吸附法对脱硫废水除氟效果的影响研究

潘祥伟 边成利 王铁民 包文运 李光雷 刘秀辉 胡玉琳 陈阳 高良敏 朱圣捷

摘要：为解决脱硫废水的氟化物浓度过高的问题，采用了吸附法处理脱硫废水，考察了pH值、吸附时间、吸附剂用量、温度对脱硫废水除氟效果的影响。实验结果表明：最佳工况条件为吸附剂用量2.5g，时间108min，pH值为6，吸附温度30℃。5个因素的主次关系是：吸附剂种类>吸附时间>温度>吸附剂用量>pH。

关键词：吸附法：脱硫废水：除氟效果

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）16-0130-03

1引言

氟是人体所必须的微量元素之一。但过量摄人氟会严重损害人体健康，引发骨质疏松症、关节炎、脑损伤等，为避免过量氟对人体健康产生危害，不但要控制饮用水中氟化物含量，同时也必须严格控制废水排放中氟的含量。《火电厂石灰石一石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T997-2006）规定氟化物的浓度限值30mg/L。因此。含氟工业废水的除氟处理已成为全球广泛关注的问题之一。

目前，含氟工业废水的除氟方法主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜处理、电化学法等，其中，吸附法具有易于操作、成本较低、效果稳定等优点，成为水溶液除氟的一种常用方法。

因此，本研究采用吸附法处理脱硫废水，考察pH值、吸附时间、吸附剂用量、温度、吸附剂种类对脱硫废水除氟效果的影响，探索吸附法处理脱硫废水的最佳工况条件。

2材料与方法

2.1实验材料

本实验所用脱硫废水经混凝处理后进行吸附实验，脱硫废水中氟化物的浓度为82.5mg/L。选用活性氧化铝进行脫硫废水除氟研究。预处理：用去离子水进行清洗，以洗去其中的杂质，随后于100℃烘箱内烘干后备用。

2.2实验仪器

电子天平，BS224S，赛多利斯仪器系统有限公司;便携式氟化物分析仪，PCⅡ58700-05，美国哈希公司;水浴恒温振荡器，SHZ一82A，金坛市天竟实验仪器厂。

2.3实验步骤

单因素实验：考察pH、吸附时间、吸附剂用量、温度对脱硫废水除氟效果的影响。各影响因素参数为吸附剂用量分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5g、吸附时间为36、72、108、144、180min，pH值为4、5、6、7、8，吸附温度为20、25、30、35、40℃。用250mL的锥形瓶分别装入150mL经混凝后的脱硫废水，然后，按照各影响因素参数值准备样品。将准备好的样品置于水浴恒温振荡器上。设置振荡速度为180r/min，振荡时间为3h，水浴温度25℃。振荡结束将水样经过0.45um滤膜过滤后，测定氟化物浓度。

正交实验：设置五因素三水平的正交实验，具体参数如下：吸附剂种类（活性氧化铝、羟基磷灰石、无烟煤）、吸附剂用量（3、4、5g）、吸附时间（150、180、210min）、温度（25、35、45℃）、pH值（6、7、8）。

3结果与讨论

3.1单因素实验结果分析

如图1a所示，pH在4～5之间时，氟化物的浓度呈现下降趋势，这是因为pH在4～5之间时，活性氧化铝吸附氟化物的速率大于解吸的速率，氟化物的浓度呈现下降趋势，当pH在6～8之间时，氟化物的浓度呈现上升趋势，这是因为随着pH的增加，活性氧化铝吸附氟化物的速率小于解吸的速率，氟化物的浓度呈现下上升趋势。因此，最佳pH是6。

如图1b所示，吸附时间在36～108min之间时，氟化物的浓度呈现下降趋势，这是因为活性氧化铝对氟化物的吸附没有达到饱和，氟化物的浓度呈现下降趋势，当吸附时间在108～180min时，氟化物的浓度呈现平衡状态，这是因为随着吸附时间的增加，活性氧化铝吸附达到饱和，氟化物的浓度呈现平衡状态。因此，最佳吸附时间是108min。

如图1c所示，吸附温度在20～30℃之间时，氟化物的浓度呈现下降趋势，吸附温度在20～30℃之间时，活性氧化铝吸附氟化物的速率大于解吸的速率，氟化物的浓度呈现下降趋势，当吸附温度在30～40℃时，氟化物的浓度呈现上升趋势，这是因为随着吸附温度的增加，活性氧化铝吸附氟化物的速率小于解吸的速率，氟化物的浓度呈现下上升趋势。因此，最佳吸附温度是30℃。

如图ld所示，吸附剂用量在0.5～2.5g之间时，氟化物的浓度呈现下降趋势，这是因为吸附剂用量在0.5～2.5g之间时，氟化物的浓度随着吸附剂用量增加而下降，氟化物被吸附到活性氧化铝上，氟化物浓度降低。吸附剂用量在2.5～3.5g之间时，氟化物的浓度呈现平衡状态，这是因为随着吸附剂用量的增加，氟化物全部被吸附到活性氧化铝上，氟化物的浓度呈现平衡状态。因此，最佳吸附剂用量是2.5g。

3.2正交实验结果分析

使用SPSS 24对正交实验结果进行了方差分析，结果见表1。

由方差分析可知，影响因素中吸附剂种类和吸附时间两个对氟化物浓度具有显著的影响，而温度、吸附剂用量和pH值这三个因素对其的影响较小。5个因素的主次关系是：吸附剂种类>吸附时间>温度>吸附剂用量>pH值。

4结论

采用吸附法处理脱硫废水的最佳工况条件为吸附剂用量2.5g，吸附时间108min，pH值为6，吸附温度30℃。5个因素的主次关系是：吸附剂种类>吸附时间>温度>吸附剂用量>pH值。