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1、尸本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：会氢蛹一日期：均盟么4 一关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的
2、全部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。签名：鑫鱼扬盔日期：挫拯幺2导师签名：目期：型： ：寥，太原理 大学硕士研究生学位论文化学沉淀法去除饮用水中微量超标的氟、硬度及硫酸根摘要安全的饮用水是维持人体正常的新陈代谢，保障人体健康的必要条件。山西省属于水资源严重匮乏的省份加之独特的气候和地形条件及近年来水资源的污染导致很多地区尤其是农村居民的饮用水安全问题一直比较突出。生活饮用水卫生标准( G B 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 中规定氟化物浓度 5 有沉淀析出- hQ 一( C ( A + ) ) “ C ( B ”) ) 。= K s 饱和溶液l ( 2 2 )Q = (
3、C ( A m + ) ) ” C ( B ”一) ) “ N 0 3 - C 1 。 F 一由上式可以看出，阴离子交换树脂对对水中常见的阴离子交换能力氟离子最弱，通常离子交换树脂对氟离子的交换容量为1 9 氟l k g 树脂。常用于交换氟离子的树脂是氨基磷酸树脂，其不但通过交换作用除氟对氟离子还有很强的络合作用，该树脂的交换容量为9 3 l m g L ，除氟率可高达7 5 ，缺点是在除氟的同时还会引入胺类等其他物质，所以该树脂不适合用于饮用水中的除氟。王晓波4 3 1 通过将强酸性阳离子交换树脂改为铝离子型来进行除氟研究，结果表明：将含有氟离子浓度为7 m g L 的原水通过装有3k g
4、树脂的装置后，出水中的氟离子浓度降到l m g L 以下，达到国家饮用水标准。该工艺具有操作简单，可在家庭饮用水除氟方面推广。但和其他离子交换剂一样如果水中含有较多其他阴离子时将大大降低其除氟的能力而且该树脂的再生费用高于其他树脂。该离子交换剂的交换容量约为1g 氟1k g 。曹秀菊【4 4 采用负载三价金属阳离子的A m b e r l i t e2 0 0 C T 离子交换树脂进行除氟研究，结果表明：随着水中p H 值的增加该树脂的除氟效率也明显升高，但p H 值超过9时除氟效率又开始下降，所以采用该树脂时水中p H 值不宜过高。5 、反渗透法反渗透法是通过加压改变渗透方向使得水分子透过半
5、透膜而其他可溶性离子不能透过半透膜从而达到去除水中离子的目的【4 5 。用反渗透法除氟就是将水中的水分子通过半透膜而氟离子不能通过被截留在膜的另一边，从而进行除氟。该工艺具有实际使用过程中无需投加任何药剂，设备简单等优点。可用于处理氟离子浓度较低的水或作为化学沉淀法的后续处理工艺来使用。反渗透法是2 0 世纪6 0 年代发展起来的新技术【46 I ，反渗透膜常用于海水淡化、苦咸水治理、纯净水制备都有很不错的效果。该方法不仅可以去除水中的杂质和离子还能有效地去除水中的悬浮物和致病菌。该工艺在加压的条件下工作所以对膜的质量要求很高，对运行操作技术要求也很高，实际运用中能耗也高通常处理1m 3 的水
6、需耗能为19太原理工大学硕士研究生学位论文3 k w h 。使用一段时间后就需对膜进行更换，膜的价格很昂贵对一些农村和贫困地区不适合推广使用。当水中含盐量过高时也会降低膜的除氟效率。H i n d i n 等人用C e l l u i o s e 醋酸膜设计f l q d , 型反渗透槽，对仅含氟离子的原水进行处理，结果使氟化物质量浓度由5 8 5 m g L 降到1 0 m g L 。p H 值影响膜的除氟效率，当p H 值从5 增加到7 ，除氟效率提高了8 5 。张威等4 73 采用反渗透膜对地下水进行除氟研究，结果表明：通过反渗透膜的处理可将氟离子浓度为1 0 1 m g L 的原水将到
7、0 2 6 m g L ，达到国家饮用水标准。水中的含盐量将影响反渗透膜的除氟效果当水中含盐量超过5 9 L 时，除氟效果将明显降低。缺点是该工艺能耗高，反渗透膜费用较贵，不适合我国农村分散用户来处理高氟饮用水。6 、电凝聚法电凝聚法是电解铝时会生成羟基铝络合物和 A I ( O H ) 3 。凝胶这两中物质会和水中的氟离子发生络合反应和并凝聚，从而达到除氟的目的。该法首先将铝电极放入含氟废水中，再通入直流电后会发生两个过程：电絮凝和电气浮。设备中铝板为阳极在直流电场的作用下，电极表面会电离产生铝离子形成活性絮状物来吸附水中的氟离子，铝离子在缩聚的过程中会形成不同形态的氢氧化物，这种氢氧化物会
8、吸附水中的氟离子及其络合物。而与此同时，铝板阴极将释放生成的氢气将絮凝物浮选到溶液表面而分离。用这种方法处理含氟废水可以使废水中的氟离子浓度有效地从15 m g L 降到2 m g L 左右，如果是在弱酸性条件下处理效果甚至会更好，p H 值太高或太低的都会影响氢氧化铝絮体的形成，将会影响该法的去除氟离子的效果。另外，一些无机离子也能对该法的除氟效果产生影响，如钙离子，铁离子，镁离子等有促进作用，而阴离子一般会减弱氟离子的去除效果，这可能是由于氟离子与其他阴离子竞争吸附的结果4 8 【49 1 。电凝聚法具有设备简单，容易操作，实际使用中无需投加其他药剂而且所形成的沉淀物中含水率较低等优点。缺
9、点是运行时耗能较多，目前实际中只用于处理氟离子浓度较低的水。电凝聚法对处理饮用水结果表明：该法具有处理后不必再生，工作时管理简单水经处理后可基本保持原有水质，水中有益于人体健康的离子不会被去除会不影响饮水者的健康，工程过程中吸附介质的活性始终很强，根据对出水水质的要求可通过调节装置的电流来实现。电絮凝法目前现在主要应用于工业废水和生活污水的除氟处理以及纯水和高纯预处理工艺。在某些特殊情况下，电絮凝法也许是处理难溶污染物不可或取方法。我国大太原理l ：大学硕十研究生学位论文陆地区从上世纪7 0 年代开始了对电絮凝法法处理水的究研，其主要是研究该法的处理合适条件。我国的台湾和香港对电絮凝法处理饮用
10、水的也有报导。据相关资料”，用电凝聚法处理含氟废水，结果表明：在水温为6 0 。C 水中p H 值为5 5 6 0 的条件下，解槽中电流密度为1 5 A m 2 ，将含氟离子浓度为8 0 m g L 的原水在电解槽内停留5 m i n 后，出水中氟离子浓度可降到1 0 m g L ，达到国家饮用水标准。此工艺在处理的过程中不会引入其他离子处理后的水可保持水质基本不变，同时也可通过调节电流来控制出水中氟离子浓度，出水稳定，操作简单。7 、电渗析法电渗析法除氟是在外加电场的作用下使带负电的氟离子和带正电的其他离子通过在直流电场的引导，分别选择通过膜向阴极和杨极的方向移动，从而达到除氟的目的。经过此
11、方法后溶液中移动的离子经过离子交换膜被分离，形成的浓缩水后被排放。电渗析法具有除氟效果稳定，在实际操作过程中无需投加其他药剂，如果水中含盐量较高也可被去除，这些优点都是其他方法所无法比拟的。电渗析器主要是由电离子交换膜、隔板、阳极和阴极板等组成。电渗析器中所用的离子交换膜通常分为阴膜、阳膜和复合膜三种；若按膜的结构类型又可分为均相膜、半均相膜和异相膜三种。通常采用异相膜为离子交换膜。阴阳电极在实际使用过程中容易产生极化现象，通过频繁频繁倒极工艺可消除此现象。电渗析工艺可用于处理各种p H值的含氟水，适用于水中含盐量小于4 0 0 0 m g L 的原水处理，同时也可去除其他离子，但缺点是设备昂
12、贵，运行费用高。通常电渗析法的除氟率可高达9 0 ，此法已经成功地用于我国西北、河南等地区处理苦咸水和除氟工程【5 1 l ，效果良好。8 、流化床诱导结晶沉淀流化床诱导结晶法 5 2 1 是1 9 8 5 年D H VW a t e r 和K UL e u v e n 用于处理金属废水的处理方法。将流化床诱导结晶法用于除氟就是在流化床反应器中加入氟化钙结晶核来促进氟化钙沉淀能快速结晶、形成。从而达到去除水中氟离子的目的。有人将该技术用于软化硬水、去除水中的磷和金属离子等。该工艺缺点是实际操作中比较复杂，需要定期补充所需的结晶核才能保证反应正常进行。9 、生物技术除氟根据国外的某些研究报道，在
13、某些特定的条件下某些菌种可以有效降解含有机化合物。通过对这些微生物进行驯化筛选后，就能得到高效除氟的菌种。而这种除氟方法太原理工大学硕士研究生学位论文一般只用于处理有机含氟废水，其适用的范围比较窄不能用于对实际生活中无机氟的去出。而且目前生物技术处理含氟有机合物的研究都还处于实验阶段，只有大量理论及实际问题得到解决后才有走向际应用的可能性。M e e n a k s h i 5 3 1 等通过对除氟的常用方法比较，结果表明：反渗透法的除氟效率最高其次是吸附法，而离子交换法和絮凝沉淀法都比较小差。目前在对除氟的研究除了对改进已有的工艺外更注重提高工艺的实用性和节能性，都在努力寻找一种既能有效地除
14、氟，又费用合理、操作简单可大范围地推广的工艺。石灰沉淀法，其具有材料来源广泛、操作简单、处理方便、成本低，作为混凝的预处理阶段可大幅降低废水中的氟离子含量，减轻后续处理的负荷。而混凝沉降法本身就比较适合处理较低浓度的含氟废水，作为工艺的深度处理阶段通过一次处理就可使出水达到国家排放一级标准。因此在实际处理含氟离子浓度较高的废水时将石灰沉淀法和混凝沉淀法联合使用。而低浓度含氟废水和饮用水则一般使用吸附法、电解法、反渗透法、电渗析法等方法来进行处理，使用这些除氟方法可以将氟离子浓度降到非常低的水平，但也存在着技术高，操作比较复杂，处理费用相对太高等缺点。相比而言因此化学沉淀法更适合处理低浓度含氟废
15、水【5 4 。2 5 2 降低水中总硬度的研究现状常用的降低水中总硬度的方法有石灰软化法、离子交换法和膜分离法等。】、离子交换法离子交换法降低水中硬度的原理是通过阴阳树脂交换水中的钙离子和镁离子，从而将其去除，使得水中的总硬度降低硬水得到软化。用离子交换来降低水中总硬度的实质是一种化学脱盐法。目前离子交换法脱盐有两种分别为双床法和混合床法。具体操作流程是将阳离子及阴离子交换树脂均匀混合而充填于柱中，原水从柱底流入，纯水从柱顶流出。软化反应为：2 R H + C a S 0 4 = R 2 C a + H 2 S 0 42 R O H + H 2 S 0 4 = R 2 S 0 4 + 2 H
16、2 0再生反应为：R 2 C a + 2 N a C I = C a C l 2 + 2 R N aR 2 S 0 4 + 2 N a C I = 2 R C I + N a 2 S 0 4软化反应为：2 R N a + C a S 0 4 - R 2 C a + N a 2 S 0 47 7太原理I 大学硕士研究生学位论文2 R C I + N a 2 S 0 4 = R 2 S 0 4 + 2 N a C I王惠颖5 5 1 采用钠离子交换法对降低水中的硬度进行了研究，结果表明：离子交换工艺可有效地降低水中的总硬度，处理后的水中总硬度达到国家标准，在实际操作中该工艺具有对操作技术要求不高、运行费用低等优点。如果该工艺被用为饮用水深度处理时水中的钠离子浓度会对降低硬度产生影响，需要考虑钠离子的含量才能确保水质达标。以此工艺建造的饮用水净化系统已稳定运行三年多，处理后的水质良好，均能达到国家标准。2 、沸石法沸石因为其对水中的钙离子和
