响应曲面法优化含氟矿井水处理及除氟机理研究

地表水或地下水流经富氟岩石易导致水中氟超标。水中氟超标易导致地方性氟中毒、生态环境的破坏,制约水资源综合利用。基于研制的一种高效除氟药剂,通过响应曲面分析中的Box-Behnken设计除氟试验,优化了pH值、除氟药剂投加量和快速搅拌时间对除氟效果的影响,并通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等分析手段对除氟药剂及处理后产生的污泥进行表征分析,探讨了除氟药剂去除氟离子的机理。试验结果表明:最佳除氟条件为pH值6.11,药剂投加量4.15 mL,快速搅拌时间10.90 min,此时可使F~-从初始的20 mg/L降至0.453 mg/L,与模型预测的0.445 mg/L基本吻合。除氟机理为,药剂在含氟矿井水中形成铁铝硅氧的多核多羟基络合物,通过氟离子与羟基发生交换、取代羟基,将氟离子固定在多核多羟基络合物中,形成铝硅氧四面体结构的氟化物,实现除氟效果。对比现用的羟基磷灰石吸附为主体的处理工艺,本研究制备的除氟药剂具有处理工艺简单、处理效果稳定、处理成本低等优点。