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响应曲面法优化高效除氟药剂的研制及除氟机理
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作者 章丽萍 姚瑞涵 +5 位作者 赵晓曦 雷文波 李蕙彤 战永祺 孙华冉 高乙清 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期217-227,共11页
我国电子、光伏、无机氟化工、煤矿开采、煤基化工等行业产生的废水普遍存在氟化物超标问题,除氟药剂法作为废水除氟的新方法,存在投药量及污泥产生量较大等问题。采用响应曲面BBD法对该除氟药剂的制备条件进行试验设计和优化,并与常用... 我国电子、光伏、无机氟化工、煤矿开采、煤基化工等行业产生的废水普遍存在氟化物超标问题,除氟药剂法作为废水除氟的新方法,存在投药量及污泥产生量较大等问题。采用响应曲面BBD法对该除氟药剂的制备条件进行试验设计和优化,并与常用混凝剂除氟性能进行对比。通过扫描电子显微镜分析(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)分析手段对不同制备阶段除氟药剂进行表征分析,结合处理后上清液残留元素水平和各元素利用率对除氟机理进行探究。结果表明:除氟药剂最优制备条件为n(M)/n(Si)(M为金属总量)为44.91、n(Al)/n(Mg)为40.64、n(Al)/n(Fe)为34.92,在该条件下所制备的除氟药剂在投药量1.35 g/L时,氟离子质量浓度由20 mg/L降至0.71 mg/L,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准限值1.0 mg/L以下,氟离子去除率达96.45%,响应曲面法建立的模型相关系数R 2为0.9690;对于初始氟质量浓度10~200 mg/L的含氟水样,除氟药剂按比例投加,上清液剩余氟质量浓度均小于1.0 mg/L;与常用混凝剂的除氟性能顺序为:除氟药剂>PAC(聚合氯化铝)>PAFC(聚合氯化铝铁)>PFS(聚合硫酸铁);SEM和XRD表征分析发现除氟药剂形态和结构均发生改变,通过反应聚合形成多种多羟基聚合物,这些多羟基聚合物与氟离子间发生离子交换,从而去除氟离子;通过对上清液残留进行元素分析,结合所投加除氟药剂中各金属元素浓度,分析得出铝、硅、铁、镁的元素利用率分别为99.98%、97.16%、92.22%和18.39%;除氟药剂对多种实际含氟工业废水均高效且适用。 展开更多
关键词 除氟药剂 响应曲面法 除氟性能 除氟机理 元素利用率
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黄河流域典型煤矿矿井水协同除浊除氟药剂的制备及应用
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作者 李强 章丽萍 +5 位作者 姚瑞涵 赵晓曦 崔行健 陈加乐 何绪文 马泽钰 《环境工程技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期248-257,共10页
黄河流域是我国煤炭潜力最大的区域,矿井水涌水量大但资源利用率不高,尤其在干旱和半干旱的高氟地区,矿井水中氟离子超标已成为制约提高矿井水资源利用率的主要因素之一。采用正交试验筛选出高效除氟药剂的5种组分[聚合氯化铝(PAC)、聚... 黄河流域是我国煤炭潜力最大的区域,矿井水涌水量大但资源利用率不高,尤其在干旱和半干旱的高氟地区,矿井水中氟离子超标已成为制约提高矿井水资源利用率的主要因素之一。采用正交试验筛选出高效除氟药剂的5种组分[聚合氯化铝(PAC)、聚合硅酸铝、硝酸镁、聚合氯化铁、羧甲基淀粉钠],采用单因素试验探讨了不同制备条件和反应条件对除氟效果的影响,并通过X射线能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征探讨了除氟机理。结果表明:在金属总量M/Si、Al/Mg、Al/Fe的摩尔比分别为43、40、40条件下研制的除氟药剂,均可将含氟废水中氟离子浓度由20mg/L降至1.0 mg/L以下,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类中氟化物浓度限值要求(1.0 mg/L);当除氟药剂投加量为1.25 g/L,初始p H为2~12,悬浮物浓度为100~2000 mg/L,聚丙烯酰胺(PAM)投加量为0.4 mg/L时,处理后上清液剩余氟离子浓度均可控制在1.0 mg/L以下,氟离子去除率达95%以上;除氟药剂中Al、Si元素起到重要的除氟作用,主要通过形成Al—F—Al等金属络合物沉淀被去除;将除氟药剂应用于黄河流域某煤矿含氟矿井水的处理,在除氟药剂投加量为400 mg/L、PAM投加量为0.2 mg/L时,氟离子浓度从5.6 mg/L降至0.85 mg/L,并协同将矿井水浊度从500 NTU降至4.59 NTU,吨水处理药剂成本为1.602元。该除氟药剂在黄河流域含氟矿井水处理中具有较好的应用潜力。 展开更多
关键词 除氟药剂 铝盐 硅盐 含氟矿井水 除氟机理 协同除浊除氟
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CaCl_(2)+除氟药剂两段法处理焦化浓盐水中氟化物研究 被引量：1
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作者 章丽萍 姚瑞涵 +5 位作者 赵晓曦 崔行健 段梦楠 王丽芳 陈加乐 马泽钰 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期255-263,共9页
我国内蒙古、陕西、山西等部分地区背景氟浓度偏高,致使以煤为原料的焦化行业废水通过膜处理后的浓盐水中含有高浓度的氟离子,结晶分盐是浓盐水实现“零排放”的必要手段,而过高的氟浓度会对浓盐水的处理产生不良影响。为了降低浓盐水... 我国内蒙古、陕西、山西等部分地区背景氟浓度偏高,致使以煤为原料的焦化行业废水通过膜处理后的浓盐水中含有高浓度的氟离子,结晶分盐是浓盐水实现“零排放”的必要手段,而过高的氟浓度会对浓盐水的处理产生不良影响。为了降低浓盐水中高浓度氟离子对蒸发器的腐蚀及其对分盐纯度的影响,以河北某焦化企业浓盐水为研究对象,基于浓盐水的水质特征以及课题组研发的高效除氟药剂,研究了共存离子SO_(4)^(2−)、NO_(3)^(−)、Cl^(−)对除氟药剂效果的影响;采用SEM和EDS表征了除氟药剂及处理后絮体,分析了除氟的机理;探讨了CaCl_(2)、PAC(聚合氯化铝)、除氟药剂一段法处理工艺对实际焦化浓盐水的处理效果;设计并优化了CaCl_(2)+除氟药剂两段法除氟工艺及主要影响参数,分析了不同处理方案的经济成本。研究结果表明:浓盐水中3种主要的共存离子对除氟药剂效果影响的顺序为SO_(4)^(2−)>NO_(3)^(−)>Cl^(−);SEM和EDS分析表明F元素均匀分布于絮体中,可通过除氟药剂的表面吸附、表面络合、表面羟基交换等作用机理高效去除;CaCl_(2)、PAC、除氟药剂一段法中,除氟药剂一段法效果最好,投加量为8 g/L时去除率达到92.3%;CaCl_(2)+除氟药剂的两段除氟工艺能将氟离子质量浓度从238.27 mg/L降至10 mg/L以下;CaCl_(2)投加量6 g/L和除氟药剂投加量2 g/L的方案处理成本最低,处理每吨焦化浓盐水为14.03元。CaCl_(2)+除氟药剂的两段除氟工艺可经济高效地去除焦化浓盐水中高浓度氟离子,为焦化行业废水零排放提供技术参考。 展开更多
关键词 除氟药剂 共存离子 两段法除氟 焦化浓盐水 废水处理
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响应曲面法优化含氟矿井水处理及除氟机理研究 被引量：8
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作者 章丽萍 安逸云 +5 位作者 吴二勇 姚瑞涵 赵晓曦 袁合霞 杨艺璇 宋静熙 《矿业科学学报》 CSCD 2022年第6期782-792,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 含氟矿井水 高效除氟药剂 响应曲面法 除氟机理
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高效除氟药剂对神东矿区含氟矿井水的处理研究 被引量：8
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作者 章丽萍 吴二勇 +4 位作者 姚瑞涵 安逸云 郭湘帅 刘金辰 闫晋蒙 《干旱区资源与环境》 CSSCI CSCD 北大核心 2022年第2期84-90,共7页
目前国内外关于含氟水的去除方法如沉淀法、吸附法等存在效率低、成本高等问题。文中制备了一种高效除氟药剂CFYJ-L-1,并探讨了各主要影响因素对废水除氟效果的影响。实验结果表明:在最佳实验条件为80r/min反应10min,出水pH=6.0,投加0.... 目前国内外关于含氟水的去除方法如沉淀法、吸附法等存在效率低、成本高等问题。文中制备了一种高效除氟药剂CFYJ-L-1,并探讨了各主要影响因素对废水除氟效果的影响。实验结果表明:在最佳实验条件为80r/min反应10min,出水pH=6.0,投加0.3mL质量分数为0.4%的1600万的阴离子聚丙烯酰胺(PAM),80r/min反应1min,静置3min,上清液氟离子浓度均可稳定在1mg/L以下,出水浊度为2.4~3.57NTU。溶液中共存的Cl^(-)浓度为25~800mg/L、SO_(4)^(2-)浓度为25~800mg/L、SS的浓度为50~1000mg/L时,对水中氟离子去除效果没有显著影响。神东某煤矿的含氟矿井水的中试试验结果表明,在最优实验条件下处理后的出水氟浓度可稳定达到1mg/L以下,浊度可降至6~9NTU,对比现用的羟基磷灰石吸附为主体的处理工艺,具有处理工艺简单、处理效果稳定、处理成本低等优点。 展开更多
关键词 含氟矿井水 高效除氟药剂 阴离子型PAM 共存杂质 中试试验
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