摘要
随着水环境日益恶化，水中氟污染日益加剧，长期饮用氟含量超标的水容易引起氟斑牙、氟骨病等一系列疾病，氟污染已成为世界公认的主要问题之一。混凝沉淀法是最经济有效的除氟方法，采用传统絮凝剂在含氟水处理过程中存在絮凝剂用量大、产生污泥多等问题，因此研究一种高效的除氟絮凝剂势在必行。 以硅酸钠、氯化铝、氯化钙为原料采用复合共聚法制备聚合硅酸铝钙（PSAC）絮凝剂，剩余F-浓度作为评价指标，通过单因素和正交试验法研究PSAC的最佳制备条件。实验结果表明，PSAC的最佳制备条件为，硅酸钠浓度n(SiO2)为0.3mol/L、活化pH为3、铝钙摩尔比n(Al)/n(Ca)为7∶3、硅铝钙摩尔比n(Si)/n(Al+Ca)为1∶4；各因素对絮凝剂除氟效果影响大小依次为：n(Si)/n(Al+Ca)＞n(Al)/n(Ca)＞pH＞n(SiO2)。 以硅酸钠、氯化铝、氯化镁为原料采用复合共聚法制备聚合硅酸铝镁（PSAM）絮凝剂，剩余F-浓度作为评价指标，通过单因素和正交试验法研究PSAM的最佳制备条件。实验结果表明，PSAM的最佳制备条件为，硅酸钠浓度n(SiO2)为0.3mol/L、活化pH为4、铝镁摩尔比n(Al)/n(Mg)为4∶1、硅铝镁摩尔比n(Si)/n(Al+Mg)为1∶4；各因素对絮凝剂除氟效果影响大小依次为：n(Si)/n(Al+Mg)＞n(Al)/n(Mg)＞pH＞n(SiO2)。 通过SEM、FTIR、XRD等方式对絮凝剂的表征可知，在絮凝剂制备过程中，混合溶液发生化学反应生成了一种新的物质（聚硅酸金属盐类絮凝剂），而非简单的溶液混合。PSAC与PSAM表面呈链状、环状及网状等结构，具有较大的比表面积，能有效地吸附及络合水中F-、吸附架桥作用显著。絮凝剂中存在Si-O-Al、Si-O-Ca、Si-O-Mg等化学键，水中F-与絮凝剂通过形成Si-F、Al-F、Ca-F、Mg-F等化学键与絮凝剂键合在一起。较传统絮凝剂的除氟机理，聚硅酸金属盐类絮凝剂还可通过化学作用将F-从水中去除，使聚硅酸金属盐类絮凝剂获得比传统絮凝剂更好的除氟性能。 在混凝沉淀过程中，适当的絮凝条件可提高絮凝剂的除氟性能。PSAC的最佳絮凝条件为：pH为8、水温为25℃、快速搅拌时间为2min、快速搅拌速度为240r/min、慢速搅拌时间为14min、慢速搅拌速度为10r/min、沉降时间为20min。投加量为1.8mmol/L的絮凝剂可将水中F-由5mg/L降至1.10mg/L左右，相较同等质量的传统絮凝剂PAC，PSAC除氟效果增幅接近40%。PSAM的最佳絮凝条件为，pH为8.5、水温为20℃、快速搅拌时间为1.5min、快速搅拌速度为280r/min、慢速搅拌时间为10min、慢速搅拌速度为10r/min、沉降时间为25min。投加量为1.8mmol/L的絮凝剂可将水中F-由5mg/L降至0.90mg/L左右，相较同等质量的传统絮凝剂PAC，PSAM的除氟效果增幅接近45%。 聚硅酸金属盐类絮凝剂是一种无机高分子絮凝剂，同时具有较强的吸附电中和与吸附架桥能力，生成絮体大而密实，具有良好的除氟性能及沉淀性能，可以快速有效地去除水中氟化物。较传统絮凝剂具有用量少，污泥含水率低，除氟率高等优点，具有广阔的应用前景。
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