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研究生:陳彥甫
研究生(外文):Yan-Fu Chen
論文名稱:以淨水廠之結晶鈣處理含氟廢水之研究
論文名稱(外文):The Treatment of Hydrofluoric Acid Wastewater by Crystalline Calcium
指導教授:蔡政賢蔡政賢引用關係
指導教授(外文):Cheng-Hsien Tsai
口試委員:廖渭銅史順益王琳麒
口試委員(外文):WEI-TONG LIAOSHUN-YI SHIHLIN-CHI WANG
口試日期:2014-01-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系碩士在職專班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:結晶鈣氫氟酸廢水氟化鈣縮核模式磁石攪拌
外文關鍵詞:crystalline calcium carbonatehydrofluoric acid wastewatercalcium fluorideresource
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本研究以淨水廠的結晶鈣處理氫氟酸廢水,藉由生成較為環境友善的氟化鈣,同時去除氟離子。實驗探討不同的氫氟酸初始濃度 ([HF]i)、反應溫度 (25℃/49℃)、反應時間、混合動力 (靜置、磁石攪拌、超音波震盪),以及起始鈣/氟原子比例下,各操作參數對氟離子去除率、氟化鈣產率與結晶特性之影響。
研究結果顯示:靜置於25℃下,反應甚慢,屬於縮核反應模式,需要148 hr才能將氫氟酸濃度 ([HF]i = 2000 mg/l) 降至50 mg/l以下;採用超音波振盪法,因為氟化鈣產物層結構更為緻密化,導致擴散阻力上升,反應效果更差。但是在25℃下,以磁石攪拌 20 min,即可將 [HF] 降至50 mg/l以下,此因反應時產物隨攪拌掉落,使氫氟酸可持續與裸露之結晶鈣表面反應,持續反應進行。
在Ca/F atom ratio = 1時,[HF]i = 9.8%的氟去除率高於 [HF]i = 1%,因為高濃度的HF使得反應劇烈,產生大量的CO2氣體,且反應生成的氟化鈣產物會直接剝落,使其具有較佳的反應性。至於溫度的影響顯示:[HF]i = 1%時,在25℃下的反應後產物無剝落現象,但在49℃下會產生白色粉體剝落。粉體烘乾後經XRD分析其為氟化鈣粉末。因此,以結晶鈣處理氫氟酸廢水,適合起始濃度較高的[HF]i、較高的溫度,並且加以攪拌動力,會有較佳的反應性。
另在不同溫度下相同濃度1%下,結晶鈣在室溫下(25℃)的反應無剝落現象,但在49℃下,產生白色粉體剝落。將樣品烘乾後1%室溫反應的顆粒無型態上變化,但1%HF,49℃下產生大量白色粉體,粉體烘乾後經由XRD分析確認其為氟化鈣粉末。故相互資源化之處理,適合處理高濃度至低濃度含氟廢水,並資源化結晶,提高結晶鈣再利用之機會。

In this study, crystalline calcium carbonate (CCC) was used to treat HF-containing wastewater, then to reduce the concentration of F ions by forming calcium fluoride which is a environmental friendly material, via the theoretic reaction CaCO3(s) + HF(l) → CaF2(s) + H2O(l) + CO2. The effects of operating conditions, including initial HF concentration ([HF]i), Ca/F atoms ratios, reaction temperature, reaction time, and auxiliary mixing condition (standing method, magnetic stir and ultrasonic shock) on the removal efficiency of F ions, conversions of CCC, and the characteristics of crystallization, were studied.
The results showed that at standing condition, the reaction is very slow and belongs to the shrinking core model. The concentration of HF just be reduced from 2000 mg/l to 50 mg/l after 148 hr. By ultrasonic shock method, the densification of CaF2 product layer also resulted in the difficult reaction between HF(l) with CaCO3. However, by magnetic stir method, the HF concentration was easily reduce to below 50 mg/l in 20 min due to the CaF2 powders were scaling from CCC.
At Ca/F atom ratio = 1, the removal efficiency of HF at [HF]i = 9.8% was higher than that at [HF]i = 1% due to the violent reaction produced more CO2 gases, leading to the CaF2 spalled from CCC for elevating the ability of reactivity. The effect of temperature showed that at 25℃ and [HF]i = 1%, CaF2 product can't to come off from CCC after reaction, while at 49℃, CaF2 comes off from CCC after oven dry. wasn't have product clip off from CCC but there have at 49℃. Therefore, the treatment of hydrofluoric acid wastewater by CCC suitable is suitable carried out at a higher initial HF concentration, higher temperature, and auxiliary stir condition.

摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 IV
總目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 前言 1
1-1研究動機及目的 1
1-2 研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 結晶鈣來源 3
2-2 結晶鈣產值現況 4
2-3 含氟廢水主要來源與特性: 4
2-4 現有處理方法與技術: 6
2-4-1 結晶鈣的處置現況與可能之應用 6
2-4-2 含氟廢水處理 7
第三章 實驗設備與方法 11
3-1實驗設備與材料 11
3-1-1 藥品及材料 11
3-1-2 設備 11
3-2 實驗流程與參數設定 14
3-2-1 實驗流程 14
3-2-2 參數設定 17
第四章 結果與討論 18
4-1 淨水廠結晶鈣之分析 18
4-2 以靜置法處理不同起始濃度之氫氟酸 22
4-2-1 反應時間對低濃度氫氟酸處理效果之影響 22
4-2-2 產物剖面分析 24
4-2-3 反應時間對高濃度氫氟酸處理效果之影響 31
4-3 不同外加動力對低濃度氫氟酸處理效果之影響 35
4-3-1 不同時間下磁石攪拌法對氫氟酸處理效果之影響 35
4-3-2 不同時間下超音波震盪法對氫氟酸處理效果之影響 36
4-3-3 不同溫度下靜置法對HF處理效果之影響 40
4-4 不同處理方法下氫氟酸之處理效果比較 41
第五章 結論與建議 44
5-1 結論 44
5-2 建議 45
參考文獻 46
簡歷 49
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