响应曲面法优化高效除氟药剂的研制及除氟机理

我国电子、光伏、无机氟化工、煤矿开采、煤基化工等行业产生的废水普遍存在氟化物超标问题,除氟药剂法作为废水除氟的新方法,存在投药量及污泥产生量较大等问题。采用响应曲面BBD法对该除氟药剂的制备条件进行试验设计和优化,并与常用混凝剂除氟性能进行对比。通过扫描电子显微镜分析(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)分析手段对不同制备阶段除氟药剂进行表征分析,结合处理后上清液残留元素水平和各元素利用率对除氟机理进行探究。结果表明:除氟药剂最优制备条件为n(M)/n(Si)(M为金属总量)为44.91、n(Al)/n(Mg)为40.64、n(Al)/n(Fe)为34.92,在该条件下所制备的除氟药剂在投药量1.35g/L时,氟离子质量浓度由20mg/L降至0.71mg/L,达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准限值1.0mg/L以下,氟离子去除率达96.45%,响应曲面法建立的模型相关系数R2为0.9690;对于初始氟质量浓度10~200mg/L的含氟水样,除氟药剂按比例投加,上清液剩余氟质量浓度均小于1.0mg/L;与常用混凝剂的除氟性能顺序为:除氟药剂>PAC>PAFC>PFS;SEM和XRD表征分析发现除氟药剂形态和结构均发生改变,通过反应聚合形成多种多羟基聚合物,这些多羟基聚合物与氟离子间发生离子交换,从而去除氟离子;通过对上清液残留进行元素分析,结合所投加除氟药剂中各金属元素浓度,分析得出铝、硅、铁、镁的元素利用率分别为99.98%、97.16%、92.22%和18.39%;除氟药剂对多种实际含氟工业废水均高效且适用。

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