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饮用高氟水对人体危害很大,不仅能引起氟斑牙、氟骨症,还能对细胞、肾上腺、生殖腺等功能产生影响。在众多的饮用水除氟技术中,电絮凝除氟具有设备简单、操作容易、铝投量少、泥渣量少、出水的残余铝浓度低等优点。通过调节溶液初始pH值可使电絮凝除氟率达到最高,但是该方法在实际操作中难以实现。体系中不存在其他离子时,控制溶液中OH-和F与Al3+的摩尔比(rOH+F值)为3.0可以达到最高电絮凝除氟率,而控制体系的rOH+F相对较为容易。本文深入研究了rOH+F值对电絮凝除氟效率的影响及其调控方法,考察了水中几种常见阴阳离子对电絮凝除氟最佳rOH+F值的影响,探讨了影响机理并对部分离子进行了修正。
本文主要考察了pH值、搅拌速度等电絮凝除氟体系参数对电絮凝除氟过程的影响。结果发现,当含氟水中只存在F,Cl-和Na+时,电絮凝除氟的最佳初始pH值在3.3附近;当含氟水中存在HCO3-时,电絮凝除氟的最佳初始pH值在6附近。电絮凝除氟的最佳出水pH值都在6附近。转速影响了铝离子的扩散及氢氧化铝絮体的形成,最终影响到电絮凝总除氟率及F离子在体系中的分布。
水中存在的阴阳离子会对电絮凝除氟行为产生影响。本文研究了含氟水中存在的钙、镁离子对电絮凝除氟最佳rOH+F(OH-和F浓度之和与Al3+浓度的摩尔比,通常在没有离子影响的情况下rOH+F=3时可获得最高除氟率)的影响,研究了钙、镁离子在除氟体系中的分布以及除氟过程中形成的絮体的构成,探讨了除氟机理。研究发现当水中分别存在钙、镁离子时,电絮凝除氟行为和除氟机理有所不同。Ca2+浓度升高会提高除氟率,但不会改变除氟的最佳rOH+F。形成的絮体中基本不存在Ca2+。Ca2+对电絮凝除氟机理影响不大。当水中存在Mg2+时,最佳rOH+F值随Mg2+浓度的增大而增大。研究了镁离子的校正方法并获得校正系数为0.3435,使用此校正系数对Mg2+浓度校正后可使最佳rOH+F仍保持在3。大约50%-70%的Mg2+会最终进入絮体中,并与F-以及电解产生的Al3+形成一定量的Mg-Al-F LDH。本文首次提出在F-和Mg2+共存体系中形成Mg-Al-F LDH是电絮凝除氟的机理之一。
体系中硝酸根的存在会影响电絮凝除氟的最佳rOH+F值。无论NO3-浓度多大,除氟率总是随着rOH+F的变化而变化,而最佳rOH+F值随着NO3-浓度的增大而降低。当NO3-浓度为0、1、2、3、4、5mM时,对应的最佳rOH+F分别为3.0、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5。为使最佳rOH+F保持在3.0,需要对NO3。浓度进行校正。实验得出NO3-浓度的矫正系数β=0.12。
体系中存在碳酸氢根会影响电絮凝除氟最佳rOH+F值。实验发现,在固定的HCO3-浓度下,除氟率随着rAlkalinity+F的增加先上升后下降,存在一个最佳的rAlkalinity+F值(rALkalinity+F(opt))使得除氟率达到最高。且随着HCO3-浓度的增加,除氟率的最佳rAlkalinity+F(opt)随之增加。实验得出HCO3-的校正系数为0.5962。