一种水中氟离子的去除方法

本发明涉及一种污水处理方法，尤其涉及一种水中氟离子的去除方法，属于水处理。

背景技术：

1、氟是人类生命活动中不可或缺的一种微量元素，对于人体生长发育有重要的作用。然而，过度的氟摄入会对人体造成诸多伤害，主要表现为氟骨病、氟斑牙和损害中枢神经系统。在传统工业中，含氟矿物开采、金属冶炼、铝电解等各种以含氟物质为原料的产业废水中常含有高浓度的氟化物；氟元素一旦进入环境中，就会随着空气运动的扩散、转移以及被雨水带走而沉积，导致水体、大气和土壤的污染，被植物和动物吸收，最终富集于人体中，造成严重环境污染和人体健康问题。随着高新技术产业的不断发展，我国氟化工行业的蓬勃发展，含氟物质大量运用于半导体、制冷剂、新材料及锂电池制造等高新技术产业，因此我国含氟废水的排放量逐年增加，含氟废水的治理具有重要意义。

2、传统含氟废水的处理技术还有吸附法、离子交换法和化学沉淀法等。吸附法是采用吸附剂，使水中氟与吸附柱中的多孔介质吸附接触去除。常用的吸附剂主要有活化沸石、活性氧化铝、氧化锆树脂等。吸附法处理效果好，可操作性强，但吸附过程中对于ph的控制要求比较高，且吸附剂的吸附容量是有限的，所以存在后续饱和吸附剂再生问题；离子交换法是使氟离子先吸附到交换剂上，再通过离子交换作用去除水中的氟。常用的除氟离子交换树脂有阴离子交换树脂、聚酰胺树脂等。离子交换法操作简单且效果十分稳定，但由于树脂价格高昂，再生酸碱用量大，费用高。

3、化学沉淀法是目前应用广泛的含氟废水处理方法，通过添加适当的沉淀剂与氟离子反应生成难溶的氟化物沉淀，从而实现氟离子的去除。该方法具有许多优点，例如操作方便、工艺简单、处理费用低，尤其在高浓度含氟废水的处理中被广泛采用。一般情况下，化学沉淀法会使用价格实惠的熟石灰氢氧化钙和钙盐(如cacl2)，产生不溶于水的caf2沉淀。当使用普通熟石灰氢氧化钙作为沉淀剂时，因为普通氢氧化钙在水中粒径大(平均粒径5000nm)，溶解度为1.65g/l(20℃)，且生成caf2沉淀会包裹在氢氧化钙颗粒的表面，使之与被处理水的接触面积减小，而增加用量影响沉淀效果。但采用cacl2沉淀剂引入cl-而造成新污染，一般含氟废水呈酸性，会带来氯的次生污染，影响到后续的生物处理的衔接，而且钙盐沉淀法在处理低浓度含氟废水时效果不佳。

4、鉴于传统方法在处理含氟废水方面存在一定的局限性，迫切需要一种新的处理方法来解决传统含氟废水处理技术的这些问题并提高含氟废水的处理效率和安全性。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术存在的问题，本发明目的在于解决传统含氟废水处理效率的问题，提供一种利用纳米级氢氧化钙去除含氟废水的方法。

2、技术方案：本发明的一种水中氟离子的去除方法，所述方法包括如下步骤：

3、(1)在含氟离子的废水中加入纳米氢氧化钙，得到混合液；

4、(2)将上述混合液震荡反应一段时间，然后静置待其沉淀一段时间，过滤后取出上清液，即完成氟离子去除。

5、优选地，步骤(1)中，纳米氢氧化钙的粒径为400nm至1000nm。

6、更优选地，纳米氢氧化钙为粒径800nm。

7、本技术方案中，使用纳米氢氧化钙的除氟能力在各种浓度下均优于普通氢氧化钙，且初始氟浓度越高，对应的除氟能力优势越明显。

8、优选地，步骤(1)中，废水中氟离子的浓度为25mg/l至1000mg/l。

9、进一步地，步骤(2)中，纳米氢氧化钙的剂量由钙氟摩尔比n(ca/f)决定，钙氟摩尔比n(ca/f)为0.5～2.0。

10、进一步地，步骤(2)中，震荡反应的条件为：温度为20℃至25℃，震荡时速度梯度乘以时间的范围为250000～1200000。

11、进一步地，步骤(2)中，震荡反应时间为45min～60min。

12、进一步地，步骤(2)中，静置待其沉淀中，静置时间为25min～30min。

13、进一步地，步骤(2)中，过滤所用滤膜采用孔径为0.22μm滤膜。

14、进一步地，步骤(2)中，震荡反应结束后，在混合液中投加石英砂晶种，然后静置待其沉淀一段时间，过滤后取出上清液，即完成氟离子去除。

15、优选地，石英砂晶种的投加量为1g/l～5g/l。有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

16、1)本发明提供的采用纳米氢氧化钙处理含氟废水的应用方法中，纳米氢氧化钙粒径小，比表面积大，改善氢氧化钙在水中溶解度小的问题，利用效率高，在提高反应速度的同时降低了纳米氢氧化钙投加成本，且纳米氢氧化钙的稳定性好，操作简单。

17、2)本发明提供的采用纳米氢氧化钙处理含氟废水的应用方法中，纳米氢氧化钙的沉淀法可避免引入新的污染物质，保证含氟废水的出水稳定性。

技术特征：

1.一种水中氟离子的去除方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(1)中，纳米氢氧化钙的粒径为400nm至1000nm。

3.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(1)中，废水中氟离子的浓度为25mg/l至1000mg/l。

4.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，纳米氢氧化钙的剂量由钙氟摩尔比n(ca/f)决定，钙氟摩尔比n(ca/f)为0.5～2.0。

5.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，震荡反应的条件为：温度为20℃至25℃，震荡时速度梯度乘以时间的范围为250000～1200000。

6.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，震荡反应时间为45min～60min。

7.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，静置待其沉淀中，静置时间为25min～30min。

8.根据权利要求1所述的水中氟离子的μ去除方法，其特征在于，步骤(2)中，过滤所用滤膜采用孔径为0.22μm滤膜。

9.根据权利要求1所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，震荡反应结束后，在混合液中投加石英砂晶种，然后静置待其沉淀一段时间，过滤后取出上清液，即完成氟离子去除。

10.根据权利要求9所述的水中氟离子的去除方法，其特征在于，石英砂晶种的投加量为1g/l～5g/l。

技术总结
本发明公开了一种水中氟离子的去除方法，具体操作步骤如下：(1)在含氟离子的废水中加入纳米氢氧化钙，得到混合液；(2)将上述混合液震荡反应一段时间，然后静置待其沉淀一段时间，过滤后取出上清液，即完成氟离子去除。本发明提供了一种采用纳米氢氧化钙替代传统氢氧化钙，在较低的投加量下实现更好的除氟效果，为水质除氟处理提供了一种可行且高效的方法，提高了传统氢氧化钙除氟的效率，有效降低了除氟的处理成本。

技术研发人员：谈超群,杨涵洁,沈莹,汪海超,胡军,林小川,马金霞,王伟
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21