除氟濾料說(shuō)明

第一部分除氟濾料WK-1說(shuō)明書(shū)一?降氟的重要意義地方性氟中毒是人體在高氟區(qū)的特定地理環(huán)境中，從外界長(zhǎng)期攝入超過(guò)生理需要量的氟積存于骨骼系統(tǒng)引起的一種慢性地方病。輕者牙齒變黃，腰腿疼痛，重者牙齒破損、易掉，上下肢變形，腰彎背駝，甚至癱瘓，喪失勞動(dòng)能力。長(zhǎng)期攝入過(guò)量的氟化物還有致癌危險(xiǎn)。早在1974年國(guó)際氟化物研究協(xié)會(huì)第六次會(huì)議報(bào)告中就認(rèn)為氟還對(duì)腎血管、肌肉、甲狀腺等有損傷作用。氟中毒給人類帶來(lái)痛苦，危害人類的健康。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)高氟水分布廣泛，約有26個(gè)省、市、自治區(qū)，50000多個(gè)城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村，7000多萬(wàn)人飲用高氟水。其中以華北、西北地區(qū)尤為嚴(yán)重。就世界上來(lái)說(shuō)也幾乎沒(méi)有一個(gè)國(guó)家沒(méi)有氟中毒問(wèn)題。因此，面對(duì)日益嚴(yán)重的氟危害，在缺乏低氟水源的地區(qū)，解決飲用水除氟問(wèn)題，勢(shì)在必行，迫在眉睫。二?降氟的困惑多年來(lái)人們?cè)诮捣乃^(guò)程中，總是顯得力不從心，大多數(shù)高氟地區(qū)的人畜仍在飲用高氟水。其原因主要是：第一，認(rèn)識(shí)不足。氟在水中是客觀存在的，不處理是不會(huì)自己跑掉的，但要處理就要花設(shè)備錢(qián)，還要承擔(dān)比較高的設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，許多地方的老百姓尤其是農(nóng)民不認(rèn)可，覺(jué)得吃水還花錢(qián)，心理不情愿，認(rèn)識(shí)不到生長(zhǎng)在高氟地區(qū)，花錢(qián)降氟是客觀必然性，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。因此，很多地方雖然國(guó)家和政府投資上了設(shè)備，但運(yùn)行一段時(shí)間便停了下來(lái)，特別是以前那些使用一兩年就必須更換除氟材料的水廠，老百姓極少籌集資金更換，于是降氟中斷，不了了之。第二，氟是水中極難處理的物質(zhì)。水中存在的有害物質(zhì)容易處理的都是能夠氧化的物質(zhì)，例如大多數(shù)金屬離子都能與氧結(jié)合生成氧化物沉淀，氨氮等化學(xué)物質(zhì)和絕大部分有機(jī)物質(zhì)都能夠生物降解，而氟卻即不能被氧化，又不能生物降解。多年來(lái)，降氟工作者們苦苦思索，也很難找到一種效率高、投資少、成本低、壽命長(zhǎng)且不會(huì)使水中增加新的有害成分的材料，這也是降氟工作很少成功的原因。目前國(guó)內(nèi)主要降氟方法及其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比目前國(guó)內(nèi)主要降氟方法有陰樹(shù)脂離子交換法、活性炭吸附法、活性氧化鋁吸附法、骨碳（羥基磷酸鈣）吸附法、電滲析法、反滲透法等等。下面分別作以介紹，供建設(shè)單位參考。⑴陰樹(shù)脂離子交換法：陰樹(shù)脂去除水中的陰離子能量很大，但對(duì)氟離子去除率卻非常低，因?yàn)殛帢?shù)脂的選擇順序是:硫酸根〉氯根〉碳酸氫根〉氟，氟排在后面，因此除氟效率非常低，而且價(jià)格昂貴，再生極其復(fù)雜，很難管理，已經(jīng)極少使用。⑵活性炭吸附法：活性炭具有特別大的比表面積，但其孔徑也非常大，后面的氟離子進(jìn)入孔穴后，前面進(jìn)入的氟離子容易跑出來(lái)，因此對(duì)氟離子吸附量非常低，而且沒(méi)有辦法再生，吸附飽和后，只能廢棄。高運(yùn)行成本一般接受不了。⑶羥基磷酸鈣（骨碳）吸附法：羥基磷酸鈣對(duì)氟的吸附量很大，我國(guó)在七、八十年代有很多水廠采用。其不足之處一是材料價(jià)格高；二是強(qiáng)度差，易破碎；三是運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)雜，管理難度非常高，尤其是再生時(shí)，再生液濃度控制不好，既造成材料破碎失效，而更換一噸材料要幾萬(wàn)元；四是出水有腥臭味兒，口感很差，甚至有氨氮超標(biāo)的可能性。這些缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到限制，目前已基本不被采用。⑷活性氧化鋁吸附法：此方法在一段時(shí)間內(nèi)尤其是在人們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋁離子對(duì)人體健康有巨大損害作用以前，我國(guó)和世界公認(rèn)為活性氧化鋁是最有效的降氟方法。我國(guó)目前仍有50%左右的降氟點(diǎn)兒采用活性氧化鋁，它也是世界上用得最多的一種降氟劑。但經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐證明，該法也存在下述六個(gè)問(wèn)題，一是連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短，很容易出現(xiàn)假疲勞，運(yùn)行4?6小時(shí)即要間斷4?6小時(shí)同樣時(shí)間恢復(fù)疲勞；二是再生時(shí)間長(zhǎng)，再生復(fù)雜，管理復(fù)雜。如用硫酸鋁再生，再生時(shí)間需要48小時(shí)；如用氫氧化鈉再生，雖然時(shí)間縮短，但需使用鹽酸中和，而鋁是溶于酸的，稍不注意鋁即被酸溶解而進(jìn)入水中，因此管理要求非常高，工藝繁多，不易操作；三是濾料易出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，使布水與集水不均勻，嚴(yán)重影響使用壽命。山東省有些地區(qū)前些年農(nóng)村防氟改水采用了活性氧化鋁，用一段時(shí)間后，濾料基本板結(jié)在處理罐內(nèi)，不但完全失效，而且濾料和罐體形成一體無(wú)法分離，造成罐體報(bào)廢。四是出水水質(zhì)差，僅能降氟而對(duì)水體中有時(shí)共存的色度、濁度、重金屬離子等有害物質(zhì)則不能去除。五是懼怕水中共存磷酸鹽，因?yàn)榱着c鋁結(jié)合非常牢固，無(wú)法洗脫，活性氧化鋁的表面積一旦被磷酸鹽占據(jù)，除氟功能即告完結(jié)。我國(guó)華北地區(qū)地下水中普遍含有微量的磷酸鹽，而磷酸鹽的含量哪怕僅有0.01mg/L，也足以對(duì)活性氧化鋁構(gòu)成致命的威脅，這也是華北地區(qū)使用活性氧化鋁除氟不能成功的主要原因；六是出水有鋁離子超標(biāo)的可能性，我國(guó)GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定鋁離子標(biāo)準(zhǔn)為0.2mg/L，據(jù)《直飲水時(shí)代》雜志報(bào)道，2006年美國(guó)和法國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)潛心研究和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期飲用鋁離子含量超過(guò)0.075mg/L的水，就可以造成大腦老化，引起癡呆癥、腦中風(fēng)等，比氟中毒的危害更大。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家很早以前就對(duì)飲用水中鋁離子含量有規(guī)定。我國(guó)是近幾年才對(duì)鋁離子含量做出明確規(guī)定的。因此，從發(fā)展方向看，鋁系除氟材料的前景是可疑的。⑸電滲析法。此方法是用電極鋁板對(duì)水中物質(zhì)電離的一種除氟方法，除氟干凈徹底，出水質(zhì)量很好，可自動(dòng)化操作，管理比較容易。缺點(diǎn)是投資高，運(yùn)行成本太高，電滲析設(shè)備被稱作電老虎，在當(dāng)前電費(fèi)價(jià)格下，每噸水成本要6元以上，一般經(jīng)濟(jì)條件承擔(dān)不起。⑹反滲透法。此法除氟干凈徹底，出水質(zhì)量好，其缺點(diǎn)和電滲析類似，運(yùn)行成本高，平均產(chǎn)水率低，每?jī)艋粐嵥獜U棄一噸水，每天3萬(wàn)噸的水廠，要廢棄2-3萬(wàn)噸水。因此，反滲透在目前僅適合工業(yè)高純水制備和瓶裝水、桶裝水，不適合大中型自來(lái)水廠。⑺羥基聚合鋁混凝沉淀法。此法是將原水混入羥基聚合鋁，然后進(jìn)入沉淀池沉淀澄清，加藥量極難控制，而且氟被除掉時(shí)，鋁超標(biāo)幾十倍。2006年山東某水廠使用此方法降氟，開(kāi)始時(shí)氟根本除不掉，后來(lái)加大藥量，結(jié)果，氟被除掉了，鋁卻超標(biāo)63倍。目前，此方法已基本被淘汰。⑻沸石吸附法。直接使用沸石降氟能量很低，性價(jià)比比較差，很少應(yīng)用。此外，還有日本引進(jìn)的氧化鋯樹(shù)脂降氟方法，由于價(jià)格高（45萬(wàn)元1噸），且不能再生，致使運(yùn)行成本每噸水5元以上，不適合中國(guó)國(guó)情。維康除氟凈水濾料WK-1的優(yōu)勢(shì)以上降氟方法、材料都不盡如人意，因此，人們急需尋求一種價(jià)格便宜，使用方便，管理簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)、多功能且出水不增加任何有害物質(zhì)的材料，來(lái)滿足降氟改水的需要。我公司生產(chǎn)的維康除氟凈水濾料（簡(jiǎn)稱WK）正好填補(bǔ)了這一空白。WK-1具有穩(wěn)定的除氟效果。一般除氟材料經(jīng)過(guò)再生后，能量既有所下降，隨著再生次數(shù)的增多，下降速度也加快，一兩年內(nèi)即失去除氟功能。WK-1再生后不但不會(huì)出現(xiàn)能量下降問(wèn)題，而且還有越用越好的趨勢(shì)。WK-1不會(huì)有活性氧化鋁出水鋁離子超標(biāo)的可能性和羥基磷酸鈣（骨碳）出水氨氮超標(biāo)的可能性，而且水中鐵錳、總硬度等超標(biāo)問(wèn)題可一并解決，出水水質(zhì)優(yōu)于所有除氟材料。WK-1設(shè)備組裝極其簡(jiǎn)便。只需將足夠大的玻璃鋼罐體填滿WK-1,水自下進(jìn)入，自上流出即得到凈化，用不存在復(fù)雜的設(shè)備安裝。管理極其簡(jiǎn)便。WK-1再生只需將再生溶液打入交換塔內(nèi)浸泡即可，不存在活性氧化鋁、羥基磷酸鈣等需要酸堿中和等復(fù)雜操作。使用壽命極其長(zhǎng)久。一般除氟材料使用壽命都在二年以內(nèi)，WK-1可長(zhǎng)達(dá)30年之久。例如活性氧化鋁、羥基磷酸鈣等除氟材料終生除氟量都在70mg/g左右，而WK-1卻可達(dá)到350mg/g以上。WK-1工作原理WK的原料是一種含水的堿金屬或堿土金屬的具有格架狀四面體結(jié)構(gòu)的含水鋁硅酸鹽，其化學(xué)簡(jiǎn)式為:Mn/2O-AL2O3-XSiO2-YH2O其中M為堿金屬或堿土金屬(K+,Na+,Ca2+,Mg2+)。這些堿金屬或堿土金屬與四面體的聯(lián)系相當(dāng)松弛，能與溶液陽(yáng)離子互相交換，所以具有離子交換特征。骨架由氧、硅、鋁三種原子構(gòu)成三維空間結(jié)構(gòu)，基本單兀是由四個(gè)氧原子和一個(gè)硅(鋁)原子堆砌。硅或鋁原子在氧原子之間的空隙中，氧原子半徑為1.31X10-i0m,硅為0.41X10-i0m,鋁為0.5X10-i0m°WK的硅、鋁、氧骨架中有許多通道和孔穴，孔穴之間通過(guò)開(kāi)口通道彼此相連并與外界相通。上述特點(diǎn)使WK具有離子交換與吸附特性，這就是用來(lái)除氟的基本條件。另外，還有SO42-進(jìn)入骨架，也起到與F-交換作用。上述原理也可作如下描述：吸附原理：WK—1是含鋁硅酸鹽類礦物質(zhì)經(jīng)過(guò)特殊的改性活化制成。材料本體是鋁、硅、氧四面體品格狀多孔物質(zhì)，品格格架中有大量的通道和孔穴，孔穴之間通過(guò)開(kāi)口通道彼此相連并與外界相通，孔徑為0.5?1.6納米之間，因而，比表面積非常大，一般可達(dá)到500?800m2/g。物理學(xué)原理說(shuō)明，固體內(nèi)部的原子或分子所受的吸引力是對(duì)稱的，處在微觀力場(chǎng)的飽和平衡狀態(tài)；但表面的原子或分子所受的力則是不對(duì)稱的，也就是說(shuō)固體表面有過(guò)剩的表面自由能，即表面有吸附力場(chǎng)存在。固體的表面積越大，吸附力越大，吸附容量越高°WK是針對(duì)水中的氟離子精心改性活化，具有相當(dāng)大的比表面積，因而有相當(dāng)大的吸附力和吸附容量。當(dāng)含氟水經(jīng)過(guò)WK時(shí)，表面吸附力場(chǎng)就會(huì)將氟吸附在材料的格架上，實(shí)現(xiàn)固液分離，凈化水質(zhì)。離子交換原理：由于WK材質(zhì)是硅、鋁、氧品格狀四面體，鋁與硅交換，鋁正三價(jià)，硅正四價(jià)，缺少一個(gè)電荷，通常由材料自身的M（鈉、鉀等一至三價(jià)離子）補(bǔ)充。由于M補(bǔ)充電位時(shí)結(jié)合很弱，所以當(dāng)水與WK接觸時(shí)，水中的R（鉀、鈉、鈣、鎂等一至三價(jià)離子）置換了M,在生產(chǎn)中，我們通過(guò)改性活化，用鉀離子平衡電位，使大量的硫酸根離子進(jìn)入WK-1的格架，而硫酸根離子具有強(qiáng)烈的陰離子交換能力，與水中的氟進(jìn)行離子交換，即：氟離子進(jìn)入濾料格架中原硫酸根占據(jù)的位置，硫酸根進(jìn)入水中。當(dāng)吸附、交換飽和后，采取硫酸鋁鉀溶液解吸方法洗脫，恢復(fù)原有功能，反復(fù)使用，經(jīng)久不衰。其離子交換原理可用下列簡(jiǎn)式表示：K+ZTITTi（塑問(wèn)+（24in）F+Nf+f廣Z—SO4AITTF）Q4m汁mOH+So"+IC式中3代表濾料骨架，Mn+表示陽(yáng)離子，一般為1?3價(jià)。當(dāng)WK-1吸附飽和后，用5%明磯溶液將氟離子洗脫，使WK-1恢復(fù)原有功能。明磯與氟離子結(jié)合反應(yīng)后，生成氟化鋁，不溶于水，無(wú)害排放。再生原理可用下列化學(xué)簡(jiǎn)式表示：一Z+—(FXgn)+SO+K?OH^L3+1(OR)inTT+IAI1^IK+Z-^AI?+—< INF+2-SO4式中z代表濾料骨架，Mn表示陽(yáng)離子，一般為1-3價(jià)。第二部分維康凈水濾料技術(shù)參數(shù)一WK-1生活飲用水除氟技術(shù)參數(shù)凈水方式：吸附和離子交換方式。工作方式：上向流通水，上向流再生(如果水質(zhì)濁度超標(biāo)或有其它雜質(zhì)，可順流通水，反沖洗以后再逆流再生)。過(guò)濾速度：每小時(shí)3-4m。料層高度1.6m以上，越高效果越好，最高2.8m。也可以計(jì)算為：每噸WK-1每小時(shí)最佳凈化水量2噸，最大凈化水量3噸。這樣可不必考慮交換塔的直徑大小，能裝入足夠數(shù)量的濾料即可，短粗的還是細(xì)長(zhǎng)的無(wú)所謂。最大適用范圍：F-55mg/l工作吸附總量：500?2000mg/kg(WK-1)。取決于①原水濃度高低，原水濃度越高吸附總量越大。水中共存離子的干擾程度，共存離子越多，干擾越大，能量越低。其干擾順序?yàn)椋禾妓猁}〉碳酸氫根〉氫氧根〉硫酸根〉鈉離子〉鉀離子〉鈣離子〉鎂離子，但主要干擾因素是碳酸氫根。PH值。？日最佳范圍5.5-7,超過(guò)7.5時(shí)，效果明顯下降。因此當(dāng)水中碳酸氫根含量較高時(shí)，需要調(diào)節(jié)PH值。調(diào)節(jié)PH值至多少為宜，取決于原水中碳酸氫根含量，因?yàn)樵刑妓釟涓吭?0mg/L以內(nèi)除氟效果最好。當(dāng)PH值調(diào)至6.5時(shí)，碳酸氫根剩余量為60%，PH值降至5.5時(shí)碳酸氫根剩余20%，因此調(diào)節(jié)PH的酸消耗量取決于碳酸氫根含量。例如，原水中的碳酸氫根含量在100以