摘要：以某氟化鹽廠排放的含氟廢水為研究對象，在化學混凝兩段法處理工藝中，對聚合氯化鋁（PAC）與硫酸鋁處理高濃度含氟廢水時pH的影響、混凝劑投加量、溫度的影響、沉降速度進行了對比研究，并對石灰乳-PAC除氟進行了靜態放大試驗。結果表明，PAC對pH變化和原水溫度適應性強、投藥量少、沉降速度明顯提高等，石灰乳-PAC除氟時的靜態放大試驗效果達到《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）標準。
化學混凝法是目前處理含氟廢水的主要方法之一，因其具有適應性強、操作簡單、基建投資低等優點而被廣泛采用。混凝劑的選擇直接影響混凝處理的效果和費用。某公司用石灰乳-硫酸鋁兩段法處理排放的含氟廢水，該工藝具有生產簡單，價格相對低廉的特點，但存在投藥量大，處理過程形成的沉淀松散、破碎、懸浮于水中不易沉淀等問題，致使氟離子未能達到GB 8978-1996排放標準，對環境造成污染。而混凝劑聚合氯化鋁是以各種聚合物和Al(OH)3的形式直接存在于水中，不再出現Al3+的水解過程，所以可看作為無定形的無機高分子，因而聚合氯化鋁表現出許多不同于傳統混凝劑的特異混凝功能。在本研究中，以含氟廢水為研究對象，對硫酸鋁和PAC的除氟效果進行對比試驗，改進廢水處理工藝，提高F-的去除率。
1、試驗材料與方法
（1）藥劑。NaF（AR）、Ca(OH)2（AR）、PAC（AR）、Al2(SO4)3、NaOH（AR）、HCl（AR）、TISAB（自配）。
（2）試驗儀器及用品。pHS-3C型pH計、HJ-3PF-1型氟離子選擇電極、232型飽和甘汞電、E-201-C型pH復合電極、AA-7020型原子吸收分光光度計、JJ-3型六聯電動攪拌機、沉降管。
（3）水樣。水質為：F-2100mg/L、Cl-138mg/L、Na+1070mg/L、SS＜30mg/L、pH2.21。
（4）分析方法。F-采用氟離子選擇電極法測量；Cl-采用硝酸銀滴定法測定；Na+采用原子吸收分光光度法含量測量；pH采用pH計測量。
（5）化學混凝兩段法處理工藝。對于該廠pH較低的含氟廢水，投加足夠的石灰乳，控制pH為12左右，此時，上清液中F-可降至40-80mg/L，但此時廢水pH很高，而絮凝沉降除氟控制pH均在中性范圍，繼續投加的PAC和硫酸鋁都呈酸性，有利于pH的降低，現就混凝劑PAC和硫酸鋁的除氟效果進行對比試驗。
2、結果與討論
2.1 pH變化對混凝效果的影響對比
在20℃下，在聚乙烯燒杯內加入1000mL廢水，先用10%石灰乳控制pH12左右，攪拌30min，沉淀90min后倒出800mL上清液，然后向每個聚乙烯燒杯內加入400mg/L的PAC，用1:1HCl和10%NaOH調不同pH，快速攪拌2min，轉速150r/min，再慢速攪拌10min，轉速40r/min。沉淀120min，取上清液分析測定F-。將混凝劑改用硫酸鋁，投加量也為400mg/L，按同樣的試驗步驟處理含氟廢水，測不同pH對石灰乳-硫酸鋁除氟時殘留F-影響，結果見圖1。
由圖1可知，用PAC作絮凝劑時，pH在很大范圍內都能使出水F-達到GB 8978-1996標準（10mg/L），綜合對所排廢水的pH要求考慮，較佳pH可選在6-8。而絮凝劑選用硫酸鋁時，pH較難控制，出水不穩定。硫酸鋁為低分子結晶鹽，只有一個固定的分子式，而PAC可以看作是AlCl3經水解逐步轉化為Al(OH)3這一過程的中間產物，使許多不同形態水解產物組合而成的化合物，表示某種高分子電解質的形態。正是由于這種結構，PAC一投加到水中，就可直接發生電性中和，吸附架橋等作用，并且受到原始水質的影響較小，所以PAC適應的pH范圍較廣，混凝效能比普通的鋁鹽好。
2.2混凝劑投加量的對比
在20℃下，在聚乙烯燒杯內加入1000mL廢水，先用石灰乳控制pH12左右，攪拌30min，沉淀90min后倒出800mL上清液，然后向每個聚乙烯燒杯內投加不同量PAC，用1:1HCl和10%NaOH調節pH為6-8，快速攪拌2min，轉速200r/min，再慢速攪拌10min，轉速40r/min。沉淀120min，取上清液分析測定F-。將PAC換成硫酸鋁，再按上述步驟試驗。分析測試結果見圖2。
由圖2可知，當投加量小于400mg/L時，殘余F-與PAC投加量基本呈線性關系，PAC投加量在320mg/L以上時，殘余F-均滿足排放標準。為了確保可靠，在此基礎上繼續投加絮凝劑使殘余F-進一步降低，綜合處理成本和去除效率考慮，確定PAC投加量為500mg/L時比較合適。而采用硫酸鋁作絮凝劑時，投加量在700mg/L以上時，才使殘余F-達到標準，為確保可靠，硫酸鋁的投加量應取在1000mg/L左右，較PAC大。
2.3溫度對混凝效果的影響對比
試驗溫度選擇在5-50℃，通過不斷加冰或電加熱控制溫度。在指定溫度下，在聚乙烯燒杯內加入1000mL廢水，放在冰水浴中，用石灰乳控制pH12左右，攪拌30min，沉淀90min后倒出800ml上清液，然后向聚乙烯燒杯內投加500mg/L的PAC，用1:1HCl和10%NaOH調節pH為6-8，快速攪拌2min，轉速200r/min，再慢速攪拌10min，轉速40r/min。沉淀120min，取上清液分析測定F-。溫度依次增加，測不同溫度對混凝劑PAC除氟的影響。將PAC換成硫酸鋁，投加量為1000mg/L，再按上述步驟試驗。測試結果見圖3。
由圖3可知，20℃以下時，水溫對硫酸鋁的混凝效果有明顯影響，即使增加硫酸鋁的投加量往往也難以取得良好的混凝效果，生產實踐中表現為絮體細小、松散，沉淀效果差。溫度對混凝效果產生影響的主要原因為水溫影響藥劑溶解速度。硫酸鋁是無機鹽混凝劑，其水解是吸熱反應，低溫時混凝劑水解困難；水溫影響水的黏滯性：低溫水的黏度大，使水中雜質顆粒布朗運動強度減弱，碰撞機會減少，不利于膠粒脫穩凝聚；同時，水的黏度大，水流剪力也加大，影響絮體的成長；水溫還對膠體顆粒的水化膜形成有影響：水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，水化膜增厚，妨礙膠體凝聚，而且水化膜內的水由于黏度和重度增加，影響了顆粒之間粘附強度。而低溫對PAC的影響較小，PAC低溫水混凝處理中比硫酸鋁效果好。在20-50℃時，兩者除氟效果受溫度的影響不大。
2.4沉降速度的對比
在室溫20℃下，分別對混凝劑PAC和硫酸鋁的除氟過程進行沉降試驗。取2000mL廢水，投加足夠量石灰乳，控制pH在12左右，反應30min，分別加入1gPAC和2g硫酸鋁，控制pH在6-8，快速攪拌2min，轉速200r/min，再慢速攪拌10min，轉速40r/min，倒入2L的沉降管中做沉降試驗，從5min開始記錄泥水分界面的下降距離，測試結果見圖4，并取樣化驗上清液中的殘余F-，測試結果見圖5。
由圖4可知，用硫酸鋁作混凝劑時，沉降速度較慢，采用PAC為混凝劑時，沉降速度較快。硫酸鋁混凝時礬花較小，均為細小的絮狀礬花，而PAC混凝時礬花較硫酸鋁大。
由圖5可知，投加PAC后，沉降20min時，上清液F濃度為5.4mg/L，能達到排放標準，50min以后，F-的濃度基本不再變化，而使用混凝劑硫酸鋁時，沉降30min后，F-才降為10mg/L，40min時，上清液F-為8mg/L，80min以后，F-的濃度基本不再變化。
2.5靜態放大試驗
為驗證開發出的除氟基本流程的除氟效果，在實驗室的條件下，做10倍靜態放大試驗，在室溫20℃下，取10L廢水，先在廢水中加入1200mL10%石灰乳，攪拌強度為150r/min，攪拌30min，靜置90min后，倒出8L上清液，再繼續加入400mgPAC，pH控制在6-8，快攪2min，慢攪15min，靜置120min，測得PAC處理后的廢水中殘余F-達到到排放標準。
3、結論
使用PAC作為混凝劑取代傳統的硫酸鋁處理含氟廢水，對pH變化和原水溫度適應性強、投藥量少、沉降速度明顯提高。使用PAC可以提高排水水質、節省處理成本，值得推廣。石灰乳-PAC除氟時，pH控制在6-8，PAC投加量為500mg/L時，靜態放大試驗效果較好，可達到GB 8978—1996排放標準。
