石灰石/READ-F反应器处理含氟废水的研究

论文摘要

随着现代工业的发展,氟化物的应用越来越广泛。含氟矿石的开采、氟化物的合成、钢铁、电子、金属冶炼、铝电解、玻璃、化肥等工业生产中常含有几十到几千mg/L的高浓度含氟废水,严重污染环境和危害人体健康。氟污染日益受到人们的关注,在水资源日益匮乏的今天,为实现工业与农业的可持续发展,治理含氟废水,使其达标排放,具有十分重要的现实意义。传统的化学沉淀除氟法会产生大量的含水污泥,必须进行二次脱水处理,且处理效果远不能达到国家排放标准。石灰石是一种环境友好型材料,被广泛应用在治理污染、水资源利用和水处理方面。提高石灰石在水中的溶解度,是提高其除氟反应活性的一条重要的技术途径。针对石灰石在溶有CO2的水环境下会加速溶解的特性,本文设计了石灰石除氟反应器。CO2气体不断通入含氟废水中,以增加碳酸的浓度,加速石灰石溶解和CaF2沉淀形成。实验还利用READ-F树脂对F-具有高效选择吸附特性,对含氟废水进行深度处理。为确保出水的稳定性和拓展石灰石反应器应用,设计了石灰石/READ-F反应器联合处理高浓度含氟废水。论文以氟化钠模拟废水和实际含氟工业废水为研究对象,开展了石灰石/READ-F反应器处理含氟废水的研究。探讨了氟溶液的pH值、保留时间、CO2流速、原水氟浓度等工艺条件对除氟效果的影响。研究结果表明,石灰石/READ-F反应器对含氟废水具有良好的除氟效果。石灰石反应器和READ-F树脂对低浓度（≤50mg/L）含氟废水的除氟率分别可达到85%和98%;石灰石/READ-F反应器能将高浓度含氟废水降低到10mg/L以下,达到国家一级排放标准。本文还初步探讨了石灰石/READ-F反应器的动力学行为及除氟机理,指出在石灰石反应器内,CaF2以异相初级成核为优势成核,存在双电层的石灰石诱导CaF2沉淀结晶,其反应动力学方程为rn=3.9771[Ca2+]n[F-]n2-2.4353;CaF2沉淀主要生成在石灰石的梯面边缘、弯曲和孔穴处。READ-F对F-的离子交换吸附是熵推动反应,主要发生在其外表面和大孔内表面,遵循假二级反应动力学和Frendlich吸附等温方程。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 氟的性质及分布
• 1.1.2 氟对生态系统的影响
• 1.1.3 钢铁工业含氟废水的来源
• 1.2 含氟废水处理研究进展
• 1.2.1 化学沉淀法
• 1.2.2 诱导沉淀结晶法
• 1.2.3 吸附法
• 1.2.4 混凝沉淀法
• 1.2.5 膜分离法
• 1.2.6 电凝聚法
• 1.2.7 气浮法
• 1.3 石灰石除氟动力学研究进展
• 1.3.1 碳酸盐矿物溶解动力学
• 2 晶体增长动力学'>1.3.2 CaF₂晶体增长动力学
• 1.4 课题的来源、研究目的及内容
• 1.4.1 课题来源及意义
• 1.4.2 研究目的和内容
• 2 石灰石反应器处理低浓度含氟废水的研究
• 2.1 石灰石除氟现状
• 2.2 实验方法及仪器
• 2.2.1 石灰石反应器的设计
• 2.2.2 实验材料及仪器
• 2.2.3 含氟工业废水水质
• 2.2.4 模拟含氟废水的配制
• 2.2.5 氟离子浓度的测定
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 碳酸钙类岩石矿对除氟的影响
• 2.3.2 颗粒大小对除氟的影响
• 2 流速对除氟的影响'>2.3.3 CO₂流速对除氟的影响
• 2.3.4 溶液保留时间对除氟的影响
• 2.3.5 原水氟浓度对除氟的影响
• 2.3.6 溶液pH 对除氟的影响
• 2.3.7 石灰石反应器处理重钢含氟废水
• 2.4 除氟后石灰石的表面形貌
• 2.5 本章小结
• 3 READ-F 树脂处理低浓度含氟废水的研究
• 3.1 稀土类吸附剂除氟现状
• 3.2 实验方法及仪器
• 3.2.1 READ-F 动态吸附装置
• 3.2.2 READ-F 除氟树脂
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 溶液pH 对READ-F 除氟的影响
• 3.3.2 溶液流速对READ-F 除氟的影响
• 3.3.3 原水F-浓度对READ-F 除氟的影响
• 3.3.4 溶液温度对READ-F 除氟的影响
• 3.3.5 阴离子种类对READ-F 除氟的影响
• 3.3.6 READ-F 再生试验
• 3.3.7 READ-F 处理重钢含氟废水试验
• 3.3.8 READ-F 树脂动态饱和吸附量
• 3.4 除氟前后READ-F 的表征
• 3.4.1 READ-F 的X 射线衍射分析
• 3.4.2 READ-F 的表面及断面形貌观察
• 3.5 本章小结
• 4 石灰石/READ-F 反应器处理高浓度含氟废水研究
• 4.1 石灰石/READ-F 反应器的设计
• 4.2 石灰石/READ-F 反应器处理高氟溶液
• 4.3 石灰石/READ-F 反应器处理含氟工业废水
• 4.4 本章小结
• 5 石灰石/READ-F 除氟机理探讨
• 5.1 石灰石反应器除氟机理探讨
• 5.1.1 体系化学反应
• 2 沉淀反应动力学'>5.1.2 CaF₂沉淀反应动力学
• 2 沉淀反应机理研究'>5.1.3 石灰石诱导CaF₂沉淀反应机理研究
• 5.2 READ-F 除氟机理探讨
• 5.2.1 READ-F 吸附动力学行为
• 5.2.2 READ-F 吸附热力学行为
• 5.2.3 READ-F 对F-的选择吸附作用
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表论文目录