曹仁堂
航天部第三研究院 一、前言 工業生產過程中使用含氟原料的工藝很多，如玻璃制造工業、電子部件制造工業、熔融鹽電解工業、原子有工業、鑄造工業及特種鋼材處理等一些工廠經常會排放出含氟化物的廢水。大量含氟廢水排入水體，將會污染河流，特別是污染了飲用水水源。我國生活飲用水標準規定氟含量小于1.0mg/人。據有關資料報道，我國現有4500萬人飲用高氟水。長期飲用高氟水會導致氟斑牙、氟骨病。常用的含氟廢水處理多采用加藥和吸附兩種方法，如加入石灰、鎂鹽、鋁鹽處理，或用羥基磷灰石、骨炭、活性氧化鋁等吸附。但這兩種方面多數工藝復雜、勞動條件差、費用較高。
而作為工業廢物排出的粉煤灰，侵占土地，淤塞河道，造成揚塵、嚴重污染環境。其處理通常是采用水力沖灰輸送至貯灰場貯存。
本文采用粉煤達處理含氟廢水，具有以廢治廢和資源綜合利用的好處。 二、試驗方法 1、靜態試驗
采用78-1型磁力攪拌器將粉煤灰與含氟水樣置于150ml燒懷中在攪拌器上攪拌，然后靜置、沉淀后測定[F]。
2、測定方法
采用PF-1型氟離子選擇電極測定氟的濃度。
3、制磚試驗
為防止粉煤灰二次污染，將被氟飽和的粉煤灰按20%、30%、50%比例加入黃土中，制成的黃土塊進一步在1000℃下的馬弗爐內焙燒二小時燒制成磚。 三、試驗結果及分析 （一）正交實驗
由于粉灰粒經相同（約200目左右），因此影響粉煤灰除氟容量的因素有攪拌時間，粉煤灰投量，原水氟濃度。選用Lg（32）正交實驗表。
分別取[F]為8.0、10.0、12.0mg/l，粉煤灰投量為5、10、15g，置于9個150ml燒懷中，放置攪拌器上攪拌10、20、30分鐘，然后靜置，沉淀，待沉淀完全，測出上清液的剩余[F]，填入正交實驗表1。 表1 影響因素正交實驗表| 實驗號 | 影響因素 | 余氟
（mg/L) | 除氟效率 | 除氟容量（mg/g) | 粉煤灰量
（g) | 原水濃度
（mg/L) | 攪拌時間
min | | 1 | 1 | 15 | 3 | 8 | 2 | 20 | 5.89 | 26.3% | 0.014 | | 2 | 1 | 15 | 1 | 12 | 1 | 10 | 4.91 | 59.1% | 0.047 | | 3 | 1 | 15 | 2 | 10 | 3 | 30 | 4.35 | 56.5% | 0.038 | | 4 | 2 | 10 | 2 | 10 | 1 | 10 | 6.91 | 30.9% | 0.031 | | 5 | 2 | 10 | 3 | 8 | 3 | 30 | 6.32 | 21% | 0.017 | | 6 | 2 | 10 | 1 | 12 | 2 | 20 | 5.92 | 58.2% | 0.017 | | 7 | 3 | 5 | 1 | 12 | 3 | 30 | 5.92 | 50.7% | 0.122 | | 8 | 3 | 5 | 2 | 10 | 2 | 20 | 5.92 | 40.8% | 0.082 | | 9 | 3 | 5 | 3 | 8 | 1 | 10 | 6.32 | 20% | 0.034 | | K1 | 0.099 0.239 0.112 | | K2 | 0.118 0.151 0.166 | | K3 | 0.238 0.065 0.177 | | K1 | 0.033 0.080 0.037 | | K2 | 0.039 0.050 0.039 | | K3 | 0.079 0.022 0.059 | | △k | 0.046 0.058 1.022 | 經計算極差，可見影響粉煤灰除氟容量的因素由大到小的順序為：原水濃度→粉煤灰投量→攪拌時間，由表1所見，粉煤灰對高氟含量水的去除效果很理想。由此，粉煤灰在高氟廢水的處理中，定能取得理想效果。
（二）水平趨勢圖
為探求各因素可能更優水平，發現正交表中所未列入而可能更優的水平值，作水平趨勢圖。以因素的水平值為橫座標，以相應因素的同水平導致結果之和為縱座標，畫出每一因素各水平對結果影響的趨勢圖。
由上圖可以看出粉煤灰除氟容量，隨投量的增加而銳減，后至平緩。在投量低時，容量較高。 
粉煤灰的除氟容量隨原水氟濃度升高而升高，可見粉煤灰對高氟濃度原水去除效果好。由圖可見除氟容量隨時間增大，但又趨平緩，攪拌時間并不是主要影響因素。
（三）粉煤灰除氟規律總結及吸附后粉煤灰處理
1、粉煤灰除氟規律總結
（1）影響粉煤灰吸附容量的主要因素為原水濃度，粉煤灰投量。原水濃度為影響粉煤灰吸附容量的最主要因素，吸附容量隨原水氟濃度的升高而增大。而粉煤灰投量則越低，吸附容量越大。
（2）攪拌時間（生產中即為混合時間）為不重要因素，從攪拌時間的水平趨勢圖上可以看出，曲線略有上升而又趨于平緩，即說明粉煤灰的吸附速率很快，在30分鐘內即可接近吸附飽合狀態，再增接觸混合時間對吸附速作用也無大的作用。
在實際的生產應用中，不能使粉煤灰投量太小，這樣雖然可提高粉煤灰吸附容量，但會影響出水的剩余氟濃度，考慮到吸附容量隨原水氟濃度升高而增大，及要求出水氟濃度，經濟技術各指標的綜合，可采用一定濃度的原水與定量粉煤灰的方法，適當提高粉煤灰，以保證出水足夠低的剩余氟濃度。
為考查粉煤灰對低氟濃度水的處理情況，我們做了下面的試驗，取2mg/L、4mg/L、6mg/L各100ml,加入TLSAB緩沖劑，各加入5g粉煤灰，攪拌10min后，測出剩余氟濃度,結果見表2。 表2 粉煤灰處理低氟濃度水的效果| 原水濃度mg/L | 余氟
（mg/L) | 除氟容量
（mg/g) | | 2 | 1.92 | 0.022 | | 4 | 3.83 | 0.003 | | 6 | 5.32 | 0.013 | 可見粉煤灰到低氟濃度原水處理效果不理想，粉煤灰更適于處理高氟濃度廢水，而處理后的出水若要繼續除低氟濃度，可考察采用其它方法。
2、吸附后粉煤灰處理
經除氟后粉煤灰，并未影響其物理性質，簽于建材上經常采用粉煤灰直接壓制成磚。除氟處理后的粉煤灰仍然可以應用建材中制做磚用砌塊。
粉煤灰吸附處理廢水后，其可能吸到一些養分如N.P等，尤其在吸附磷肥生產廠的含氟廢水后，且不能應用于農業方面，以防止釋放吸附的氟，造成二次污染。 四、攪拌時間影響的研究及生產工藝設想 1、攪拌時間影響的研究
在三個影響因素中，攪拌時間（生產上即為混合時間）為最不重要因素，它對吸附容量的變化影響較小，在處理工藝中為提高吸附容量可不考慮時間的影響。但攪拌時間的長短，直接影響污水處理量，為選擇經濟、技術合理的攪拌時間T和考查其影響作用，作如下實驗。
取10mg/L NaF溶液各100ml置于6個150ml燒杯中，各加入5g粉煤灰，攪拌時間分別為10、20、30、40、50、60min，攪拌后沉淀，測出余[F]見表3。 表3 除氟容量隨時間變化實驗表| 原水[F-]mg/L | 粉煤灰投量
（g) | 攪拌時間
（min） | 余
（F-]mg/L | 除氟容量
（mg/g) | | 10 | 5 | 10 | 6.75 | 0.065 | | 10 | 5 | 20 | 5.92 | 0.082 | | 10 | 5 | 30 | 5.45 | 0.091 | | 10 | 5 | 40 | 5.22 | 0.096 | | 10 | 5 | 50 | 5.10 | 0.098 | | 10 | 5 | 60 | 5.12 | 0.098 | 從上面數據可看出，除氟容量除攪拌時間的增大而增大，以攪拌時間為橫坐標，以除氫氟容量為縱坐標作曲線，如圖4所示。 
從曲線上可看出，粉煤灰除氟吸附圖快，在30-40min內可吸附近飽合，在1小時幾乎完全吸附飽合，因此，在實際處理工藝中，可考慮在30-40分鐘內的混合時間，時間太長，除氟容量提高不大且增加了運行費用 ，降低單位時間內出水量。
2、提高除氟容量的設備
從正交實驗中可以看出，對一定濃度的含氟水，在低粉煤灰投量下處理，除氟容量較高，但出水氟濃度也較高，在高粉煤灰投量下處理，出水氟濃度低，但除氟容量較高。
對此，我們設想采用分步混合的方法，以同時使吸附容量提高，降低出水氟濃度。具體實驗如下：
1、取220mg/L NaF溶液（100ml）置于150ml燒杯中，加入15g粉煤灰，攪拌30min后，靜置沉淀，測出其余[F]。
2、取220mg/L NaF溶液（100ml)置于150ml燒懷中，加入15g粉煤灰，攪拌10min 后，沉淀，測出其余[F-]，將此溶液過濾（過濾不影響處理后水的氟濃度），取濾后液置于150ml燒杯中，加入5g粉煤灰，重復上述步驟二次，測出每次攪拌后的余[F-]將數據填入下表，計算除氟容量。 表4 分步混合實驗表| 原水[F]mg/L | 粉煤灰投量
（ g) | 攪拌時間
（min) | 余[F]mg/L | 除氟容量
（mg/g) | | Ⅰ、20 | 15 | 30 | 7.86 | 0.081 | | Ⅱ、20 | 5 | 10 | 10.71 | 0.186 | | 10。71 | 5 | 10 | 6.25 | 0.089 | | 6。25 | 5 | 10 | 5.21 | 0.021 | Ⅱ 中的總除氟容量為（20-5.21）×0.1/15=0.098，可見通過分步混合，提高除氟容量，降低了出水氟濃度，充分利用了粉煤灰的吸附能力。 五、結論
1、粉煤灰具有一定除氟效果，對于高含氟廢水具有較好的處理效果。
2、影響粉煤灰吸附容量的主要因素依次為：原水氟濃度→粉煤灰投量→攪拌時間。
3、除氟后的粉煤灰可燒制成磚。
4、攪拌時間在生產中可選定30-40min，混合方法宜采用分步混合方法，以降低出水氟濃度，提高粉煤灰吸附容量。 | 
