專利名稱：處理含氟離子廢水的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含氟離子廢水的處理方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種通過使氟離子吸附在氫氧化鋁上而處理含氟離子廢水的方法，上述氫氧化鋁是通過中和水溶性鋁化合物制成的。
氟化合物是非常有用的物質(zhì)，因此它被大量用于各種各樣的工業(yè)領(lǐng)域，包括化學(xué)工業(yè)、半導(dǎo)體加工工業(yè)等等，它們對人體和環(huán)境都是有害的。根據(jù)日本水污染防治法規(guī)，需要將來自各種工業(yè)出水中所含氟化合物的氟離子的濃度調(diào)節(jié)到不大于15ppm。日本的許多地方政府執(zhí)行了更加嚴(yán)格、超高的標(biāo)準(zhǔn)，如將出水中氟離子的濃度限定為10ppm或更低，甚至小于或等于5ppm。在這些地方法規(guī)中，最嚴(yán)格的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)是低到小于或等于0.8ppm。因此強(qiáng)烈需要研究一種更能完全除去氟離子的方法。
在一些國家也執(zhí)行了或預(yù)計(jì)將引進(jìn)嚴(yán)格的控制。
通常，一般的作法是通過在廢水中加入鈣鹽形成微溶的氟化鈣，然后除去生成的氟化鈣，從而從廢水中除去氟離子。然而，廢水中所含的雜質(zhì)會(huì)干擾生成氟化鈣的反應(yīng)，氟化鈣本身在水中也是部分溶解的，上述方法至多只能將氟離子的濃度降低到大約20-30ppm。因此需要附加高級處理才能滿足上述環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
作為一種處理低濃度(如大約20-30ppm)含氟離子廢水，將氟離子濃度處理到滿足或低于上述環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，至今為止，一般的作法是采用混凝-沉淀法，也就是說，使用通過在廢水中溶解鋁鹽并在現(xiàn)場進(jìn)行中和生成的凝膠狀的氫氧化鋁，使廢水中的氟離子吸附在凝膠狀的氫氧化鋁上。下文將該方法稱為“一般的混凝沉淀法”。
然而，該方法產(chǎn)生了大量的作為污泥的吸附有氟離子的凝膠狀的氫氧化鋁，其處置又成了問題。要想將1立方米的廢水中氟離子的濃度從20ppm降低到5ppm，通常需要以氫氧化鋁計(jì)多達(dá)大約10kg或更多的凝膠狀氫氧化鋁。實(shí)際上，凝膠狀氫氧化鋁含有大量吸附在其中的水，即使將水的含量減小到70％，其所含水量仍多達(dá)33kg。
日本專利特開262170/1994號公開了一種方法，該方法不用處置吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁的污泥，而是通過從凝膠狀氫氧化鋁上解吸氟離子然后回收凝膠狀氫氧化鋁，使其重復(fù)用作氟離子吸附劑。
在這種方法中，與上述常規(guī)的混凝沉淀法相比，處理含氟離子廢水生成的污泥量相當(dāng)少。
圖5顯示的是這種處理方法的流程示意圖。在氟離子吸附池18中，在中性條件下向氟離子濃度大約為20-30ppm的廢水中加入凝膠狀氫氧化鋁，使氟離子吸附在凝膠狀的氫氧化鋁上，然后在沉淀池19中，對生成的吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁進(jìn)行固-液分離。結(jié)果，上層清液21中的氟離子濃度降低到足以允許排放到環(huán)境中。
吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁的泥漿不用作為污泥進(jìn)行處置，而是抽到解吸池22中，然后加入鈣鹽，使鈣離子和吸附在凝膠狀氫氧化鋁上的氟離子生成氟化鈣。用這種方式，可使氟離子從凝膠狀氫氧化鋁上解吸下來。
在溶解池23中，需要加入強(qiáng)堿物質(zhì)以溶解凝膠狀氫氧化鋁，得到鋁酸鹽溶液24。隨后對氟化鈣25進(jìn)行固-液分離，在氫氧化鋁再生池26中對鋁酸鹽溶液進(jìn)行中和。從而再生凝膠狀氫氧化鋁。這樣所回收的凝膠狀氫氧化鋁能重復(fù)用于氟離子廢水的吸附處理中。
因此，不用將其上吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁排放到系統(tǒng)外面。上述處理生成的污泥只含有固體成分氟化鈣。
根據(jù)該方法，當(dāng)10立方米廢水的氟離子濃度從20ppm降到到5ppm時(shí)，生成的氟化鈣污泥的凈重少到0.3kg。降低氟化鈣的水含量比降低凝膠狀氫氧化鋁的水含量要容易得多，假設(shè)污泥的水含量為50％，則實(shí)際被處置的污泥量只有大約0.6kg。因此與一般的混凝沉淀法相比可切實(shí)可行地降低污泥量。
為了處理大量生成的含氟離子的廢水，期望連續(xù)進(jìn)行處理。一種包括對其上吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁進(jìn)行再生以重復(fù)使用的方法，在分批處理時(shí)也不會(huì)有任何問題。然而，當(dāng)試圖將它用作連續(xù)方法時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)問題，本文隨后將要描述，加到氟離子吸附池中的氫氧化鋁的量是變化的，且氟離子吸附處理后出水中的氟離子濃度也是明顯變化的。
在一般的混凝沉淀法中，通過簡單地加入化學(xué)當(dāng)量比的化學(xué)試劑，可以使吸附處理后出水中的氟離子濃度保持恒定。根據(jù)這種方法，通過使氟離子從其上吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁上解吸下來，可以對凝膠狀氫氧化鋁進(jìn)行再生以重復(fù)使用，然而，在圖5中上述稀漿從沉淀池19排到解吸池22中，凝膠狀氫氧化鋁稀漿的含水量隨其上吸附的氟離子的變化導(dǎo)致了在下游各個(gè)處理池中鋁濃度的改變。
其結(jié)果，以固定的流速在氟離子吸附池18中加入再生后的凝膠狀氫氧化鋁27會(huì)改變池18中的氫氧化鋁的濃度，從而使隨后得到的氟離子吸附處理后出水中的氟離子濃度不穩(wěn)定。
通過根據(jù)裝置的運(yùn)行情況，將出水中氟離子濃度的目標(biāo)值定到低于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，并總是在氟離子吸附池18中加入過量的凝膠狀氫氧化鋁27，可以使氟離子吸附處理后氟離子的濃度低于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。然而，從化學(xué)試劑或類似物的費(fèi)用的角度上看，設(shè)定如此低的目標(biāo)值使裝置未能有效地運(yùn)行。
通過簡單地分析氟離子吸附池18或氫氧化鋁再生池26中的鋁濃度，根據(jù)分析數(shù)據(jù)要么增加要么減少加入的凝膠狀氫氧化鋁27的量，可以使氟離子吸附池18中的氫氧化鋁的濃度保持恒定。然而，需要對鋁濃度進(jìn)簡單和迅速的分析，提供鋁濃度的分析數(shù)據(jù)以加入凝膠狀的氫氧化鋁27。但是無論依靠至今已知的那一種分析技術(shù)實(shí)施這種分析都是相當(dāng)困難的。
從克服上述問題的觀點(diǎn)上看，本發(fā)明的主要目的是提供一種有效的方法和/或系統(tǒng)，通過足夠精確和容易地連續(xù)測量氟離子吸附池中氫氧化鋁的濃度，并根據(jù)測量的濃度控制凝膠狀氫氧化鋁的加入量，使得在氟離子吸附池中氫氧化鋁的濃度保持恒定，從而處理含氟離子的廢水。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種處理含氟離子廢水的方法，用氫氧化鋁作為氟離子吸附劑，該氫氧化鋁是通過中和水溶性鋁化合物形成的。該方法包括在保持中性的氟離子吸附池中連續(xù)加入鋁含量變化的含鋁物質(zhì)，使該物質(zhì)與廢水相接觸；測量上述池中液體的濁度作為上述池中氫氧化鋁濃度的指示數(shù)；根據(jù)如此測量的濁度改變上述物質(zhì)和/或廢水的加入量；由此使在上述池中氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例處理方法的流程示意圖。
圖2是表示第一實(shí)施例中使用的濁度計(jì)結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是表示在氟離子吸附池中鋁濃度與光透射率之間關(guān)系的曲線圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例處理方法的流程示意圖。
圖5是常規(guī)處理方法的流程示意圖。
附帶說說，以下是上面附圖中參考標(biāo)號的符號表。
1、18氟離子吸附池2、19沉淀池3、20吸附有氟離子的氫氧化鋁4、21上層清液5、22解吸池6、23溶解池7、24鋁酸鹽溶液8、25氟化鈣9、26氫氧化鋁再生池10、27凝膠狀氫氧化鋁11、17濁度計(jì)12光源13光源部分的窗口14光接收部分的窗口15光接收部分16流量計(jì)根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法，用中和的可溶性鋁化合物形成的氫氧化鋁作為氟離子吸附劑，連續(xù)處理含氟離子的廢水。本方法包括向保持中性的氟離子吸附池加入含鋁物質(zhì)，該含鋁物質(zhì)的鋁含量是可以變化的，使上述含鋁物質(zhì)與廢水接觸
測量上述池中液體的濁度，作為該池中氫氧化鋁濃度的指標(biāo)；根據(jù)所測得的濁度改變上述含鋁物質(zhì)和/或廢水的加入量；從而使該池中氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。
本發(fā)明第一方面的方法能夠有效地連續(xù)處理含氟離子的廢水，尤其是必須通過初級處理氟離子濃度已經(jīng)被降到20-30ppm的廢水。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的方法。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在氟離子吸附池中，使含氟離子的廢水與再生的凝膠狀的氫氧化鋁相接觸。通過將氟離子吸附池中液體的pH值調(diào)節(jié)到大約6到大約7，使氟離子吸附在凝膠狀的氫氧化鋁上。對如此導(dǎo)到的泥漿，需要加入絮凝劑，如聚丙烯酰胺基絮凝劑，接下來在沉淀池中將得到的混合物分離成上層清液和已經(jīng)吸附了氟離子的凝膠狀氫氧化鋁的泥漿層。由于氟離子已經(jīng)通過吸附從泥漿中除去了，所以可將大體上不含氟離子的上層清液作為出水排放掉。另一方面，在吸附有氟離子的凝膠狀氫氧化鋁的泥漿層中加入鈣鹽，如在吸附池中加入氫氧化鈣，將pH值調(diào)節(jié)到大約8，由此從凝膠狀的氫氧化鋁中解吸氟離子。在溶解池中將pH值調(diào)節(jié)到11-12，或溶解凝膠狀的氫氧化鋁。另一方面，使氟離子以氟化鈣沉淀形式沉淀出來。將如此沉淀出的氟化鈣通過沉淀或過濾從處理系統(tǒng)中排走，將鋁酸鹽溶液，也就是說上層清液輸送到氫氧化鋁再生池中。將氫氧化鋁再生池中溶液的pH值調(diào)節(jié)到大約6.0-7.0，回收凝膠狀的氫氧化鋁，并將其輸送到作為第一處理池的氟離子吸附池中。
在本發(fā)明的上述方法中，當(dāng)將含鋁物質(zhì)的稀漿加入到作為氟離子吸附利源的中性氟離子吸附池時(shí)，無論被加入的含鋁物質(zhì)中鋁的含量如何改變，都要控制稀漿和/或廢水的加入量，使氟離子吸附池中氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。通過測量氟離子吸附池中液體的濁度，作為氟離子吸附池中氫氧化鋁的濃度指數(shù)，并根據(jù)所測得的濁度改變含鋁物質(zhì)和/或含氟廢水的加入量從而進(jìn)行控制，因此可以非常有效地處理含氟離子的廢水。
本發(fā)明的第二方面提供了一種處理濁度變化的含氟廢水的方法。該方法包括用濁度計(jì)連續(xù)測量以已知流速流到氟離子吸附池中的廢水的濁度，根據(jù)測得的濁度值、流速和池中廢水的停留時(shí)間，計(jì)算池中相應(yīng)廢水的固有濁度，然后從池中整個(gè)液體的濁度中減去計(jì)算得到的濁度，上述池中整個(gè)液體的濁度是用另一濁度計(jì)測得的，確定池中對應(yīng)氫氧化鋁的濁度值；根據(jù)對應(yīng)于氫氧化鋁的濁度改變含鋁物質(zhì)稀漿和/或廢水的加入量，從而即使所加入的含鋁物質(zhì)的鋁含量有變化，池中氫氧化鋁的濃度仍能保持最佳值。
本發(fā)明的第三方面提供了一種含氟離子廢水的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于通過使氟離子吸附到氫氧化鋁上，而從廢水中除去氟離子，上述氫氧化鋁是通過中和水溶性鋁化合物而制得的，該系統(tǒng)的改進(jìn)包括一個(gè)使廢水和氫氧化鋁在其中相接觸的氟離子吸附池，該池是由光屏蔽材料制成的，并裝配有測量上述池中液體濁度的濁度測量計(jì)。
優(yōu)選地該系統(tǒng)裝配有控制或測量廢水流入氟離子吸附池中流速的部件，還裝有測量廢水濁度的濁度計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明，通過將氟離子吸附池中的氫氧化鋁的濃度保持在最佳值，可在氟離子吸附處理之后，將出水中氟離子的濃度控制在恒定值上。
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。然而應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明決不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1
圖1展示的是根據(jù)本發(fā)明第一種實(shí)施方式的處理方法。在一個(gè)保持中性的氟離子吸附池1中，通過向含氟離子濃度為20ppm的廢水中加入凝膠狀的氫氧化鋁，使在中性條件下鋁的濃度為400ppm來進(jìn)行氟離子吸附處理，該廢水中氟離子的濃度為20ppm，接下來在一個(gè)沉淀池中使凝膠狀的氫氧化鋁3和其上吸附的氟離子進(jìn)行固-液分離。上層清液4的氟離子濃度減小到3ppm，因此可排放到環(huán)境中去。
另一方面，其上吸附有氟離子的凝膠狀的氫氧化鋁3的稀漿不能作為泥漿進(jìn)行處置，而是排到一解吸池5中，接下來添加氫氧化鈣。鈣離子與吸附在凝膠狀氫氧化鋁上的氟離子生成氟化鈣，從而使氟離子從凝膠狀氫氧化鋁上解吸下來。在溶解池6中，凝膠狀氫氧化鋁在強(qiáng)堿性(pH11-12)條件下溶解成鋁酸鹽溶液7。在對生成的氟化鈣8進(jìn)行固-液分離之后，在AlOH)3再生池9中對得到的鋁酸鹽溶液進(jìn)行中和，從而再生凝膠狀的氫氧化鋁。用這種方式，這種凝膠狀氫氧化鋁可重復(fù)用于氟離子的吸附處理。
在將這樣再生后的凝膠狀氫氧化鋁10倒回氟離子吸附池1中時(shí)，控制其加入量，使由濁度計(jì)11測得的濁度保持恒定。
濁度計(jì)11使用的是一種測量光在液體中透射率的濁度計(jì)。圖2是表示其結(jié)構(gòu)的一個(gè)截面圖。從光源12發(fā)射的光穿過光源部分的窗口13和光接收部分的窗口14到達(dá)光接收部分15，然后輸出一個(gè)對應(yīng)液體透射率的電信號。
在光源部分的窗口13和光接收部分的窗口14之間，不能存在任何干擾液體流動(dòng)的東西。為確保光接收部分15完全不受外界光的影響，防止不希望的光侵入處理系統(tǒng)，氟離子解吸池1罩有光屏蔽蓋，或者將濁度計(jì)11放置在距液體表面足夠深的位置上。顯然，安裝有濁度計(jì)11的氟離子吸附池1要使用光屏蔽材料。
圖3展示了氟離子吸附池1中氫氧化鋁的濃度與濁度計(jì)11測得的池1中液體的光透射率之間的關(guān)系。圖中氫氧化鋁的濃度用鋁的濃度表示。從圖中可以看出，氫氧化鋁的濃度與光透射率之間存在著明顯的關(guān)系。用光透射率作為指示數(shù)能夠非常簡單并連續(xù)地測量池1中氫氧化鋁的濃度，進(jìn)一步總是可以將池1中氫氧化鋁的濃度控制在最佳值，從而可以有效地對氟離子廢水進(jìn)行處理。實(shí)施例2實(shí)施例1所述的本發(fā)明的方法可以有效地處理來自半導(dǎo)體廠等等的廢水，這種廢水實(shí)際上不混濁或濁度大體上恒定。圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例處理方法的流程示意圖，其中廢水的濁度是改變的。
在本實(shí)施例的方法中，通過分別用流量計(jì)16和濁度計(jì)17連續(xù)測量流入氟離子吸附池1中的廢水的流速和濁度，可以確定氟離子吸附池1中液體的氫氧化鋁濃度；根據(jù)測得的流速和濁度和廢水在池中的停留時(shí)間，計(jì)算對應(yīng)于池中廢水的固有濁度；然后從濁度計(jì)11測得的池中全部液體的濁度中減去上述計(jì)算出的濁度。
在這一實(shí)施方式中，與本發(fā)明的第一種實(shí)施方式一樣，可以容易地控制氟離子吸附池1中氫氧化鋁的濃度。
該實(shí)施方式有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即使是在廢水本來就含有濁度成分或物質(zhì)，且這種成分或物質(zhì)的濃度是可變化的情況下，也可以連續(xù)測量氫氧化鋁的濃度，用作氟離子吸附池中濁度的指示數(shù)，從而控制氫氧化鋁稀漿和/或廢水的流入量，使氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。
權(quán)利要求
1.一種處理含氟離子廢水的方法，用氫氧化鋁作為氟離子吸附劑，該氫氧化鋁是通過中和水溶性鋁化合物形成的。該方法的改進(jìn)包括在保持中性的氟離子吸附池中連續(xù)加入鋁含量變化的含鋁物質(zhì)，使該物質(zhì)與廢水相接觸；測量上述池中液體的濁度作為上述池中氫氧化鋁濃度的指示數(shù)；根據(jù)如此測量的濁度改變上述物質(zhì)和/或廢水的加入量；由此使在上述池中氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于廢水中氟離子的含量以重量計(jì)在20-30ppm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在pH值為6.0-7.0時(shí)對水溶性鋁化合物進(jìn)行中和。
4.一種處理以已知流速流動(dòng)的含氟離子廢水的方法，用氫氧化鋁作為氟離子吸附劑，該氫氧化鋁是通過中和水溶性鋁化合物形成的。該方法的改進(jìn)包括在保持中性的氟離子吸附池中連續(xù)加入鋁含量變化的含鋁物質(zhì)，使該物質(zhì)與廢水相接觸；通過使用一濁度計(jì)測量廢水的濁度，確定上述池中對應(yīng)于氫氧化鋁的濁度，根據(jù)測得的濁度值、廢水的流速和池中廢水的停留時(shí)間，計(jì)算上述池中相應(yīng)廢水的固有濁度，然后從上述池中整個(gè)液體的濁度中減去計(jì)算得到的濁度，上述池中整個(gè)液體的濁度是用另一濁度計(jì)測得的；根據(jù)對應(yīng)于氫氧化鋁的濁度改變上述物質(zhì)和/或廢水的加入量；由此使在上述池中氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在pH值為6.0-7.0時(shí)對水溶性鋁化合物進(jìn)行中和。
6.一種處理含氟離子廢水的系統(tǒng)，上述系統(tǒng)適用于通過將氟離子吸附在氫氧化鋁上而從廢水中除去氟離子，該氫氧化侶是通過中和水溶性鋁化合物形成的，該系統(tǒng)的改進(jìn)包括一個(gè)使廢水與氫氧化鋁接觸的氟離子吸附池，上述池是由光屏蔽材料制成的，并裝配有測量上述池中液體濁度的濁度計(jì)。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于上述池中裝配有控制或測量加入到上述池中廢水流速的部件，和測量廢水濁度的另一濁度計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種處理含氟離子廢水的方法，用氫氧化鋁作為氟離子吸附劑，該氫氧化鋁是通過中和水溶性鋁化合物形成的。該方法包括在保持中性的氟離子吸附池中連續(xù)加入鋁含量變化的含鋁物質(zhì)，使該物質(zhì)與廢水相接觸，測量上述池中液體的濁度作為上述池中氫氧化鋁濃度的指示數(shù)，改變上述物質(zhì)和/或廢水的加入量，由此使在上述池中氫氧化鋁的濃度保持在最佳值。
文檔編號C02F1/28GK1142466SQ96107228
公開日1997年2月12日 申請日期1996年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月14日
發(fā)明者豐田新 申請人:日本電氣株式會(huì)社