含氟废水的化学改良方法

随着我国工业的发展，含氟废水的排放量不断增加。部分地区水源氟含量超过1mg/L，造成区域性水质氟中毒。氟是一种微量元素。相关研究表明，如果每升水含氟量仅为0.4~0.6毫克，对人体无害，而如果每升水含氟量大于1.5毫克，则会给人体带来不良影响，也称高氟水，严重者会引起氟中毒。因此，国家多年来一直严格控制含氟废水的排放。

对于含氟废水的处理，许多学者一直在进行研究。目前，工业上广泛采用F-沉淀法。这种方法是在排出的废水中加入石灰进行化学反应(F与Ca2+反应)生成氟化钙沉淀，从而可以去除F-。这种方法的处理成本对大多数企业来说相对较低，容易被企业接受。但发现仅用F沉淀法处理的废水氟浓度不能稳定达到一级排放标准的要求，相关人员期待进一步研究辅助石灰沉淀法的工艺，进一步降低氟浓度。除了石灰沉淀法，还有其他方法，如电渗析法和离子交换树脂法。但这两种方法的缺点是处理成本高，除氟效率低，仍难以推广使用。本文从另一个角度对多氟离子沉淀法进行了研究，并对工艺进行了改进，提高了CaF2的沉淀转化效率。

1.实验

1.1实验背景

化学方面的研究表明，CaCO3等钙盐晶格能高，水合能低，导致溶解度低，所以几乎不溶于水。根据学者们过去的研究，已知CaX2(X=Cl，Br，I)全部溶于水，但CaF2几乎不溶于水，如表1所示。因此，本文选择CaCl2作为处理剂，对纯水和氟化钠配制的溶液(模拟含氟废水)进行处理。传统的方法是将Ca(OH)2直接投入到含氟废水中。本文以CaCl2代替Ca(OH)2作为控制变量，以避免Ca(OH)2本身对实验结果的影响，同时将CaCl2投加到含氟废水中使其沉淀。本文的改进方法是先在含氟废水中加入适量晶种，然后加入CaCl2进行反应。接下来，将围绕是否播种的变量进行实验比较。

1.2实验过程

为了控制单一变量，两组实验中含氟废水和氯化钙溶液的参数相同。用纯净水和氟化钠配制含氟浓度为2g/L的含氟废水的1L，每组实验取300mL。用纯水和CaCl2配制Ca2+浓度为1g/L的1L CaCl2溶液，同样两组实验各取300mL，使含氟废水和CaCl2溶液的PH为中性，反应物不发生二次酸碱反应。根据表1，本文的实验适用于24℃的实验室。

第一组实验，模拟传统的石灰沉淀法，将300mL含氟废水和300ml CaCl 2溶液混合在同一个烧杯中，如图1A，开始计时，在计时期间进行连续搅拌。

第二个实验，先将20克晶种放入300毫升含氟废水的烧杯中，搅拌一会儿，然后将300毫升CaCl2溶液倒入含氟废水的烧杯中，如图1A所示，开始计时，计时期间继续搅拌。

每组进行4次实验，并探究两组之间化学反应时间的差异。计时分别为1分钟、2分钟、3分钟和4分钟。计时结束后，停止搅拌，过滤的方法是将一张A4纸卷成漏斗状，放在漏斗的内表面，靠近漏斗。如图1B所示，A4纸卷的漏斗口应保持在0.5毫米左右，过滤后，用烘干机将A4纸和沉淀物烘干。两组实验的干燥时间为

根据化学反应原理，溶解度较高的氯化钙可与含F-的溶液复分解生成溶解度较低的沉淀。化学反应方程式如下:

所以反应后的沉淀主要是CaF2，其中第二个实验的沉淀也有实验前加入的晶种。

两组在相同的时间和相同的条件下进行四个不同反应时间的实验，反应时间为搅拌时间。以时间为横坐标，重量为纵坐标，记录并统计四次实验所得数据。通过两种实验方法获得的CaF2重量随反应时间的变化如图2所示:

第一组沉淀CaF2的重量为:

其中m是干燥后测得的实际重量数据，m纸是A4纸的重量。

第二组沉淀CaF2的重量为:

其中，m晶种是第二次实验中加入的晶种的重量。

1.3结果分析

从图2可以看出，在相同的实验环境和条件下，(1)在相同的沉淀反应时间内，第二组加晶种的实验多于第一组不加晶种的实验；(2)再次比较两条曲线，随着反应时间的增加，两组实验中沉淀转化子的重量差异较大。因此，向含氟废水中依次加入晶种和CaCl2可以促进CaF2沉淀的形成，即可以有效提高CaF2的沉淀转化效率。进一步探究原因是晶种形成晶核，能促进晶种表面同晶型的F晶体，加速与Ca2+的沉淀反应。

2.结论

含氟废水对环境和人体有害。国家严格限制含氟废水的排放。工业的发展也要求环保工业处理废水。主要探讨了加入氯化钙和晶种对废水中氟的去除效果，并通过实验验证了该方法具有效率高、效果好的优点，可为环保行业处理含氟废水提供参考。CaF2用途广泛，这种产品经过含氟废水处理后可以重复使用，包括玻璃、搪瓷、釉料等。(来源:东莞汇丰环保科技有限公司)

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