吸附法對脫硫廢水除氟效果的影響研究

潘祥偉 邊成利 王鐵民 包文運 李光雷 劉秀輝 胡玉琳 陳陽 高良敏 朱圣捷

摘要：為解決脫硫廢水的氟化物濃度過高的問題，采用了吸附法處理脫硫廢水，考察了pH值、吸附時間、吸附劑用量、溫度對脫硫廢水除氟效果的影響。實驗結(jié)果表明：最佳工況條件為吸附劑用量2.5g，時間108min，pH值為6，吸附溫度30℃。5個因素的主次關(guān)系是：吸附劑種類>吸附時間>溫度>吸附劑用量>pH。

關(guān)鍵詞：吸附法：脫硫廢水：除氟效果

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0130-03

1引言

氟是人體所必須的微量元素之一。但過量攝人氟會嚴(yán)重?fù)p害人體健康，引發(fā)骨質(zhì)疏松癥、關(guān)節(jié)炎、腦損傷等，為避免過量氟對人體健康產(chǎn)生危害，不但要控制飲用水中氟化物含量，同時也必須嚴(yán)格控制廢水排放中氟的含量。《火電廠石灰石一石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）規(guī)定氟化物的濃度限值30mg/L。因此。含氟工業(yè)廢水的除氟處理已成為全球廣泛關(guān)注的問題之一。

目前，含氟工業(yè)廢水的除氟方法主要有化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、膜處理、電化學(xué)法等，其中，吸附法具有易于操作、成本較低、效果穩(wěn)定等優(yōu)點，成為水溶液除氟的一種常用方法。

因此，本研究采用吸附法處理脫硫廢水，考察pH值、吸附時間、吸附劑用量、溫度、吸附劑種類對脫硫廢水除氟效果的影響，探索吸附法處理脫硫廢水的最佳工況條件。

2材料與方法

2.1實驗材料

本實驗所用脫硫廢水經(jīng)混凝處理后進(jìn)行吸附實驗，脫硫廢水中氟化物的濃度為82.5mg/L。選用活性氧化鋁進(jìn)行脫硫廢水除氟研究。預(yù)處理：用去離子水進(jìn)行清洗，以洗去其中的雜質(zhì)，隨后于100℃烘箱內(nèi)烘干后備用。

2.2實驗儀器

電子天平，BS224S，賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;便攜式氟化物分析儀，PCⅡ58700-05，美國哈希公司;水浴恒溫振蕩器，SHZ一82A，金壇市天竟實驗儀器廠。

2.3實驗步驟

單因素實驗：考察pH、吸附時間、吸附劑用量、溫度對脫硫廢水除氟效果的影響。各影響因素參數(shù)為吸附劑用量分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5g、吸附時間為36、72、108、144、180min，pH值為4、5、6、7、8，吸附溫度為20、25、30、35、40℃。用250mL的錐形瓶分別裝入150mL經(jīng)混凝后的脫硫廢水，然后，按照各影響因素參數(shù)值準(zhǔn)備樣品。將準(zhǔn)備好的樣品置于水浴恒溫振蕩器上。設(shè)置振蕩速度為180r/min，振蕩時間為3h，水浴溫度25℃。振蕩結(jié)束將水樣經(jīng)過0.45um濾膜過濾后，測定氟化物濃度。

正交實驗：設(shè)置五因素三水平的正交實驗，具體參數(shù)如下：吸附劑種類（活性氧化鋁、羥基磷灰石、無煙煤）、吸附劑用量（3、4、5g）、吸附時間（150、180、210min）、溫度（25、35、45℃）、pH值（6、7、8）。

3結(jié)果與討論

3.1單因素實驗結(jié)果分析

如圖1a所示，pH在4～5之間時，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，這是因為pH在4～5之間時，活性氧化鋁吸附氟化物的速率大于解吸的速率，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)pH在6～8之間時，氟化物的濃度呈現(xiàn)上升趨勢，這是因為隨著pH的增加，活性氧化鋁吸附氟化物的速率小于解吸的速率，氟化物的濃度呈現(xiàn)下上升趨勢。因此，最佳pH是6。

如圖1b所示，吸附時間在36～108min之間時，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，這是因為活性氧化鋁對氟化物的吸附?jīng)]有達(dá)到飽和，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)吸附時間在108～180min時，氟化物的濃度呈現(xiàn)平衡狀態(tài)，這是因為隨著吸附時間的增加，活性氧化鋁吸附達(dá)到飽和，氟化物的濃度呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。因此，最佳吸附時間是108min。

如圖1c所示，吸附溫度在20～30℃之間時，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，吸附溫度在20～30℃之間時，活性氧化鋁吸附氟化物的速率大于解吸的速率，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)吸附溫度在30～40℃時，氟化物的濃度呈現(xiàn)上升趨勢，這是因為隨著吸附溫度的增加，活性氧化鋁吸附氟化物的速率小于解吸的速率，氟化物的濃度呈現(xiàn)下上升趨勢。因此，最佳吸附溫度是30℃。

如圖ld所示，吸附劑用量在0.5～2.5g之間時，氟化物的濃度呈現(xiàn)下降趨勢，這是因為吸附劑用量在0.5～2.5g之間時，氟化物的濃度隨著吸附劑用量增加而下降，氟化物被吸附到活性氧化鋁上，氟化物濃度降低。吸附劑用量在2.5～3.5g之間時，氟化物的濃度呈現(xiàn)平衡狀態(tài)，這是因為隨著吸附劑用量的增加，氟化物全部被吸附到活性氧化鋁上，氟化物的濃度呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。因此，最佳吸附劑用量是2.5g。

3.2正交實驗結(jié)果分析

使用SPSS 24對正交實驗結(jié)果進(jìn)行了方差分析，結(jié)果見表1。

由方差分析可知，影響因素中吸附劑種類和吸附時間兩個對氟化物濃度具有顯著的影響，而溫度、吸附劑用量和pH值這三個因素對其的影響較小。5個因素的主次關(guān)系是：吸附劑種類>吸附時間>溫度>吸附劑用量>pH值。

4結(jié)論

采用吸附法處理脫硫廢水的最佳工況條件為吸附劑用量2.5g，吸附時間108min，pH值為6，吸附溫度30℃。5個因素的主次關(guān)系是：吸附劑種類>吸附時間>溫度>吸附劑用量>pH值。