利用天然沸石降氟改水的技術研究

利用天然沸石降氟改水的技術研究

0加強資源建設、解決飲用水問題所選固碳石具有良好的吸附性、選擇吸附性和交換性。天然沸石可用于除去飲水中含有的氟、砷等多種有害元素,已有多種文獻報道。內蒙古東烏旗是飲用水氟中毒的重災區(qū)。據最新檢測統計,東烏旗地下水高氟水覆蓋面積達全旗總面積的93.4%,衛(wèi)生部門檢測的全旗401份水樣中81.55%以上氟含量超過國家飲用水標準,氟含量最高的地區(qū)水源氟含量達9.00mg/L,全旗輕病區(qū)有17個嘎查,重病區(qū)有44個嘎查,重病區(qū)有11個嘎查。據地防辦統計,重病區(qū)中7歲以下兒童乳牙氟斑牙患病率為15.6%,8～15歲學齡兒童氟斑牙患病率為73.5%,16歲以上有氟骨癥癥狀體征的占51.4%。東烏旗委政府雖盡了很大努力進行高氟水的治理,但由于受資金短缺等因素影響,高氟水問題一直困擾著病區(qū)牧民。為此,前幾年水利工程中國家和地方投入了大量的人力、物力、財力打深井來解決病區(qū)牧民的飲水問題,使大部分群眾可望吃上放心的飲用水。但由于牧戶生活居住分散,仍有一部分牧戶不能解決吃高氟水問題。解決這一部分牧戶的吃水問題就顯得十分迫切。為此,我們與朝陽沸石研究所合作開展了利用天然沸石降氟改水的技術研究,通過反復試驗,結合外地經驗,取得了成功。并且在病區(qū)群眾家中進行了實際通水試驗,證明完全適用于一家一戶的除氟工作,為進一步開展這項工作積累了經驗。1試驗部分1.1靜態(tài)吸附試驗除氟原料沸石采用朝陽產天然斜發(fā)沸石,其化學成為;SiO266.44%,AI2O312.13%,Fe2O31.63%,CaO3.92%,MgO1.20%,K2O1.90%,Na2O0.92%,粒度40～60目,試驗用水;靜態(tài)吸附試驗高氟水由試劑氟化鈉配制;動態(tài)試驗用水由東烏旗烏鎮(zhèn)阿木古楞嘎查井水提供,含氟量4.0mg/L,PH值8.53。所需儀器;磁力攪拌器,PHS2C型精密數字酸度計(上海大普公司);氟離子選擇電極(上海羅素科技有限公司);自制除氟器.1.2靜態(tài)吸附試驗1.2.1不同處理對原礦石的脫氟能力為了比較天然沸石對氟的去除,用多種方法對沸石進行了活化處理,以求得較好的使用條件。(1)用2%,5%,10%不同濃度NaOH溶液處理原礦石;(2)用10%H2SO4溶液處理原礦石;(3)原礦石不經任何處理直接運用。經各種方法處理后的沸石,用一定濃度的硫酸鋁溶液浸泡、洗凈,然后比較其除氟效果。稱取沸石各5g,加入100mL含氟25mg/L的配制高氟水,攪拌后放置24h,測得各水中的含氟量,見表1。從表1中可以看出,不同處理的原礦石幾乎沒有除氟能力,用H2SO4處理的效果略差于NaOH處理結果,而用3種不同濃度的NaOH溶液處理結果幾乎無差異。從實際測定效果看,2%NaOH溶液處理的效果更好些。我們在實際中以2%NaOH溶液做活化劑。1.2.2水氟銅和黑路氧基根據目前國內外多數文獻報道,多采用鋁鹽作天然沸石除氟的改型劑,我們對常用的2種改型劑—硫酸鋁和明礬進行了選擇試驗,原水氟含量20mg/L,沸石用量5g,水100mL。處理后水中氟含量見表2。從表2中可以看出,硫酸鋁和明礬均能有效的除氟,在試驗中我們選擇用5%AI2(SO4)3或10%明礬作改型劑,其靜態(tài)吸氟量為0.234mg/g沸石。1.2.3沸石的吸附量將40～60目的天然沸石,用2%NaOH溶液,14%的硫酸鋁溶液處理后,分別稱取3、5、7、10g放入各燒杯中,各移入100mI,配制的高氟水(20mg/L),測定沸石的吸附量,結果見表3?？梢?當沸石用量3～5g;100時,沸石的吸附量在0.35～0.24mg/g沸石之間,這和文獻、給出的研究結果基本一致。1.3動態(tài)試驗過程根據以上實驗條件,我們用自制除氟器進行了實際通水試驗,對交換速度、停留時間、交換方式等進行了反復驗證。1.3.1子的除氟效果高氟水流經沸石交換柱的速度和在柱內的保留時間影響氟離子的除氟效果。根據我們多次試驗,無論除氟器的規(guī)格多大,高氟水在交換器中的停留時間都不少于20min,否則交換效果不好,流速控制在8～10L/n最佳。1.3.2高氟水交換器經過多次試驗,我們發(fā)現,如果采取從上至下的交換方式,除氟效果不好。而如果采取自下而上的水交換方式,脫氟效果較好,即高氟水從交換器下部進入,通過沸石層從上部將凈化水引出。這既保證了沸石和水的充分接觸,又可保證一定的停留時間。1.3.3氟器的高度由于我們的研究目的是解決一家一戶的除氟問題,所以除氟器的高度要受到一定的限制。經過我們多次實驗,證明除氟器的高度和直徑比不能小于2∶1,否則除氟效果不好。1.3.4穩(wěn)定性測定結果在實驗運行中,我們連續(xù)通水8h,后測定除氟效果,發(fā)現出水中含氟量已超過1mg/L,經停止通水4n后,再次通水,出水質量又恢復正常,小于1mg/L。根據我們多次實驗,發(fā)現通水4h后間歇4h再通水,可以得到穩(wěn)定的通水質量,氟含量小于1mg/L。所以,在實際運行中,我們采取間歇通水方式,在沸石的有效交換容量內可以得到合格飲用水。1.4沸石的化學成分沸石運行一段時間后,已經失去了除氟能力,所以必須再生。為了求得天然沸石吸附鋁鹽的最大容量,我們用0.5mo1/L的明礬溶液浸泡經2%NaOH溶液處理過的沸石100g,經4h后干燥,測定原礦中和處理后礦石的化學成分,結果見表4。從表4中看出,AI2O3含量增加了0.33%。原明礬溶液100mL中含明礬23.72g,浸泡后的洗液中含明礬19.51g,則沸石吸附了4.21g明礬。由此即可認為沸石吸附明礬的最大值為4.2%。換為硫酸鋁的量應為2.5%左右。在實踐中我們用4.5%的明礬或用3%左右的硫酸鋁來再生沸石。再生后沸石除氟效果和原沸石(沒交換前的沸石)的除氟效果對比見表5。由表5可見,沸石經再生后,不僅除氟能力沒有下降,反而還有所上升。由于沸石再生時的洗液中含氟量甚高,所以必須對洗液進行處理后才可排放。1.5沸石合格飲用水的測定根據以上試驗情況,我們對高氟水進行了實際通水試驗,工藝流程如下;沸石原粉NaOH活化明礬或硫酸鋁改型洗凈裝柱通水交換飲用。當出水中氟含量超過1mg/L時,停止交換,對沸石再生,小型裝置內裝4kg沸石,得合格飲用水225L。沸石的有效交換容量為0.225mg/g沸石。原水與凈化水的水質對照見表6。由表6可見,經處理后,原水PH值下降,僅硫酸鹽有所上升,但在國家允許范圍內。應該注意的是,初次通水和再生后重新通水時,開始流出相當于沸石2倍體積的水應棄去不用,或做為再生用水,因其水質偏酸。2改性沸石為復合沸石(1)按我們的試驗條件和實際運行結果看,按下述操作可得合格的飲用水;沸石吸銨值在100mmoL/100g以上,最好在140mmoL/100g以上,用2%的NaOH溶液活化,用5%的硫酸鋁或10%左右的明礬溶液進行改型;洗凈;采用自下而上的逆向交換方式,控制出水流速8～10L/h,保留時間不少于20min,間歇除氟(通4h、停4h);除氟器長徑比不小于2,即可得合格用水。用3%AI2(SO4)3或4.5%左右的明礬溶液可以使沸石再生。沸石再生大約可200次左右。(2)使用天然沸石成本低廉,技術容易掌握,適于一家一