利用天然沸石降氟改水的技術(shù)研究

利用天然沸石降氟改水的技術(shù)研究

0加強(qiáng)資源建設(shè)、解決飲用水問(wèn)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(xiàn)報(bào)道。內(nèi)蒙古東烏旗是飲用水氟中毒的重災(zāi)區(qū)。據(jù)最新檢測(cè)統(tǒng)計(jì),東烏旗地下水高氟水覆蓋面積達(dá)全旗總面積的93.4%,衛(wèi)生部門檢測(cè)的全旗401份水樣中81.55%以上氟含量超過(guò)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn),氟含量最高的地區(qū)水源氟含量達(dá)9.00mg/L,全旗輕病區(qū)有17個(gè)嘎查,重病區(qū)有44個(gè)嘎查,重病區(qū)有11個(gè)嘎查。據(jù)地防辦統(tǒng)計(jì),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(xué)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(jìn)行高氟水的治理,但由于受資金短缺等因素影響,高氟水問(wèn)題一直困擾著病區(qū)牧民。為此,前幾年水利工程中國(guó)家和地方投入了大量的人力、物力、財(cái)力打深井來(lái)解決病區(qū)牧民的飲水問(wèn)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(wèn)題。解決這一部分牧戶的吃水問(wèn)題就顯得十分迫切。為此,我們與朝陽(yáng)沸石研究所合作開展了利用天然沸石降氟改水的技術(shù)研究,通過(guò)反復(fù)試驗(yàn),結(jié)合外地經(jīng)驗(yàn),取得了成功。并且在病區(qū)群眾家中進(jìn)行了實(shí)際通水試驗(yàn),證明完全適用于一家一戶的除氟工作,為進(jìn)一步開展這項(xiàng)工作積累了經(jīng)驗(yàn)。1試驗(yàn)部分1.1靜態(tài)吸附試驗(yàn)除氟原料沸石采用朝陽(yáng)產(chǎn)天然斜發(fā)沸石,其化學(xué)成為;SiO266.44%,AI2O312.13%,Fe2O31.63%,CaO3.92%,MgO1.20%,K2O1.90%,Na2O0.92%,粒度40～60目,試驗(yàn)用水;靜態(tài)吸附試驗(yàn)高氟水由試劑氟化鈉配制;動(dòng)態(tài)試驗(yàn)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(shù)字酸度計(jì)(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(yàn)1.2.1不同處理對(duì)原礦石的脫氟能力為了比較天然沸石對(duì)氟的去除,用多種方法對(duì)沸石進(jìn)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(jīng)任何處理直接運(yùn)用。經(jīng)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(cè)得各水中的含氟量,見(jiàn)表1。從表1中可以看出,不同處理的原礦石幾乎沒(méi)有除氟能力,用H2SO4處理的效果略差于NaOH處理結(jié)果,而用3種不同濃度的NaOH溶液處理結(jié)果幾乎無(wú)差異。從實(shí)際測(cè)定效果看,2%NaOH溶液處理的效果更好些。我們?cè)趯?shí)際中以2%NaOH溶液做活化劑。1.2.2水氟銅和黑路氧基根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道,多采用鋁鹽作天然沸石除氟的改型劑,我們對(duì)常用的2種改型劑—硫酸鋁和明礬進(jìn)行了選擇試驗(yàn),原水氟含量20mg/L,沸石用量5g,水100mL。處理后水中氟含量見(jiàn)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(yàn)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(cè)定沸石的吸附量,結(jié)果見(jiàn)表3?？梢?jiàn),當(dāng)沸石用量3～5g;100時(shí),沸石的吸附量在0.35～0.24mg/g沸石之間,這和文獻(xiàn)、給出的研究結(jié)果基本一致。1.3動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)條件,我們用自制除氟器進(jìn)行了實(shí)際通水試驗(yàn),對(duì)交換速度、停留時(shí)間、交換方式等進(jìn)行了反復(fù)驗(yàn)證。1.3.1子的除氟效果高氟水流經(jīng)沸石交換柱的速度和在柱內(nèi)的保留時(shí)間影響氟離子的除氟效果。根據(jù)我們多次試驗(yàn),無(wú)論除氟器的規(guī)格多大,高氟水在交換器中的停留時(shí)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(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn),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(jìn)入,通過(guò)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(shí)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(wèn)題,所以除氟器的高度要受到一定的限制。經(jīng)過(guò)我們多次實(shí)驗(yàn),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(cè)定結(jié)果在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中,我們連續(xù)通水8h,后測(cè)定除氟效果,發(fā)現(xiàn)出水中含氟量已超過(guò)1mg/L,經(jīng)停止通水4n后,再次通水,出水質(zhì)量又恢復(fù)正常,小于1mg/L。根據(jù)我們多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)通水4h后間歇4h再通水,可以得到穩(wěn)定的通水質(zhì)量,氟含量小于1mg/L。所以,在實(shí)際運(yùn)行中,我們采取間歇通水方式,在沸石的有效交換容量?jī)?nèi)可以得到合格飲用水。1.4沸石的化學(xué)成分沸石運(yùn)行一段時(shí)間后,已經(jīng)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(jīng)2%NaOH溶液處理過(guò)的沸石100g,經(jīng)4h后干燥,測(cè)定原礦中和處理后礦石的化學(xué)成分,結(jié)果見(jiàn)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(rèn)為沸石吸附明礬的最大值為4.2%。換為硫酸鋁的量應(yīng)為2.5%左右。在實(shí)踐中我們用4.5%的明礬或用3%左右的硫酸鋁來(lái)再生沸石。再生后沸石除氟效果和原沸石(沒(méi)交換前的沸石)的除氟效果對(duì)比見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn),沸石經(jīng)再生后,不僅除氟能力沒(méi)有下降,反而還有所上升。由于沸石再生時(shí)的洗液中含氟量甚高,所以必須對(duì)洗液進(jìn)行處理后才可排放。1.5沸石合格飲用水的測(cè)定根據(jù)以上試驗(yàn)情況,我們對(duì)高氟水進(jìn)行了實(shí)際通水試驗(yàn),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(dāng)出水中氟含量超過(guò)1mg/L時(shí),停止交換,對(duì)沸石再生,小型裝置內(nèi)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(zhì)對(duì)照見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn),經(jīng)處理后,原水PH值下降,僅硫酸鹽有所上升,但在國(guó)家允許范圍內(nèi)。應(yīng)該注意的是,初次通水和再生后重新通水時(shí),開始流出相當(dāng)于沸石2倍體積的水應(yīng)棄去不用,或做為再生用水,因其水質(zhì)偏酸。2改性沸石為復(fù)合沸石(1)按我們的試驗(yàn)條件和實(shí)際運(yùn)行結(jié)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(jìn)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(shí)間不少于20min,間歇除氟(通4h、停4h);除氟器長(zhǎng)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(shù)容易掌握,適于一家一