本發(fā)明涉及氟化鈣結(jié)晶，尤其涉及一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，半導(dǎo)體制造與光伏產(chǎn)業(yè)作為推動科技進(jìn)步與能源轉(zhuǎn)型的兩大核心支柱，正經(jīng)歷著迅猛發(fā)展。從半導(dǎo)體制造過程中芯片的設(shè)計、光刻、蝕刻到封裝測試，到光伏行業(yè)的硅片清洗、制絨到電池片的鍍膜等環(huán)節(jié)，大量含氟化合物被廣泛應(yīng)用。若未經(jīng)妥善處理直接排放，氟離子能夠與土壤中的金屬離子結(jié)合，改變土壤的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響農(nóng)作物的生長。若滲入地下含水層，將導(dǎo)致污染地下水，威脅人類的飲用水安全。

2、目前，針對含氟廢水的處理包括化學(xué)沉淀法、吸附法、膜分離法等。尤其，化學(xué)沉淀法作為傳統(tǒng)的低成本處理手段，通過向廢水中投加鈣鹽、鎂鹽等沉淀劑，促使氟離子轉(zhuǎn)化為難溶氟化物沉淀，如氯化鈣與氟離子反應(yīng)生成氟化鈣沉淀。該方法操作簡便、成本低，對高濃度含氟廢水的處理效果顯著，但存在沉淀劑用量大、污泥產(chǎn)量多以及對低濃度廢水處理不佳等不足。與化學(xué)沉淀法處理含氟廢水不同，流化床誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)可解決含氟污泥處置問題，回收氟資源，產(chǎn)出低含水率、高價值螢石產(chǎn)品。專利號cn201010272000.9公開一種含氟廢水處理方法及裝置，以流化床為結(jié)晶反應(yīng)器，投氟化鈣晶種，按配比將含氟廢水與含鈣沉淀劑送入其中，氟離子沉淀于晶種上，生成的砂狀氟化鈣沉淀污泥回收，一級處理水再混凝沉降達(dá)標(biāo)后排放。然而，目前使用的流化床誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)處理含氟廢水只能將出水氟濃度控制在10-20?mg/l左右。專利號cn202210399549.7介紹了一種流化床深度除氟裝置及工藝，含外、中、內(nèi)筒體，集成深度除氟、絮凝等多工藝單元，實(shí)現(xiàn)一體化。但處理流程復(fù)雜，仍需進(jìn)一步對高濁度的流化床出水進(jìn)行深度處理。因此，如何設(shè)計流化床結(jié)晶系統(tǒng)及功能化晶種，一步法直接實(shí)現(xiàn)低氟離子及低濁度出水具有重要意義。

3、由上所述，為此我們設(shè)計出了一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法來解決以上問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：

4、步驟s1、取石英砂向其中加入氫氧化鈉溶液，在恒溫水浴中轉(zhuǎn)速攪拌，并用超純水洗滌石英砂濾液至中性；再向石英砂加入kh550作為硅烷偶聯(lián)劑，實(shí)現(xiàn)硅羥基與石英砂中二氧化硅反應(yīng)；

5、步驟s2、在步驟s1中的kh550上接枝高分子有機(jī)物單體2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸進(jìn)行荷負(fù)電改性，通過將kh550上氨基可作為c=c聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的首端，接枝2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸在微球表面，制得用于氟化鈣晶體捕獲的功能化石英砂晶種；

6、步驟s3、將功能化石英砂晶種加入到流化床結(jié)晶器中，加入的石英砂晶種填充量和密度分別為20%和1.5g/cm3；含氟廢水與含鈣沉淀劑分別通過結(jié)晶器底部兩側(cè)入口進(jìn)入流化床結(jié)晶器；在水流作用下，功能化石英砂在床內(nèi)處于流化狀態(tài)，廢水中的氟離子與沉淀劑反應(yīng)生成的氟化鈣晶體被功能化石英砂上磺酸根離子附著在晶種表面長大，促使氟離子深度去除及氟化鈣非均相結(jié)晶。

7、優(yōu)選的，所述步驟s1中含氟廢水來源于芯片制造、電鍍、光伏行業(yè)中的一種或多種。

8、優(yōu)選的，所述步驟s1中氫氧化鈉濃度為0.5wt%-10wt%。

9、優(yōu)選的，所述步驟s1-s2中硅烷偶聯(lián)劑kh550質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％-10wt％。

10、優(yōu)選的，所述步驟s1-s2中在厭氧環(huán)境中，加入總質(zhì)量5wt％-25wt％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，在30-80℃水浴加熱條件下攪拌2-10h，最終得到白色懸濁液過濾回收。

11、優(yōu)選的，所述步驟s3中按鈣氟摩爾比為0.2-1.0的比例控制鈣沉鹽投加量。

12、優(yōu)選的，所述步驟s3中加入的鈣鹽為氯化鈣、生石灰或者氫氧化鈣中的一種。

13、優(yōu)選的，所述步驟s3中，含氟廢水中氟離子濃度低于8mg/l停止實(shí)驗(yàn)。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、1、本發(fā)明通過流化床實(shí)現(xiàn)含氟廢水中氟離子形成氟化鈣晶體，并通過功能化石英砂原位捕獲氟化鈣，增強(qiáng)氟化鈣非均相結(jié)晶，提高沉淀顆粒的可過濾性，實(shí)現(xiàn)深度除氟的同時達(dá)到資源化捕獲氟化鈣，能夠提高氟離子的去除效率，降低出水氟濃度。

16、2、本發(fā)明操作簡便易行，解決了傳統(tǒng)流化床結(jié)晶器因出水濁度高而需后續(xù)藥劑投加的問題，減少污泥產(chǎn)量，提高廢水處理的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

技術(shù)特征：

1.一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s1中含氟廢水（1）來源于芯片制造、電鍍、光伏行業(yè)中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s1中氫氧化鈉濃度為0.5wt%-10wt%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s1-s2中硅烷偶聯(lián)劑kh550質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％-10wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s1-s2中在厭氧環(huán)境中，加入總質(zhì)量5wt％-25wt％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，在30-80℃水浴加熱條件下攪拌2-10h，最終得到白色懸濁液過濾回收。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s3中按鈣氟摩爾比為0.2-1.0的比例控制鈣沉鹽投加量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s3中加入的鈣鹽為氯化鈣、生石灰或者氫氧化鈣中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述步驟s3中，含氟廢水（1）中氟離子濃度低于8?mg/l停止實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于功能化石英砂耦合流化床的氟化鈣結(jié)晶系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：步驟S1、用氫氧化鈉對石英砂進(jìn)行預(yù)處理，再用KH550作為硅烷偶聯(lián)劑，實(shí)現(xiàn)硅羥基與石英砂中二氧化硅反應(yīng)；步驟S2、在步驟S1中的KH550上接枝高分子有機(jī)物單體2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸進(jìn)行荷負(fù)電改性。本發(fā)明通過流化床實(shí)現(xiàn)含氟廢水中氟離子形成氟化鈣晶體，并通過功能化石英砂原位捕獲氟化鈣，增強(qiáng)氟化鈣非均相結(jié)晶，提高沉淀顆粒的可過濾性，實(shí)現(xiàn)深度除氟的同時達(dá)到資源化捕獲氟化鈣，能夠提高氟離子的去除效率，降低出水氟濃度，解決了傳統(tǒng)流化床結(jié)晶器因出水濁度高而需后續(xù)藥劑投加的問題，減少污泥產(chǎn)量，提高廢水處理的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳喆,邵佳慧,肖凡,裘洋波,張鴻雁,任龍飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海東振環(huán)保工程技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15