聚硅酸鹽類(lèi)混凝劑因具有良好的絮凝性能而受到廣泛研究。許友澤等制備了聚硅酸鋁鐵-二甲基二烯丙基氯化銨復合絮凝劑處理含鉈廢水。王愛(ài)民等制備了聚硅酸鋁鐵混凝劑用于洗煤廢水的COD和濁度去除。王潤楠等研究了聚硅酸鋁鎂-羧甲基纖維素鈉復合絮凝劑對模擬江水的色度和濁度的去除效果。郭雷等研究了聚硅酸鋁鐵對飲料廢水COD的去除效果。為了強化混凝效果，一些研究者將納米材料引入混凝劑中。蔡靖等采用納米SiO2與聚合硫酸鋁復配，提高了污水的COD去除率。戴紅玲等制備了納米Fe3O4與FeCl3的復合混凝劑，對垃圾滲濾液的COD、色度均具有良好去除效果。目前，將納米材料與混凝劑復配用于處理含氟廢水還鮮見(jiàn)報道。

本工作制備了納米SiO2-聚硅酸鋁鐵復合混凝劑，先用CaCl2對高濃度含氟廢水進(jìn)行一級處理，探討了不同pH條件對CaCl2除氟效果的影響；采用自制復合混凝劑進(jìn)行二級處理，考察了復合混凝劑在不同廢水pH和不同混凝劑加入量條件下的除氟效果，并與聚合氯化鋁（PAC）的除氟效果進(jìn)行了對比；分析了復合混凝劑中鐵鋁的形態(tài)。

1、實(shí)驗部分

1.1 材料、試劑和儀器

含氟廢水取自深圳市某集成電路生產(chǎn)企業(yè)，水質(zhì)指標：ρ（F－）420.0mg/L，COD31.4mg/L，TP35.2mg/L，TN110.1mg/L，ρ（NH4+）22.0mg/L，SS8.1mg/L，pH12.9，屬于高濃度含氟廢水。

硅酸鈉、硫酸鐵、硫酸鋁、硬脂酸鈉、硫酸、NaOH：均為分析純；PAC：工業(yè)級；納米SiO2：粒徑（15±5）nm。

RHbasic型磁力攪拌器；905型電位滴定儀。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 復合混凝劑的制備

分別配制0.5mol/L硅酸鈉溶液、1.0mol/L硫酸鐵溶液和1.0mol/L硫酸鋁溶液。取25mL硅酸鈉溶液，用2mol/L的硫酸溶液調節溶液pH至4，靜置2h。分別加入50mL硫酸鋁和硫酸鐵溶液，加入0.01g硬脂酸鈉，再加入0.1g納米SiO2，攪拌30min，靜置熟化24h，即得到復合混凝劑。

1.2.2 除氟實(shí)驗

取500mL含氟廢水，用2mol/L的硫酸溶液調節含氟廢水pH為一定值，磁力攪拌，轉速為200r/min，按照Ca與F摩爾比為1加入一定量的濃度為1mol/L的CaCl2溶液，攪拌，不同反應時(shí)間取樣測定ρ（F－），計算F－去除率。

取CaCl2處理后的含氟廢水，用200g/L的NaOH溶液調節廢水pH為一定值，分別加入一定量的自制復合混凝劑，攪拌，不同反應時(shí)間取樣測定ρ（F－），計算F－去除率。取相同條件的CaCl2處理后含氟廢水，分別加入一定量的PAC，考察其除氟效果。

1.3 分析方法

采用GB7484—1987《水質(zhì)氟化物的測定離子選擇電極法》測定ρ（F－）；采用Ferron絡(luò )合比色法測定混凝劑中鐵鋁各形態(tài)的含量，將混凝劑中鋁和鐵分為Ala、Alb和Alc及Fea、Feb和Fec幾種形態(tài)，其中：Ala和Fea分別代表鋁和鐵的自由離子和單體羥基配合物；Alb和Feb分別代表鋁和鐵的低聚合度的多核羥基配合物；Alc和Fec分別代表鋁和鐵的高聚物。

2、結果與討論

2.1 廢水pH對CaCl2除氟效果的影響

廢水pH對CaCl2除氟效果的影響見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)：加入CaCl2后，廢水中ρ（F－）迅速降低，5min后ρ（F－）趨于穩定；廢水pH對除氟效果影響很大，當廢水pH由4.5升至8.5時(shí)，廢水中ρ（F－）緩慢上升，廢水pH繼續升高，廢水中ρ（F－）顯著(zhù)提高。理論上采用CaCl2可將ρ（F－）降至7.9mg/L，但實(shí)際上由于受廢水pH、攪拌強度等影響，ρ（F－）一般只能降至20~30mg/L。當廢水pH為4.5時(shí)，ρ（F－）低降至25.0mg/L，F－去除率達94.0%；當廢水pH為10.5時(shí)，ρ（F－）低降至41.0mg/L；而不調節廢水pH時(shí)，ρ（F－）低降至54.0mg/L。當廢水pH過(guò)高時(shí)，Ca2+與OH生成Ca（OH）2，使Ca2+濃度降低，并影響了CaF2的溶解度，從而導致廢水ρ（F－）升高。綜合考慮，采用CaCl2對含氟廢水進(jìn)行一級處理時(shí)調節廢水pH為8.5較適宜，處理后的廢水中ρ（F－）為26.5mg/L。

2.2 復合混凝劑的除氟效果

在CaCl2處理后廢水中加入復合混凝劑，發(fā)現膠體顆粒迅速形成，隨著(zhù)攪拌不斷進(jìn)行，膠體逐漸變大，反應停止后，膠體迅速沉降。廢水pH和復合混凝劑加入量（以復合混凝劑與廢水體積比計）對F－去除效果的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，復合混凝劑除氟速率較快，在10min內ρ（F－）基本穩定。復合混凝劑中的鋁離子和鐵離子會(huì )逐級水解和羥基聚合反應，鋁鹽會(huì )立即發(fā)生水解反應生成Al（2OH）2+4、Al（3OH）4+5、Al1（3OH）7+32等水解產(chǎn)物，鐵鹽水解過(guò)程中會(huì )形成較多的多核水合聚合物，如Fe2（OH）4+2、Fe3（OH）5+4及一些高分子聚合物，并吸附在顆粒物表面，產(chǎn)生吸附架橋作用。這些聚合物呈正電性，與負電性的F－產(chǎn)生靜電吸附。加入硅酸鹽聚合會(huì )產(chǎn)生二聚物（Si2O（3OH）2-4）、三聚物（Si3O5（OH）3-5）、四聚物（Si4O8（OH）4-4）等，會(huì )增強混凝劑的混凝能力，并增大混凝膠體的尺寸。引入聚硅酸后，硅-鋁水解復合物有助于高分子聚合物的形成并提供吸附架橋作用，有利于F－的去除。納米材料比表面積大，可強化絮凝性能。

在廢水pH為11.5、復合混凝劑加入量為0.50%的佳條件下，處理60min后廢水中ρ（F－）降至5.7mg/L。

2.3 復合混凝劑中鋁鐵各形態(tài)的含量

復合混凝劑中鐵各形態(tài)的含量為Fea92.5%、Feb5.9%和Fec1.6%，鐵的各形態(tài)含量與張景香報道的混凝劑中鐵的各形態(tài)含量大致相當。復合混凝劑中鋁各形態(tài)的含量為Ala76.5%、Alb14.7%和Alc8.8%，其中Ala含量相對較高，Alb和Alc含量相對較低，而與本實(shí)驗制備的混凝劑相比，TZOUPANOS等研發(fā)的混凝劑中Ala含量相對較低（53%），Alb和Alc含量相對較高（22%和25%）。