氟是人體必須的微量元素，但是攝入過高的氟會(huì)引起齲齒，甚至氟中毒，而且會(huì)導(dǎo)致智力和身體的發(fā)育受阻，影響人體健康。玻璃及陶瓷制造廠、半導(dǎo)體制造出、電鍍廠、磚和鐵制造業(yè)等工業(yè)都會(huì)產(chǎn)生高氟廢水，其含氟量遠(yuǎn)超過自然水中含氟量。工業(yè)排放的含氟廢水會(huì)透過土壤層滲入地下，造成地下水污染，影響人類的身體健康。
目前，國內(nèi)外對(duì)含氟廢水常用的處理方法有沉淀法、混凝法、離子交換法、電滲析法、反滲透法和吸附法等。其中，吸附法是一種簡單易操作的廢水處理技術(shù)，應(yīng)用最為廣泛。處理含氟廢水中常用的吸附劑主要有離子交換纖維及離子交換樹脂、金屬氧化物及金屬氫氧化物、沸石、碳質(zhì)吸附劑、天然材料及工業(yè)副產(chǎn)品等。尋找低廉、高效的除氟吸附劑是目前最為關(guān)注的問題。山西某煤廠進(jìn)水量為100m3/h，采用三級(jí)混凝沉淀的方式處理氟離子，原工藝一級(jí)加石灰，二三級(jí)加入除氟劑聯(lián)合處理，但是由于存在石灰投加量過大，產(chǎn)泥較多，pH值值難以調(diào)控等問題，因此在原有的工藝基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化改用三級(jí)混凝沉淀的方式高效去除F－。
1、工藝原理
1.1 化學(xué)反應(yīng)
廢水中的F－與加入的Al3+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成一種由元素F、Al、Ca組成的化合物。
1.2 吸附
硫酸鋁水解產(chǎn)物有3+、2+、4+、4+等多種高價(jià)陽離子，通過靜電作用吸附廢水中的F－。其中水解產(chǎn)物A1(OH)3是膠體，由于表面積大，易吸附F－而形成共存。
本次試驗(yàn)采用的改性硫酸鋁能夠更有使F－跟A13+有效地結(jié)合，降低整體用量。
1.3 生成絡(luò)合物
鹵族元素F是常見的配位體，F－能與A13+形成絡(luò)合物，夾雜在硫酸鋁的水解產(chǎn)物A1(OH)3中沉降下來。
1.4 電中和及吸附
帶正電的鋁離子，對(duì)離子半徑小、負(fù)電性強(qiáng)的氟離子具有很強(qiáng)的電中和及吸附作用，使水中的氟產(chǎn)生電中和后在布朗運(yùn)動(dòng)作用下相互碰撞并由于氫氧化鋁的吸附性使它們凝聚在一起形成沉淀。
2、工藝流程及參數(shù)
2.1 原有工藝流程
通過輸送泵將氟含量120mg/L的反滲透濃水輸送至調(diào)節(jié)池，設(shè)計(jì)進(jìn)水100m3/h，進(jìn)入調(diào)節(jié)池后，通過提升泵打入一級(jí)除氟池，加入石灰，PAC控制pH值為11，再經(jīng)過二級(jí)除氟池，加入除氟劑和液堿，控制pH值為6.5，進(jìn)入三級(jí)除氟池，加入除氟劑和液堿，控制pH值為6.5，直至出水F－降至1mg/L�，F(xiàn)場工藝流程圖如下圖1所示。
2.2 原有藥劑投加量
根據(jù)現(xiàn)場以前每日藥劑使用情況記錄統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場每日需使用石灰4.8t/d，PAC0.768t/d，除氟劑5.76t/d，液堿2.88t/d，具體參數(shù)如下表1所示。
2.3 各級(jí)參數(shù)
根據(jù)現(xiàn)場原始記錄單統(tǒng)計(jì)的現(xiàn)場不同階段工藝出水情況如下表2所示。
2.4 原有工藝問題
(1)產(chǎn)泥量特別大導(dǎo)致現(xiàn)場排泥排不過來。
(2)整體藥劑投加偏大，成本較高。
(3)CaF2容易粘在pH計(jì)上，需要每天清洗等，工人操作頻繁。
3、小試分析
3.1 小試思路
摒棄石灰－PAC＆除氟劑聯(lián)合法，直接采用PAC－改性硫酸鋁聯(lián)合絮凝法在使得出水穩(wěn)定降至1mg/L以下的情況下，降低產(chǎn)泥量，降低成本，降低工人工作量。
3.2 小試步驟
小試采用便攜式多聯(lián)攪拌器，混凝沉淀試驗(yàn)步驟如下:
(1)取廢水用雷磁F－監(jiān)測計(jì)測F－濃度。
(2)取1L廢水，置于1L燒杯中，加入800mg/LPAC，以500r/min轉(zhuǎn)速均勻攪拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min轉(zhuǎn)速均勻攪拌5min后，沉淀，測上清液F－。
(3)取步驟2上清液500mL置于500mL燒杯中，加入5500mg/L改性除氟劑，用液堿將pH值調(diào)至6.5，以500r/min轉(zhuǎn)速均勻攪拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min轉(zhuǎn)速均勻攪拌5min后，沉淀，測上清液F－。
(4)取步驟3上清液250mL置于250mL燒杯中，加入3000mg/L改性除氟劑，用液堿將pH值調(diào)至6.5，以500r/min轉(zhuǎn)速均勻攪拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min轉(zhuǎn)速均勻攪拌5min后，沉淀，測上清液F－。
3.3 小試數(shù)據(jù)
根據(jù)3.2小試步驟做了如下幾組對(duì)比試驗(yàn)，不同藥劑之間存在著不同的差距，具體數(shù)據(jù)如下表3所示。
3.4小試結(jié)論
(1)以小試分析得投加量需要800mg/LPAC，8500mg/L改性硫酸鋁才能夠?qū)?/span>F－降低至1mg/L以下，雖然整體要比原有工藝的產(chǎn)泥量還是投加量都要節(jié)省，但是投加量還是較大。
(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，越低濃度F－去除效率越低，二級(jí)三級(jí)污泥沒有得到完全利用，因此通過將二級(jí)三級(jí)污泥直接回流至調(diào)節(jié)池，充分利用藥劑性能，以此降低投加量和成本。
4、現(xiàn)場大試
4.1 改進(jìn)后現(xiàn)場工藝
通過輸送泵將氟含量120mg/L的反滲透濃水輸送至調(diào)節(jié)池，進(jìn)入調(diào)節(jié)池后，通過提升泵打入一級(jí)除氟池，加入PAC控制pH值為6.5～7，再經(jīng)過二級(jí)除氟池，加入改良除氟劑和液堿，控制pH值為6.5，進(jìn)入三級(jí)除氟池，加入改良除氟劑和液堿，控制pH值為6.5，直至出水F－降至1mg/L，并減少成本，將二級(jí)三級(jí)化學(xué)污泥通入調(diào)節(jié)池，充分利用藥劑性能，減少投加量，后話后工藝流程圖如下圖2所示。
4.2 大試調(diào)控參數(shù)
根據(jù)小試的情況分析，選擇最佳投加方案，具體數(shù)據(jù)如下表4所示。
4.3 各反應(yīng)段F－情況
現(xiàn)場經(jīng)過9d的連續(xù)運(yùn)行記錄各階段出水氟化物的指標(biāo)，記錄數(shù)據(jù)如下表5和圖3所示。
連續(xù)觀察9d發(fā)現(xiàn)，通過污泥回流能夠明顯地降低調(diào)節(jié)池F－指標(biāo)，充分利用二三級(jí)的污泥，并且在投加量不變的情況下，從第七天開始藥劑用量明顯過剩，因此后續(xù)試驗(yàn)準(zhǔn)備降低投加量，精準(zhǔn)控制成本。
4.4 二段大試調(diào)控參數(shù)
根據(jù)前9d數(shù)據(jù)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)投加藥劑過多，導(dǎo)致指標(biāo)過低，因此，調(diào)整加藥量，進(jìn)一步優(yōu)化成本，調(diào)整后各段加藥量如下表6所示。
4.5 各級(jí)F－指標(biāo)
調(diào)整后5d各階段出水F－數(shù)據(jù)如下表7所示。
根據(jù)進(jìn)一步大試數(shù)據(jù)的，現(xiàn)場運(yùn)行投加800mg/LPAC和3500mg/L改性硫酸鋁就能將出水F－降低至1mg/L以下。
5、三種方案藥劑成本對(duì)比
根據(jù)三種方案的藥劑成本分析，采用污泥回流的PAC－改良硫酸鋁能夠節(jié)省很多成本，并且產(chǎn)泥量也最少，具體數(shù)據(jù)如下表8所示。
6、結(jié)論
(1)原先采用的石灰－PAC＆除氟劑聯(lián)合法雖然也能夠有效地去除F－，并且出水F－能夠小于1mg/L，但是經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行1個(gè)月發(fā)現(xiàn)，由于石灰產(chǎn)泥量過大，并且后端由于采用疊螺機(jī)，石灰產(chǎn)泥過于結(jié)實(shí)會(huì)導(dǎo)致疊片磨損加劇，并且控制pH值不穩(wěn)定，藥劑整體費(fèi)用偏高，導(dǎo)致此方法不經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
(2)小試采用的PAC－改良硫酸鋁聯(lián)合法，采用三級(jí)工藝代替原有的石灰，此法從藥劑成本上算與石灰－PAC＆除氟劑聯(lián)合法基本接近，但是整體產(chǎn)泥相對(duì)較小，對(duì)后端疊螺機(jī)負(fù)荷小。
(3)大試在小試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化采用污泥回流的PAC－改良硫酸鋁工藝，此工藝系統(tǒng)充分利用深度處理污泥沒有完全發(fā)揮藥劑性能的問題，變廢為寶，降低了整體的藥劑投加量，產(chǎn)泥量，從而使整體費(fèi)用降低接近一倍有余，實(shí)際運(yùn)行中工人操作也更加簡便。（來源：上海萬獅環(huán)�？萍加邢薰荆�
