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目前水资源短缺、水污染严重,许多地区水中氟含量超标,严重影响生活生产。为应对水源氟超标无水可饮问题,采用了前处理与超滤组合工艺处理含氟水,分别研究了磷酸钙Ca(PO4)2和羟基磷灰石(HAP)除氟的最佳工况、影响因素及除氟机理,同时研究了与超滤工艺组合后长期运行效果,对除氟工艺的选用有一定参考价值,主要结论如下:
(1)钙盐混凝-超滤工艺最优工况为:一级除氟Ca(PO4)2投加量为4.5倍钙氟比、PAC(聚合氯化铝)4.0ml/L,二级除氟Ca(PO4)2、PAC和PAM(聚丙烯酰胺)投加量分别为2倍钙氟比、4.0ml/L、5.0ml/L,两次均以250rpm快搅5min,再以150rpm慢搅15min,沉淀10min后通过超滤系统,除氟率约80.0%。除氟过程中,温度和浊度对去除效果的影响较小,水中常见阴离子有不同程度的抑制作用。
(2)HAP-超滤工艺最佳工况为:200rpm振荡20min,沉淀10min,不调节pH时HAP和PAM的投加量分别为5.5g/L和10.0ml/L,除氟率69.48%;在pH=3.1时HAP投加量1.8g/L,无需投加PAM,除氟率76.04%。温度升高有利于HAP除氟,水中常见阴离子在pH=3.1时对除氟效果的抑制作用明显,在不调节pH时抑制不明显。HAP吸附过程符合Freundlich热力学模型和拟二级动力学模型,吸附容量为3.97mg/L(pH=6.57)、12.14mg/L(pH=3.08)。HAP可重复利用,五次脱附再生后除氟率在56.48%~67.32%之间。
(3)化学-吸附-超滤工艺最佳工况为:Ca3(PO4)2投加量为4.5倍钙氟比,PAC投加量4ml/L,250rpm快搅5min,150rpm慢搅15min,吸附阶段HAP和PAM投加量分别为3.12g/L和6.0ml/L,200rpm慢搅20min,沉淀10min后通过超滤系统,去除率达82.42%。
(4)钙盐混凝-超滤工艺投加药剂较少,成本低,操作较复杂,对含氟浓度不高的水源处理效果不佳;HAP-超滤工艺在酸性条件下投加量较少,反应和沉降时间短,去除率较高,而在中性水源中HAP投加量较大,成本较高,但可重复利用;化学-吸附-超滤工艺除氟效果好,投加量较少,成本较低,适用性较广。
(1)钙盐混凝-超滤工艺最优工况为:一级除氟Ca(PO4)2投加量为4.5倍钙氟比、PAC(聚合氯化铝)4.0ml/L,二级除氟Ca(PO4)2、PAC和PAM(聚丙烯酰胺)投加量分别为2倍钙氟比、4.0ml/L、5.0ml/L,两次均以250rpm快搅5min,再以150rpm慢搅15min,沉淀10min后通过超滤系统,除氟率约80.0%。除氟过程中,温度和浊度对去除效果的影响较小,水中常见阴离子有不同程度的抑制作用。
(2)HAP-超滤工艺最佳工况为:200rpm振荡20min,沉淀10min,不调节pH时HAP和PAM的投加量分别为5.5g/L和10.0ml/L,除氟率69.48%;在pH=3.1时HAP投加量1.8g/L,无需投加PAM,除氟率76.04%。温度升高有利于HAP除氟,水中常见阴离子在pH=3.1时对除氟效果的抑制作用明显,在不调节pH时抑制不明显。HAP吸附过程符合Freundlich热力学模型和拟二级动力学模型,吸附容量为3.97mg/L(pH=6.57)、12.14mg/L(pH=3.08)。HAP可重复利用,五次脱附再生后除氟率在56.48%~67.32%之间。
(3)化学-吸附-超滤工艺最佳工况为:Ca3(PO4)2投加量为4.5倍钙氟比,PAC投加量4ml/L,250rpm快搅5min,150rpm慢搅15min,吸附阶段HAP和PAM投加量分别为3.12g/L和6.0ml/L,200rpm慢搅20min,沉淀10min后通过超滤系统,去除率达82.42%。
(4)钙盐混凝-超滤工艺投加药剂较少,成本低,操作较复杂,对含氟浓度不高的水源处理效果不佳;HAP-超滤工艺在酸性条件下投加量较少,反应和沉降时间短,去除率较高,而在中性水源中HAP投加量较大,成本较高,但可重复利用;化学-吸附-超滤工艺除氟效果好,投加量较少,成本较低,适用性较广。