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饮用高氟水,会破坏人体的牙齿及骨骼,引起多种器官病变。针对现行高氟地下水处理工艺中存在工艺复杂、运行管理困难等问题,研究开发地下水高效除氟工艺是重要的课题。本文开展地下水诱导结晶法除氟的研究,在优选最佳晶种氟磷灰石的基础上,进一步优化沉淀剂的投量、搅拌时间、搅拌速率等参数,并且考察自制高纯度氟磷酸钙的除氟效能及控制参数,最后揭示了诱导结晶法除氟的机理。主要研究结论如下:(1)以天然氟磷灰石为晶种,诱导结晶除氟的最优控制条件为:投加8g/L氟磷灰石,并同时投加NaH2PO4和CaCl2,控制Ca2+、PO43-、F-的摩尔比为10:5:1,100r/min反应1h条件下,高氟水(5~10mg/L)中93%的氟被去除,出水氟离子可降到饮用水的标准1.0mg/L以下。(2)单独以自制高纯度氟磷酸钙为晶种,反应后溶液pH为4.15偏酸性,除氟率最高只能达到47.62%。以自制氟磷酸钙与方解石(质量比3:7)为混合晶种,诱导结晶除氟的最优控制条件为:投加浓度为6.328g/L,并投加NaH2PO4和CaCl2,控制条件为Ca2+、PO43-、F-的物质的量浓度比为10:4:1,100r/min反应40min,氟的去除率可达92.8%。(3)重复使用混合晶种进行诱导结晶的氟去除率较高为80.2%至99.5%。此外发现,晶种中氟磷酸钙的含量从27.12%逐步增至61.85%,表明结晶生成氟磷酸钙的量增加,会消耗方解石。(4)比较晶种反应前后的表面形态,发现沉淀剂与氟离子在晶种(氟磷灰石)表面生成了结晶,形成了特殊的絮状结构,有利于除氟。机理研究表明晶种的诱导作用明显,不投加晶种除氟效率最高只有25.92%,而同时投加晶种和沉淀剂除氟效率高达94.22%,剩余氟离子浓度仅为0.56mg/L。此外,必须控制pH值始终保持在6~7之间,诱导结晶法的除氟效率才能达到90%以上。