃、搪瓷、釉等方面。