含氟廢水處理

氟是一種微量元素，飲用水含氟量在0.4~0.6mg/L的水對人體無害有益，而長期飲用含量大于1.5mg/L的高氟水則會給人體帶來不利影響，嚴(yán)重的會引起氟斑牙和氟骨病。我國某些地區(qū)特殊的地球化學(xué)特征使該區(qū)域水源含氟量大于1.0mg/L，從而造成地方性氟中毒，某些高濃度含氟工業(yè)廢水的排放，更對人們身體健康造成很大威脅，所以必須對含氟工業(yè)廢水加以處理。

　　1973年頒布的《工業(yè)三廢排放試行標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ4-73）中規(guī)定，氟的無機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)為10mg/L（以F^-計(jì)）。1988年頒布的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8789-88）中規(guī)定，新擴(kuò)改企業(yè)對外排放含氟廢水，氟化物不得超過10mg/L（向二級污水處理廠排放除外）。此廢水帶出物是以氟化鈣計(jì)，那么1988年的標(biāo)準(zhǔn)比1973年的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格了一倍以上。

　　山西運(yùn)城某鋁廠在其酸處理和鈍化兩個(gè)工藝階段產(chǎn)生高濃度含氟廢水，最高氟離子濃度達(dá)300mg/L。本文基于鈣離子與氟離子結(jié)合生成難溶于水氟化鈣，利用同離子效應(yīng)理論，得出了最佳方案。并以此方案為基礎(chǔ)進(jìn)行了該廠污水處理的工藝設(shè)計(jì)。

　　1.藥劑的選擇與化學(xué)反應(yīng)原理

　　1. 1消石灰

　　石灰來源廣泛，價(jià)格便宜。作為主要的絮凝劑，在除氟過程中主要起沉淀和調(diào)節(jié)pH值的作用。含氟廢水主要含有氟化氫和氟化鈣鹽。氟化氫（HF）是一種腐蝕性很強(qiáng)的酸。傳統(tǒng)的處理方法是采用消石灰（Ca（OH）₂）進(jìn)行中和反應(yīng)，生成難溶的氟化鈣（CaF₂），以固液分離手段從廢水中去除。反應(yīng)式為：

　　 2F^- + Ca²⁺ CaF₂↓ （1）

　　在25^OC時(shí)，CaF₂在水中的飽和溶解度為16.5mg/L，其中F^-離子占8.03mg/L。暫不考慮處理后出水帶出的CaF₂固形物，處理后出水中溶解性CaF₂僅能達(dá)到現(xiàn)以作廢的1973年國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，無法達(dá)到現(xiàn)行的1988年國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)?988年的標(biāo)準(zhǔn)要比CaF₂的飽和溶解度低的多。這也就是說簡單地用Ca（OH）₂去中和含氟廢水，結(jié)果無法達(dá)到現(xiàn)行國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　可以看出，無法達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的根本問題是CaF₂在一般溫度下飽和溶解度過高。以改變溫度的方法改變CaF₂的飽和溶解度，能量消耗太高，在工程中幾乎無法實(shí)現(xiàn)，更換中和劑，價(jià)格昂貴，來源困難，也不可行。所以，在工程中比較實(shí)際的方法是，仍以Ca（OH）₂作為中和劑，應(yīng)用同離子效應(yīng)理論，控制處理后出水中CaF₂的飽和溶解度，使出水水質(zhì)符合國家有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。有含氟廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

　　1. 2氯化鈣

　　同離子效應(yīng)理論認(rèn)為，在難溶電解質(zhì)的飽和溶液中，加入含有同離子的另一種電解質(zhì)時(shí)，原有的電解質(zhì)溶解度降低。含氟廢水中加入Ca（OH）₂，可以生成CaF₂。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CaF₂的濃度不斷升高。當(dāng)CaF₂的濃度超過了飽和溶解度時(shí)，就會有固體CaF₂析出。溶液能否有固體析出，是根據(jù)溶度積規(guī)則判斷。就CaF₂而言，它的溶度積規(guī)則形式為：

　　 Sp = [Ca²⁺] [2F^-]² （2）