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

隨著我國(guó)工業(yè)的增長(zhǎng)，含氟廢水的排放量持續(xù)地在增加，已經(jīng)存在一些地區(qū)的水源含氟量超過(guò)1mg/L，造成了區(qū)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(duì)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(duì)人體帶來(lái)不利的影響，其又稱高氟水，嚴(yán)重的情況會(huì)引起氟骨病，因此多年來(lái)國(guó)家一直嚴(yán)格控制含氟廢水的排放。

　　對(duì)于含氟廢水的處理，一直以來(lái)有著眾多的學(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(yīng)(F與Ca2+反應(yīng))，生成氟化鈣沉淀從而可以除去F-。該方法對(duì)于大多數(shù)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(xiàn)僅使用F沉淀法處理后的廢水的含氟濃度不能穩(wěn)定地達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(zhuǎn)化效率。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)背景

　　化學(xué)研究表明，例如CaCO3這類鈣鹽的晶格能高，而水合能小，導(dǎo)致溶解度低，因此難溶于水。根據(jù)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(duì)由純凈水與NaF配制的溶液(模擬含氟廢水)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，而將CaCl2投入含氟廢水中讓其發(fā)生沉淀反應(yīng)，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(yīng)。下文將圍繞加不加晶種這個(gè)變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

　　為控制單一變量，兩組實(shí)驗(yàn)的含氟廢水、CaCl2溶液的參數(shù)一樣。利用純凈水與NaF配制含F(xiàn)濃度為2g/L的含氟廢水1L，兩組實(shí)驗(yàn)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(yàn)各取300mL，如此含氟廢水、CaCl2溶液的PH都呈中性，對(duì)反應(yīng)物不存在二次酸堿反應(yīng)的情況。根據(jù)表1，本文的實(shí)驗(yàn)適合在24°C環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

　　第一組實(shí)驗(yàn)，模擬傳統(tǒng)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(jì)時(shí)，在計(jì)時(shí)時(shí)間段內(nèi)連續(xù)攪拌。

　　第二組實(shí)驗(yàn)，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(xù)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(jì)時(shí)，在計(jì)時(shí)時(shí)間段內(nèi)連續(xù)攪拌。

　　兩組實(shí)驗(yàn)各進(jìn)行4次，探究?jī)山M實(shí)驗(yàn)在化學(xué)反應(yīng)時(shí)間推移上的差異，分別計(jì)時(shí)1min、2min、3min、4min，計(jì)時(shí)結(jié)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(nèi)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(jī)烘干，兩組實(shí)驗(yàn)的烘干時(shí)間相同(5分鐘)，烘干后及時(shí)對(duì)烘干對(duì)象進(jìn)行稱重并記錄。

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

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

　　兩組實(shí)驗(yàn)分別同時(shí)、同條件進(jìn)行4個(gè)反應(yīng)時(shí)間不同的實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間即攪拌時(shí)間。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，重量為縱坐標(biāo)，對(duì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)分別所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，兩組實(shí)驗(yàn)方法取得的沉淀物CaF2的重量隨反應(yīng)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(cè)為烘干后測(cè)量的實(shí)際重量數(shù)據(jù)，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(yàn)加入的晶種的重量。

　　1.3 結(jié)果分析

　　由圖2可見(jiàn)，在相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)條件的情況下，(1)同一沉淀反應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，加了晶種的第二組實(shí)驗(yàn)比不加晶種的第一組實(shí)驗(yàn)的沉淀轉(zhuǎn)化物多;(2)再對(duì)比兩條曲線，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，兩組實(shí)驗(yàn)的沉淀轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)晶在晶種的表面，加快了與Ca2+的沉淀反應(yīng)。

　　2、結(jié)語(yǔ)

　　含氟廢水對(duì)環(huán)境、人體有危害，國(guó)家嚴(yán)格限制含氟廢水的排放，工業(yè)的增長(zhǎng)同時(shí)需要環(huán)保行業(yè)需要對(duì)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(shè)置了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法具有效率高、效果好的優(yōu)勢(shì)，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。