电场强化灰岩沉淀法除氟机理研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:teer197841
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氟是人体必须的微量元素之一,它是人体维持骨骼正常发育必不可少的成分,饮用水适宜的氟浓度为0.5~1mg/L,水中氟浓度超过了饮水标准,长期引用高氟水则导致氟斑牙,严重者导致骨骼变形、疼痛、关节僵硬,以致瘫痪,甚至导致氟中毒,目前,我国西北干旱地区,约有七千万人引用含氟超标的水,导致不同程度的氟中毒,针对高氟水处理技术上,我国处理技术还不成熟,存在着基建投资大、运行费用高、处理效果不稳定的缺点。   本论文目的是研究出一套能满足农村和乡镇分散供水条件下经济适用的高氟饮用水处理技术,除氟效率高,操作简便,价格低廉易于得到,从而可以有效缓解高氟地区饮水问题,保障农村居民的饮水安全。论文着重探索高氟水的除氟机理,经过不同电解质的机理研究,确定灰岩作为电解质,选用了碳块作为电极,制作了长方形有机玻璃电解槽,电场强化灰岩沉淀除氟采用动态试验。主要内容,研究不同电解质在相同条件下的除氟效率,对灰岩作为电解质的“启动时间”和“正常工况”进行机理研究,并研究在反应槽中形成酸碱区的机理,针对这些机理研究做出合理的解释。   两种不同电解质的除氟机理研究表明,碳酸钙的含量高,除氟效率反而差,所以电解质选用石灰石,当电压为24V,两极间距为3cm时,初始含氟废水的氟浓度为10mg/L,在以3ml/min的进水速度进样,阴极在20分钟左右氟浓度降低到1mg/L,并且达到了稳定状态,进入正常工况,阳极氟浓度一直趋于下降,在80分钟左右降低到了5mg/L,但是不能达到国家饮用水标准,所以通过实验,本文建议阳极水样进行收集,循环再处理,或者进行浇灌等。   本文研究“启动时间”与“正常工况”机理,定义从打开电源到出水稳定为“启动时间”,反应处于稳定阶段定义为“正常工况”,启动时间越短,除氟效率越好,主要从pH值、电流变化、残余氟离子浓度进行研究分析。结果显示,当电压为24V,两极间距为3cm时,电流值达到了稳定为0.08A,此时启动时间为40分钟,达到稳定时间较短。残余氟浓度来体现两者的研究机理可以显示,电压为24V,两极间距为3cm时,在20分钟降低到1mg/L,两极间距为5cm时,在40分钟降低到1mg/L,均达到了国家饮用水标准,启动时间都短,除氟效率最高。pH值影响着两者的机理研究,当pH值稳定时,整个除氟过程处于一个稳定的中性环境中,有利于氟化钙沉淀的生成,进而提高除氟效率。实验数据显示,电压8V、16V和24V,两极间距为3cm时,pH值可以达到一个稳定状态,电压为24V时,pH值在30分钟时为8.5,达到稳定,进入一个正常工况。   本文着重研究正常工况酸碱区形成的机理,所以在整个反应装置中,设计两极取样。酸碱区主要由pH值体现。根据离子移动,阳极pH值高于阴极pH值,两级取样实验显示,阴极pH值高于阳极。经过本研究论证,水电解也影响着pH值变化,水电解产生H2和O2,O2在阳极周围生成,pH值降低,H2在阴极周围生成,则pH值升高。进一步测得,阳极与阴极pH值均显中性,且阴极pH值大于阳极,阳极存在HCO3-,而不存在CO32-,阴极存在CO32-,而不存在HCO3-,混合样中两者都存在。在一般情况下,pH值小于8.34时,只有HCO3-,而无CO32-,pH值大于8.34时,只有CO32-,而无HCO3-,这与本次实验所测得的阳极pH值7~8,阴极pH值8.5~9的结果相符。所以阴极pH值大于阳极,且由电泳和水解共同作用下影响。
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