CN114133007A - 一种深度除氟药剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深度除氟药剂及其使用方法，深度除氟药剂包括如下重量百分含量的组份：明矾20％‑30％、聚合氯化铝30％‑50％、硫酸铝10％‑20％、聚合硫酸铁10％‑20％、聚丙烯酰胺3％‑5％；深度除氟药剂的使用方法，包括如下步骤：测定含氟废水的pH值和氟离子浓度；向含氟废水内投加深度除氟药剂，搅拌，静置沉降。优点：与现有的钙盐除氟相比，处理后的废水中的氟化物的含量降低至1mg/L以下；而且采用本发明的除氟药剂除氟时有利于提高沉淀的沉降速度，除氟效率高；与传统的吸附法、离子交换法、反渗透法等深度除氟方法相比，本发明的除氟药剂成本低，适合大规模深度除氟。
Description
技术领域：
本发明涉及含氟废水处理技术领域，特别涉及一种深度除氟药剂及其使用方法。
背景技术：
氟化物广泛存在于自然水体中，北方地区地下水中氟化物含量高于地表水和南方地区的地下水。人体各组织中都含有氟，主要积聚在牙齿和骨骼中，适当的氟是人体所必需的，过量的氟对人体有危害。《生活饮用水卫生标准》规定F-含量小于1.0mg/L，《地表水质量标准》规定地表Ⅲ类水体F-含量小于1.0mg/L。
煤化工、焦化行业、半导体行业、玻璃纤维行业、光伏行业、金属冶炼行业等都会产生大量的含氟废水。国家《污水综合排放标准》一级排放标准中规定氟离子浓度小于10mg/L，《地表水环境质量标准》对氟化物要求≤1.5mg/L。
对于氟含量较高的废水处理，传统上通常采用钙盐沉淀法，主要是向废水中投加氧化钙(CaO)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氯化钙(CaCl2)等钙盐，使其与废水中的氟离子反应生成CaF2沉淀。然而，单一使用CaO或者Ca(OH)2来处理含氟废水，生成的CaF2沉淀会包裹在Ca(OH)2颗粒表面，使得钙盐利用效率较低，而且使用钙盐沉淀法除氟时，氟化钙在水中有一定的溶解度，当氟离子的残留量为10-20mg/L时，形成沉淀物的速度会减缓，另外，由于废水中含有一定量的盐类，如氯化钠、硫酸钠、氯化铵，将会增大氟化钙的溶解度；因此，采用钙盐沉淀法处理后的废水氟含量一般不会低于20-30mg/L，达不到国家的排放标准；而通过投加CaF2晶核、絮凝剂等药剂也仅能将氟离子的浓度降低到8-10mg/L，刚能满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)要求。
传统的深度除氟还有吸附法、离子交换法等，但投资成本和运行成本普遍偏高，且对水质要求严格，再生、反洗等频繁复杂，仅适用于处理少量废水，不适合大规模应用。因此，急需研究开发出一种深度除氟药剂来提高对含氟水体中氟离子的去除效果以满足越来越严格的含氟污水排放标准。
发明内容：
本发明的第一个目的在于提供一种除氟速度快、除氟效果好，并且能够同步降低废水浊度的深度除氟药剂。
本发明的第二个目的在于提供一种深度除氟药剂的使用方法。
本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种深度除氟药剂，其包括如下重量百分含量的药剂组份：明矾20％-30％、聚合氯化铝30％-50％、硫酸铝10％-20％、聚合硫酸铁10％-20％、聚丙烯酰胺3％-5％；以上各组份的重量百分含量之和为100％。
进一步地，将各所述药剂组份按比例称量后混合形成干基原料，再溶于水中，配制成深度除氟药剂，所述深度除氟药剂的质量百分比浓度为10％-30％。
进一步地，所述深度除氟药剂的pH值为3-5，使最终制得的深度除氟药剂偏酸性，不易水解，更有利于延长保存时间。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种深度除氟药剂的使用方法，其包括如下步骤：
(1)取含氟废水，并测定含氟废水的pH值和氟离子浓度；
(2)根据含氟废水的氟离子浓度，向含氟废水内投加深度除氟药剂，形成混合液，同时，将混合液的pH值调节为6.5至7，深度除氟药剂在中性条件下，容易水解，因此，在使用深度除氟药剂时，需要将含氟废水和深度除氟药剂的混合液调节为中性；
(3)搅拌10分钟至15分钟后，静置沉降20分钟至30分钟，完成深度除氟药剂的除氟过程。
进一步地，所述深度除氟药剂的干基原料投加量与含氟废水中的氟离子含量的比例为0.12-0.18g/mg。
本发明除氟原理：铝盐(即原料中的明矾、聚合氯化铝、硫酸铝)混凝剂水解后的部分铝以聚羟阳离子[Al13O4(OH)24]7+形态存在，该形态具有高电荷密度和中聚合度；由于F-和OH-的离子半径和电荷都十分接近，[Al13O4(OH)24]7+的部分OH-能够与F-产生离子交换，最后得到Al13Fn(OH)m沉淀；F-与OH-的交换反应发生在中性偏软酸性环境，pH在6-7为宜；F-能与铝盐中的Al3+、聚合硫酸铁中的Fe3+等阳离子形成络合物而沉降，如F-能与Al3+形成AlF(3-x)+x而夹杂在Al(OH)3中沉淀；原料中的聚丙烯酰胺所含基团取代上述产生的沉淀与水氢键的结合，从而使沉淀与水分离，即聚丙烯酰胺具有絮凝作用，能够使沉淀快速沉降，由此，本发明在以络合沉降和配位体交换两种除氟机理和作用，可以大幅提高除氟效率，能够将废水中氟化物浓度降低至1.0mg/L以下，并且反应速度快，产生的污泥量少。
本发明的优点：与现有的钙盐除氟相比，本发明的除氟药剂能够对废水的氟去除率达85％以上，对废水进行深度除氟，处理后的废水中的氟化物的含量降低至1mg/L以下；而且采用本发明的除氟药剂除氟时有利于提高沉淀的沉降速度，除氟效率高；与传统的吸附法、离子交换法、反渗透法等深度除氟方法相比，本发明的除氟药剂成本低，适合大规模深度除氟。
具体实施方式：
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种深度除氟药剂，其包括如下重量百分含量的药剂组份：明矾20％、聚合氯化铝40％、硫酸铝20％、聚合硫酸铁17％、聚丙烯酰胺3％，以上各组份的重量百分含量之和为100％。
实施例1所述的深度除氟药剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料称取
按如下重量百分含量称取各药剂组份：明矾20％、聚合氯化铝40％、硫酸铝20％、聚合硫酸铁17％、聚丙烯酰胺3％；
(2)配制深度除氟药剂
将步骤(1)中各药剂组份按比例称量后混合形成干基原料，再溶于水中，配制成质量百分比浓度为30％的深度除氟药剂；
(3)调节pH值，制取最终药剂成品
向步骤(2)配制的深度除氟药剂中加入酸，调节pH值为3，制取最终药剂成品；使最终制得的深度除氟药剂偏酸性，深度除氟药剂不易水解，更有利于延长保存时间。
实施例1所述的深度除氟药剂的使用方法，包括如下步骤：
(1)取含氟废水，并测定含氟废水的pH值和氟离子浓度；
(2)根据含氟废水的氟离子浓度，向含氟废水内投加深度除氟药剂，形成混合液，同时，将混合液的pH值调节为6.5至7；深度除氟药剂在中性条件下，容易水解，因此，在使用深度除氟药剂时，需要将含氟废水和深度除氟药剂的混合液调节为中性；其中，深度除氟药剂的投加量，是以深度除氟药剂的干基原料投加量与含氟废水中的氟离子含量的比例为0.12-0.18g/mg计算。
(3)搅拌10分钟至15分钟后，静置沉降20分钟至30分钟，完成深度除氟药剂的除氟过程。
实施例2：本发明提供一种深度除氟药剂，其包括如下重量百分含量的药剂组份：明矾30％、聚合氯化铝45％、硫酸铝10％、聚合硫酸铁10％、聚丙烯酰胺5％，以上各组份的重量百分含量之和为100％。
实施例2所述的深度除氟药剂制备方法，与实施例1的不同之处在于，原料按如下重量百分含量称取：明矾30％、聚合氯化铝45％、硫酸铝10％、聚合硫酸铁10％、聚丙烯酰胺5％；其他方法步骤完全相同。
实施例2所述的深度除氟药剂的使用方法，与实施例1相同。
实验例1
取某电子企业处理后的排水作为待处理含氟废水：pH＝7.48，氟离子超标，浓度达11.87mg/L；分别采用实施例1和实施例2制得的深度除氟药剂处理该含氟废水，分两组进行实验，具体步骤如下：
第一组实验：
(1)向2个烧杯中各加入1L待处理含氟废水，然后分别加入实施例1的深度除氟药剂，投加量依次为：4800mg、5600mg；每个烧杯内搅拌10min，边搅拌边用2％氢氧化钠调节pH＝6.5-7。
(2)静置沉淀20min，取上清液测定氟离子浓度。
第二组实验：
(1)向2个烧杯中各加入1L待处理含氟废水，然后分别加入实施例2的深度除氟药剂，投加量依次为：4800mg、5600mg；每个烧杯内搅拌10min，边搅拌边用2％氢氧化钠调节pH＝6.5-7。
(2)静置沉淀20min，取上清液测定氟离子浓度。
结果如表1所示。
表1
实验例2
取某电子企业处理后的排水作为待处理含氟废水：pH＝6.50，氟离子超标，浓度达5.47mg/L，分别采用实施例1和实施例2制得的深度除氟药剂处理含氟废水，分两组进行实验，具体步骤如下：
第一组实验：
(1)向2个烧杯中加入1L待处理含氟废水，然后分别加入实施例1的深度除氟药剂，投加量依次为：2400mg、2800mg；每个烧杯内搅拌10min，边搅拌边用2％氢氧化钠调节pH＝6.5-7。
(2)静止沉淀20min，取上清液测定氟离子浓度。
第二组实验：
(1)向2个烧杯中加入1L待处理含氟废水，然后分别加入实施例2的深度除氟药剂，投加量依次为：2400mg、2800mg；每个烧杯内搅拌10min，边搅拌边用2％氢氧化钠调节pH＝6.5-7。
(2)静止沉淀20min，取上清液测定氟离子浓度。
结果如表2所示。
表2
由上述结果可知，本发明的除氟药剂能够对废水的氟去除率达85％以上，对企业排出的含氟仍未达标的废水进行深度处理，使处理后的废水中的氟化物含量降低至1mg/L以下，满足《生活饮用水卫生标准》规定的F-含量小于1.0mg/L，《地表水质量标准》规定的地表Ⅲ类水体F-含量小于1.0mg/L，避免对人体造成伤害。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种深度除氟药剂，其特征在于，其包括如下重量百分含量的药剂组份：明矾20％-30％、聚合氯化铝30％-50％、硫酸铝10％-20％、聚合硫酸铁10％-20％、聚丙烯酰胺3％-5％；以上各组份的重量百分含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种深度除氟药剂，其特征在于，将各所述药剂组份按比例称量后混合形成干基原料，再溶于水中，配制成深度除氟药剂，所述深度除氟药剂的质量百分比浓度为10％-30％。
3.根据权利要求2所述的一种深度除氟药剂，其特征在于，所述深度除氟药剂的pH值为3-5。
4.一种如权利要求1至3任一所述深度除氟药剂的使用方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)取含氟废水，并测定含氟废水的pH值和氟离子浓度；
(2)根据含氟废水的氟离子浓度，向含氟废水内投加深度除氟药剂，同时，调节pH值为6.5至7；
(3)搅拌10分钟至15分钟后，静置沉降20分钟至30分钟，完成深度除氟药剂的除氟过程。
5.根据权利要求4所述的深度除氟药剂的使用方法，其特征在于，所述深度除氟药剂的干基原料投加量与含氟废水中的氟离子含量的比例为0.12-0.18g/mg。
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