河砂耦合石灰沉淀法处理高浓度酸性含氟废水的研究
2016-11-02谢奇文杜晓濛盛国军易湘琢
谢奇文 杜晓濛 盛国军 易湘琢
本文以某光伏电厂含氟废水为试验对象，在传统采用石灰化学沉淀法的基础上，将河砂除氟与钙盐除氟工艺相结合，最终实现了出水F-达标排放，并且降低了药剂用量，减少了污泥的产生量，降低了废水的处理成本。
一、实验部分
1.1试验水样
本试验水样为某光伏电厂含氟废水，其氟化物质量浓度（以F-计）为1000-1100mg/L，
水质为酸性。
另取40%氢氟酸自配不同浓度的含氟废水。
1.2 试剂与仪器
试剂：氢氟酸、河砂、盐酸、硝酸、三氯化铁、PAC、氢氧化钙，以上试剂均为分析纯。
仪器：pHS-25计，雷磁-上海仪电科学仪器股份有限公司；
101A-3电热鼓风恒温干燥箱，上海康路仪器设备有限公司；
SHZ-D（III）循环水式多用真空泵，天津华鑫仪器厂，HJ-4机械搅拌器，常州市人和仪器厂；
FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。
1.3工艺流程
本试验采用河砂-石灰混凝沉淀工艺，在传统石灰混凝沉淀工艺基础上，增加一段河砂除氟工艺，其机理是河砂首先在一级反应池中与废水中的HF反应，部分生成SiF4气体被去除，部分生成H2SiF6，然后H2SiF6和废水中未反应的HF在二级反应池中与Ca（OH）2等钙盐反应生成CaSiF6和CaF2沉淀，再经PAM絮凝沉淀脱水后得以去除，出水氟含量可降低到《污水综合排放标准》GB8978-1996 一级标准以下。
与钙盐混凝沉淀工艺相比，此工艺一方面可减少Ca（OH）2等钙盐的用量，减少药剂成本，另一方面可减少后续污泥的产量，从而降低污泥的处理成本。
二、结果与讨论
2.1氢氟酸浓度对河砂溶解反应的影响
固定河砂质量m=10g，浸泡反应时间t=40h等实验参数不变的情况下改变氢氟酸溶液的浓度，分别加入质量分数为0.5%、1.0%、2%、5%、10%、15%、20%、40%的氢氟酸溶液20mL，浸泡反应40h。反应完后，洗净河砂干燥称重，计算河沙前后的反应率，以探究氢氟酸浓度对河沙的溶解反应的影响。
2.2浸泡时间对河砂溶解反应的影响
固定河砂质量m=10g，氢氟酸溶液体积20mL及浓度为1.0%等实验参数不变的情况下改变浸泡反应的时间，分别浸泡反应0.5h、1.0h、2.0h、5.0h、10.0h和20h。
反应完后，洗净河砂干燥称重，计算河沙前后的反应率，以探究氢氟酸浓度对河沙的溶解反应的影响。随着浸泡时间的增加，河砂的反应率逐渐增加。
在氢氟酸浓度为1.0%时，浸泡反应3h，河砂的反应率为35%；当浸泡反应时间增加到20h，河砂的反应率增加到65%。
2.3盐酸浓度对河砂处理含氟废水的影响
固定河砂质量m=2.0g，搅拌反应时间为20h，稀释10倍后的光伏电厂含氟废水为2L等参数不变，分别加入0、2.5、5.0、10.0和20.0mL 2%的稀盐酸，此时废水中的盐酸浓度分别为0、0.0025%、0.005%、0.01%和0.02%，反应完后，过滤，干燥称量，即使河砂的反应率；
反应后的废水加入一定量的Ca（OH）2调pH=8.0，搅拌反应1h，使SiF62-与Ca（OH）2反应完全，静置沉淀，过滤干燥，测沉淀干重并进行比较。随着盐酸浓度的增加，河砂的反应率逐渐下降，产生的沉淀污泥量逐渐上升，不加盐酸时，河砂的反应率为25%左右，产生沉淀量为0.3g/L左右；当盐酸浓度增加到0.02%时，河砂反应率快速下降至3%左右，产生沉淀量增加到0.35g/L左右。
因此Cl-的存在会抑制河砂和F-的反应，故在用河砂处理含氟废水时，要避免Cl-的引入。
2.4搅拌反应时间对河砂处理含氟废水的影响
固定河砂质量m=10g，含氟废水原水体积200mL等实验参数不变的情况下改变反应的时间，分别搅拌反应1.0h、2.5h、5.0h、10.0h和20h。
反应完后，洗净河砂干燥称重，计算河沙前后的反应率，以探究反应时间对河沙处理含氟废水的影响，随着搅拌反应时间的增加，河砂反应率逐渐上升，在5h内，河砂反应的速度较快，随后反应速率变慢，当搅拌反应时间达到10h时，河砂的反应率达到了51.35%，继续延长反应时间，河砂的反应率增幅较少，并逐渐趋于平稳。
三、结论
1、经试验研究发现，河砂和氢氟酸反应率随着氢氟酸浓度的增加逐渐增加，并且两者之间存在一定的线性关系，线性方程为y=1.046x+0.015（R2=0.998）。Cl-的存在会抑制河砂和HF的反应，因此在用河砂处理含氟废水时，要避免Cl-的引入。
2、采用河砂-石灰混凝沉淀法处理酸性高浓度含氟废水，最佳河砂处理含氟废水工艺条件为pH=1，反应时间为10h，石灰混凝沉淀pH=8.5，整工艺所消耗的石灰药剂用量要比石灰混凝沉淀法低10.8%，产生的沉淀量要低8.7%，并且出水可稳定达到GB8978-1996 一级标准以下。
