氟是人體必須的微量元素，但是攝入過(guò)高的氟會(huì )引起齲齒，甚至氟中毒，而且會(huì )導致智力和身體的發(fā)育受阻，影響人體健康。玻璃及陶瓷制造廠(chǎng)、半導體制造出、電鍍廠(chǎng)、磚和鐵制造業(yè)等工業(yè)都會(huì )產(chǎn)生高氟廢水，其含氟量遠超過(guò)自然水中含氟量。工業(yè)排放的含氟廢水會(huì )透過(guò)土壤層滲入地下，造成地下水污染，影響人類(lèi)的身體健康。
目前，國內外對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(jiǎn)單易操作的廢水處理技術(shù)，應用最為廣泛。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(shù)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(wèn)題。山西某煤廠(chǎng)進(jìn)水量為100m3/h，采用三級混凝沉淀的方式處理氟離子，原工藝一級加石灰，二三級加入除氟劑聯(lián)合處理，但是由于存在石灰投加量過(guò)大，產(chǎn)泥較多，pH值值難以調控等問(wèn)題，因此在原有的工藝基礎上，對系統進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化改用三級混凝沉淀的方式高效去除F－。
1、工藝原理
1.1 化學(xué)反應
廢水中的F－與加入的Al3+發(fā)生化學(xué)反應形成一種由元素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(yáng)離子，通過(guò)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。
本次試驗采用的改性硫酸鋁能夠更有使F－跟A13+有效地結合，降低整體用量。
1.3 生成絡(luò )合物
鹵族元素F是常見(jiàn)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(lái)。
1.4 電中和及吸附
帶正電的鋁離子，對離子半徑小、負電性強的氟離子具有很強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
2.1 原有工藝流程
通過(guò)輸送泵將氟含量120mg/L的反滲透濃水輸送至調節池，設計進(jìn)水100m3/h，進(jìn)入調節池后，通過(guò)提升泵打入一級除氟池，加入石灰，PAC控制pH值為11，再經(jīng)過(guò)二級除氟池，加入除氟劑和液堿，控制pH值為6.5，進(jìn)入三級除氟池，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場(chǎng)工藝流程圖如下圖1所示。
2.2 原有藥劑投加量
根據現場(chǎng)以前每日藥劑使用情況記錄統計，現場(chǎng)每日需使用石灰4.8t/d，PAC0.768t/d，除氟劑5.76t/d，液堿2.88t/d，具體參數如下表1所示。
2.3 各級參數
根據現場(chǎng)原始記錄單統計的現場(chǎng)不同階段工藝出水情況如下表2所示。
2.4 原有工藝問(wèn)題
(1)產(chǎn)泥量特別大導致現場(chǎng)排泥排不過(guò)來(lái)。
(2)整體藥劑投加偏大，成本較高。
(3)CaF2容易粘在pH計上，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，混凝沉淀試驗步驟如下:
(1)取廢水用雷磁F－監測計測F－濃度。
(2)取1L廢水，置于1L燒杯中，加入800mg/LPAC，以500r/min轉速均勻攪拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min轉速均勻攪拌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值調至6.5，以500r/min轉速均勻攪拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min轉速均勻攪拌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值調至6.5，以500r/min轉速均勻攪拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min轉速均勻攪拌5min后，沉淀，測上清液F－。
3.3 小試數據
根據3.2小試步驟做了如下幾組對比試驗，不同藥劑之間存在著(zhù)不同的差距，具體數據如下表3所示。
3.4小試結論
(1)以小試分析得投加量需要800mg/LPAC，8500mg/L改性硫酸鋁才能夠將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省，但是投加量還是較大。
(2)根據實(shí)驗分析，越低濃度F－去除效率越低，二級三級污泥沒(méi)有得到完全利用，因此通過(guò)將二級三級污泥直接回流至調節池，充分利用藥劑性能，以此降低投加量和成本。
4、現場(chǎng)大試
4.1 改進(jìn)后現場(chǎng)工藝
通過(guò)輸送泵將氟含量120mg/L的反滲透濃水輸送至調節池，進(jìn)入調節池后，通過(guò)提升泵打入一級除氟池，加入PAC控制pH值為6.5～7，再經(jīng)過(guò)二級除氟池，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，將二級三級化學(xué)污泥通入調節池，充分利用藥劑性能，減少投加量，后話(huà)后工藝流程圖如下圖2所示。
4.2 大試調控參數
根據小試的情況分析，選擇最佳投加方案，具體數據如下表4所示。
4.3 各反應段F－情況
現場(chǎng)經(jīng)過(guò)9d的連續運行記錄各階段出水氟化物的指標，記錄數據如下表5和圖3所示。
連續觀(guān)察9d發(fā)現，通過(guò)污泥回流能夠明顯地降低調節池F－指標，充分利用二三級的污泥，并且在投加量不變的情況下，從第七天開(kāi)始藥劑用量明顯過(guò)剩，因此后續試驗準備降低投加量，精準控制成本。
4.4 二段大試調控參數
根據前9d數據調試后發(fā)現投加藥劑過(guò)多，導致指標過(guò)低，因此，調整加藥量，進(jìn)一步優(yōu)化成本，調整后各段加藥量如下表6所示。
4.5 各級F－指標
調整后5d各階段出水F－數據如下表7所示。
根據進(jìn)一步大試數據的，現場(chǎng)運行投加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比
根據三種方案的藥劑成本分析，采用污泥回流的PAC－改良硫酸鋁能夠節省很多成本，并且產(chǎn)泥量也最少，具體數據如下表8所示。
6、結論
(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(guò)現場(chǎng)運行1個(gè)月發(fā)現，由于石灰產(chǎn)泥量過(guò)大，并且后端由于采用疊螺機，石灰產(chǎn)泥過(guò)于結實(shí)會(huì )導致疊片磨損加劇，并且控制pH值不穩定，藥劑整體費用偏高，導致此方法不經(jīng)濟實(shí)惠。
(2)小試采用的PAC－改良硫酸鋁聯(lián)合法，采用三級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)泥相對較小，對后端疊螺機負荷小。
(3)大試在小試的基礎上進(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，此工藝系統充分利用深度處理污泥沒(méi)有完全發(fā)揮藥劑性能的問(wèn)題，變廢為寶，降低了整體的藥劑投加量，產(chǎn)泥量，從而使整體費用降低接近一倍有余，實(shí)際運行中工人操作也更加簡(jiǎn)便。（來(lái)源：上海萬(wàn)獅環(huán)�？萍加邢薰荆�
