钛合金化铣含氟废水处理技术研究

黄昕晨 裴金铃 蒋文彬 曲胜千 周 冠 魏立安

(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西 南昌 330063)

0 引言

氟是人体必需的微量元素之一，日常生活中饮用水中适宜的含氟浓度为0.5～1.0mg/L[1]。如果人体长期接触过量的无机氟化物，则会出现以骨骼改变为主的全身性疾病的现象，称为工业性氟病[2]。含氟废水对环境、牲畜、农作物以及人类健康都会造成严重影响[3]。

含氟废水的处理方法主要有化学沉淀法[4]、混凝沉淀法[5]、吸附法[6-9]、电凝聚法、电渗析法[10]、离子交换树脂法、反渗透法、液膜法等，应用较为普遍的方法是化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法，其它方法应用较少。

本研究以某航空企业钛合金酸洗过程中产生的高浓度含氟废水(300～1500mg/l)为研究对象，采用氢氧化钙+电凝聚法来对含氟水样进行实验，找出最佳参数。

1 实验方法及步骤

1.1 实验具体流程

采用二种处理流程：(1)先电解，后加氢氧化钙；(2)先加氢氧化钙，后电解。处理流程图分别见图1和图2。

图1 先电解，后加氢氧化钙实验

图2 先加氢氧化钙，后电解实验

1.2 实验步骤

配制氟离子浓度为1000mg/L的溶液。

①先用电凝聚法再加氢氧化钙来处理含氟废水

对于氟离子含量为1000mg/L的溶液，pH=3-4，电压U=110V，电流密度为10A/m2，处理水样10min后，再投加氢氧化钙，测定氟离子浓度。

②先加氢氧化钙再用电凝聚法处理含氟废水

先用氢氧化钙处理含氟废水，然后置于体积V=5L的槽体中，调节电压U=110V，在电流密度分别为1 A/m2、2 A/m2、4 A/m2、6 A/m2、8 A/m2、10A/m2条件下，处理水样10min后，测定氟离子浓度。

2 实验结果及分析

2.1 电凝聚+氢氧化钙对除氟效果的影响

取4800mL，1000mg/L的含氟水样，调节pH值为3-4，电流密度设定为10A/m2，电凝聚处理10min后水样静置2h，取上清液测得氟离子浓度为150.9mg/L，将其分为6份，每份水样800mL，分别投加Ca(OH)2的量为250mg、350mg、400mg、450mg、550mg、600mg，在150r/min 转速下搅拌30min，静沉1.5h后取上清液测残余氟离子浓度，变化趋势如图3所示。

图3 氢氧化钙投加量对除氟效果的影响图

由图3可知，氢氧化钙投加量为550mg时(氢氧化钙浓度为687mg/L)，可以使废水中氟离子浓度降到19.8mg/L。氢氧化钙在350～550mg之间，水样中残余氟离子浓度下降趋势较大，继续投加氢氧化钙，氟离子凝聚下降将会减慢，最低降至19.3mg/L，难以达到废水排放标准。

2.2 氢氧化钙+电凝聚对除氟效果的影响

取4800mL，1000mg/L的含氟水样，投加氢氧化钙3300mg，在150r/min 转速下搅拌30min，静置沉淀1.5h后取上清液测残余氟离子浓度，得出残余氟离子浓度27.4 mg/L。

(1)电凝聚时间对除氟效果的影响

在氢氧化钙沉淀的基础上，将实验水样置于体积V=5L的槽体中，调节电压U=110V，电流密度为10A/m2，测定不同电凝聚时间残余氟离子浓度情况，见图4。

图4 上清液残氟与电凝聚时间的关系图

由图4可知，电凝聚10分钟时，残余氟离子浓度达到最低值2.78 mg/L，满足废水排放标准要求。

(2)电流密度对除氟效果的影响

在氢氧化钙沉淀的基础上，将实验水样置于体积V=5L的槽体中，调节电压U=110V，电凝聚10分钟，测定不同电流密度残余氟离子浓度情况，见图5。

图5 上清液残氟与电流密度的关系

由图5可知，当电流密度为2A/m2，处理水样10分钟后，氟离子的去除率最高，达到87.2%，对应的残余氟离子浓度3.51 mg/L。

3 结论

(1)采用电凝聚处理后投加氢氧化钙来处理含氟废水，虽然氟离子浓度可以由1000mg/L降至19.3mg/L，去除率达98.07%，但出水氟离子浓度难降到10mg/L以下，不能满足废水排放标准。

(2)采用氢氧化钙沉淀后，再进行电凝聚处理，氟离子浓度可以由1000mg/L降至3.51mg/L，去除率达99.6%，出水氟离子浓度可以满足废水排放标准。

[1]J.W.帕特森(美).工业废水处理技术手册[M].化学工业出版社，1985：145-148.

[2]GB 3234-83.工业性氟病诊断标准及处理原则[S].

[3]刘焕文.大气氟污染与家畜慢性氟中毒的研究[J].天则出版社，1989：6-11.

[4]张榴红.利用电石渣废液处理含氟污水[J].化工给排水设计，1993(1)：17-19.

[5]程银芳.混凝沉淀法深度处理含氟废水[J]精细石油化工进展，2011，12(9)：37-40.

[6]陈德武.含氟废水处理的最新研究进展[J]环保论坛，2012，29：426-427.

[7]Cengloglu Y，Kir E，Ersoz M.Removal of fluoride from aqueous solution by using red mud[J].Separation and Purifaction Technology，2002，28：81-86.

[8]马志毅，周凤鸣.用粉煤灰处理含氟废水研究[J].中国环境科学，1991，11(6)：460-463.

[9]马艳然，樊宝生.粉煤灰处理含氟废水[J].水处理技术，1993，19(6)：55-359.

[10]邓昌亮，徐海宁，王鲁敏.龙口褐煤对氟离子吸附的研究[J].化学研究与应用，1999，11(2)：199-202.