水处理工程设备 安全设施合理

聚硅酸盐类混凝剂因具有良好的絮凝性能而受到广泛研究。许友泽等制备了聚硅酸铝铁-二甲基二烯丙基氯化铵复合絮凝剂处理含铊废水。王爱民等制备了聚硅酸铝铁混凝剂用于洗煤废水的COD和浊度去除。王润楠等研究了聚硅酸铝镁-羧甲基纤维素钠复合絮凝剂对模拟江水的色度和浊度的去除效果。郭雷等研究了聚硅酸铝铁对饮料废水COD的去除效果。为了强化混凝效果，一些研究者将纳米材料引入混凝剂中。蔡靖等采用纳米SiO2与聚合硫酸铝复配，提高了污水的COD去除率。戴红玲等制备了纳米Fe3O4与FeCl3的复合混凝剂，对垃圾渗滤液的COD、色度均具有良好去除效果。目前，将纳米材料与混凝剂复配用于处理含氟废水还鲜见报道。

本工作制备了纳米SiO2-聚硅酸铝铁复合混凝剂，先用CaCl2对高浓度含氟废水进行一级处理，探讨了不同pH条件对CaCl2除氟效果的影响；采用自制复合混凝剂进行二级处理，考察了复合混凝剂在不同废水pH和不同混凝剂加入量条件下的除氟效果，并与聚合氯化铝（PAC）的除氟效果进行了对比；分析了复合混凝剂中铁铝的形态。

1、实验部分

1.1 材料、试剂和仪器

含氟废水取自深圳市某集成电路生产企业，水质指标：ρ（F－）420.0mg/L，COD31.4mg/L，TP35.2mg/L，TN110.1mg/L，ρ（NH4+）22.0mg/L，SS8.1mg/L，pH12.9，属于高浓度含氟废水。

硅酸钠、硫酸铁、硫酸铝、硬脂酸钠、硫酸、NaOH：均为分析纯；PAC：工业级；纳米SiO2：粒径（15±5）nm。

RHbasic型磁力搅拌器；905型电位滴定仪。

1.2 实验方法

1.2.1 复合混凝剂的制备

分别配制0.5mol/L硅酸钠溶液、1.0mol/L硫酸铁溶液和1.0mol/L硫酸铝溶液。取25mL硅酸钠溶液，用2mol/L的硫酸溶液调节溶液pH至4，静置2h。分别加入50mL硫酸铝和硫酸铁溶液，加入0.01g硬脂酸钠，再加入0.1g纳米SiO2，搅拌30min，静置熟化24h，即得到复合混凝剂。

1.2.2 除氟实验

取500mL含氟废水，用2mol/L的硫酸溶液调节含氟废水pH为一定值，磁力搅拌，转速为200r/min，按照Ca与F摩尔比为1加入一定量的浓度为1mol/L的CaCl2溶液，搅拌，不同反应时间取样测定ρ（F－），计算F－去除率。

取CaCl2处理后的含氟废水，用200g/L的NaOH溶液调节废水pH为一定值，分别加入一定量的自制复合混凝剂，搅拌，不同反应时间取样测定ρ（F－），计算F－去除率。取相同条件的CaCl2处理后含氟废水，分别加入一定量的PAC，考察其除氟效果。

1.3 分析方法

采用GB7484—1987《水质氟化物的测定离子选择电极法》测定ρ（F－）；采用Ferron络合比色法测定混凝剂中铁铝各形态的含量，将混凝剂中铝和铁分为Ala、Alb和Alc及Fea、Feb和Fec几种形态，其中：Ala和Fea分别代表铝和铁的自由离子和单体羟基配合物；Alb和Feb分别代表铝和铁的低聚合度的多核羟基配合物；Alc和Fec分别代表铝和铁的高聚物。

2、结果与讨论

2.1 废水pH对CaCl2除氟效果的影响

废水pH对CaCl2除氟效果的影响见图1。

由图1可见：加入CaCl2后，废水中ρ（F－）迅速降低，5min后ρ（F－）趋于稳定；废水pH对除氟效果影响很大，当废水pH由4.5升至8.5时，废水中ρ（F－）缓慢上升，废水pH继续升高，废水中ρ（F－）显著提高。理论上采用CaCl2可将ρ（F－）降至7.9mg/L，但实际上由于受废水pH、搅拌强度等影响，ρ（F－）一般只能降至20~30mg/L。当废水pH为4.5时，ρ（F－）低降至25.0mg/L，F－去除率达94.0%；当废水pH为10.5时，ρ（F－）低降至41.0mg/L；而不调节废水pH时，ρ（F－）低降至54.0mg/L。当废水pH过高时，Ca2+与OH生成Ca（OH）2，使Ca2+浓度降低，并影响了CaF2的溶解度，从而导致废水ρ（F－）升高。综合考虑，采用CaCl2对含氟废水进行一级处理时调节废水pH为8.5较适宜，处理后的废水中ρ（F－）为26.5mg/L。

2.2 复合混凝剂的除氟效果

在CaCl2处理后废水中加入复合混凝剂，发现胶体颗粒迅速形成，随着搅拌不断进行，胶体逐渐变大，反应停止后，胶体迅速沉降。废水pH和复合混凝剂加入量（以复合混凝剂与废水体积比计）对F－去除效果的影响见图2。由图2可见，复合混凝剂除氟速率较快，在10min内ρ（F－）基本稳定。复合混凝剂中的铝离子和铁离子会逐级水解和羟基聚合反应，铝盐会立即发生水解反应生成Al（2OH）2+4、Al（3OH）4+5、Al1（3OH）7+32等水解产物，铁盐水解过程中会形成较多的多核水合聚合物，如Fe2（OH）4+2、Fe3（OH）5+4及一些高分子聚合物，并吸附在颗粒物表面，产生吸附架桥作用。这些聚合物呈正电性，与负电性的F－产生静电吸附。加入硅酸盐聚合会产生二聚物（Si2O（3OH）2-4）、三聚物（Si3O5（OH）3-5）、四聚物（Si4O8（OH）4-4）等，会增强混凝剂的混凝能力，并增大混凝胶体的尺寸。引入聚硅酸后，硅-铝水解复合物有助于高分子聚合物的形成并提供吸附架桥作用，有利于F－的去除。纳米材料比表面积大，可强化絮凝性能。

在废水pH为11.5、复合混凝剂加入量为0.50%的佳条件下，处理60min后废水中ρ（F－）降至5.7mg/L。

2.3 复合混凝剂中铝铁各形态的含量

复合混凝剂中铁各形态的含量为Fea92.5%、Feb5.9%和Fec1.6%，铁的各形态含量与张景香报道的混凝剂中铁的各形态含量大致相当。复合混凝剂中铝各形态的含量为Ala76.5%、Alb14.7%和Alc8.8%，其中Ala含量相对较高，Alb和Alc含量相对较低，而与本实验制备的混凝剂相比，TZOUPANOS等研发的混凝剂中Ala含量相对较低（53%），Alb和Alc含量相对较高（22%和25%）。