除氟滤料说明

第一部分除氟滤料WK-1说明书一•降氟的重要意义地方性氟中毒是人体在高氟区的特定地理环境中，从外界长期摄入超过生理需要量的氟积存于骨骼系统引起的一种慢性地方病。轻者牙齿变黄，腰腿疼痛，重者牙齿破损、易掉，上下肢变形，腰弯背驼，甚至瘫痪，丧失劳动能力。长期摄入过量的氟化物还有致癌危险。早在1974年国际氟化物研究协会第六次会议报告中就认为氟还对肾血管、肌肉、甲状腺等有损伤作用。氟中毒给人类带来痛苦，危害人类的健康。据不完全统计，我国高氟水分布广泛，约有26个省、市、自治区，50000多个城镇、乡村，7000多万人饮用高氟水。其中以华北、西北地区尤为严重。就世界上来说也几乎没有一个国家没有氟中毒问题。因此，面对日益严重的氟危害，在缺乏低氟水源的地区，解决饮用水除氟问题，势在必行，迫在眉睫。二•降氟的困惑多年来人们在降氟改水过程中，总是显得力不从心，大多数高氟地区的人畜仍在饮用高氟水。其原因主要是：第一，认识不足。氟在水中是客观存在的，不处理是不会自己跑掉的，但要处理就要花设备钱，还要承担比较高的设备运行费用，许多地方的老百姓尤其是农民不认可，觉得吃水还花钱，心理不情愿，认识不到生长在高氟地区，花钱降氟是客观必然性，不以人的意志为转移。因此，很多地方虽然国家和政府投资上了设备，但运行一段时间便停了下来，特别是以前那些使用一两年就必须更换除氟材料的水厂，老百姓极少筹集资金更换，于是降氟中断，不了了之。第二，氟是水中极难处理的物质。水中存在的有害物质容易处理的都是能够氧化的物质，例如大多数金属离子都能与氧结合生成氧化物沉淀，氨氮等化学物质和绝大部分有机物质都能够生物降解，而氟却即不能被氧化，又不能生物降解。多年来，降氟工作者们苦苦思索，也很难找到一种效率高、投资少、成本低、寿命长且不会使水中增加新的有害成分的材料，这也是降氟工作很少成功的原因。目前国内主要降氟方法及其优缺点对比目前国内主要降氟方法有阴树脂离子交换法、活性炭吸附法、活性氧化铝吸附法、骨碳（羟基磷酸钙）吸附法、电渗析法、反渗透法等等。下面分别作以介绍，供建设单位参考。⑴阴树脂离子交换法：阴树脂去除水中的阴离子能量很大，但对氟离子去除率却非常低，因为阴树脂的选择顺序是:硫酸根〉氯根〉碳酸氢根〉氟，氟排在后面，因此除氟效率非常低，而且价格昂贵，再生极其复杂，很难管理，已经极少使用。⑵活性炭吸附法：活性炭具有特别大的比表面积，但其孔径也非常大，后面的氟离子进入孔穴后，前面进入的氟离子容易跑出来，因此对氟离子吸附量非常低，而且没有办法再生，吸附饱和后，只能废弃。高运行成本一般接受不了。⑶羟基磷酸钙（骨碳）吸附法：羟基磷酸钙对氟的吸附量很大，我国在七、八十年代有很多水厂采用。其不足之处一是材料价格高；二是强度差，易破碎；三是运转复杂，管理难度非常高，尤其是再生时，再生液浓度控制不好，既造成材料破碎失效，而更换一吨材料要几万元；四是出水有腥臭味儿，口感很差，甚至有氨氮超标的可能性。这些缺点使其应用受到限制，目前已基本不被采用。⑷活性氧化铝吸附法：此方法在一段时间内尤其是在人们没有发现铝离子对人体健康有巨大损害作用以前，我国和世界公认为活性氧化铝是最有效的降氟方法。我国目前仍有50%左右的降氟点儿采用活性氧化铝，它也是世界上用得最多的一种降氟剂。但经过多年实践证明，该法也存在下述六个问题，一是连续运行时间短，很容易出现假疲劳，运行4〜6小时即要间断4〜6小时同样时间恢复疲劳；二是再生时间长，再生复杂，管理复杂。如用硫酸铝再生，再生时间需要48小时；如用氢氧化钠再生，虽然时间缩短，但需使用盐酸中和，而铝是溶于酸的，稍不注意铝即被酸溶解而进入水中，因此管理要求非常高，工艺繁多，不易操作；三是滤料易出现板结现象，使布水与集水不均匀，严重影响使用寿命。山东省有些地区前些年农村防氟改水采用了活性氧化铝，用一段时间后，滤料基本板结在处理罐内，不但完全失效，而且滤料和罐体形成一体无法分离，造成罐体报废。四是出水水质差，仅能降氟而对水体中有时共存的色度、浊度、重金属离子等有害物质则不能去除。五是惧怕水中共存磷酸盐，因为磷与铝结合非常牢固，无法洗脱，活性氧化铝的表面积一旦被磷酸盐占据，除氟功能即告完结。我国华北地区地下水中普遍含有微量的磷酸盐，而磷酸盐的含量哪怕仅有0.01mg/L，也足以对活性氧化铝构成致命的威胁，这也是华北地区使用活性氧化铝除氟不能成功的主要原因；六是出水有铝离子超标的可能性，我国GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》规定铝离子标准为0.2mg/L，据《直饮水时代》杂志报道，2006年美国和法国科学家经过潜心研究和调查发现，长期饮用铝离子含量超过0.075mg/L的水，就可以造成大脑老化，引起痴呆症、脑中风等，比氟中毒的危害更大。国外发达国家很早以前就对饮用水中铝离子含量有规定。我国是近几年才对铝离子含量做出明确规定的。因此，从发展方向看，铝系除氟材料的前景是可疑的。⑸电渗析法。此方法是用电极铝板对水中物质电离的一种除氟方法，除氟干净彻底，出水质量很好，可自动化操作，管理比较容易。缺点是投资高，运行成本太高，电渗析设备被称作电老虎，在当前电费价格下，每吨水成本要6元以上，一般经济条件承担不起。⑹反渗透法。此法除氟干净彻底，出水质量好，其缺点和电渗析类似，运行成本高，平均产水率低，每净化一吨水，要废弃一吨水，每天3万吨的水厂，要废弃2-3万吨水。因此，反渗透在目前仅适合工业高纯水制备和瓶装水、桶装水，不适合大中型自来水厂。⑺羟基聚合铝混凝沉淀法。此法是将原水混入羟基聚合铝，然后进入沉淀池沉淀澄清，加药量极难控制，而且氟被除掉时，铝超标几十倍。2006年山东某水厂使用此方法降氟，开始时氟根本除不掉，后来加大药量，结果，氟被除掉了，铝却超标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，性价比比较差，很少应用。此外，还有日本引进的氧化锆树脂降氟方法，由于价格高（45万元1吨），且不能再生，致使运行成本每吨水5元以上，不适合中国国情。维康除氟净水滤料WK-1的优势以上降氟方法、材料都不尽如人意，因此，人们急需寻求一种价格便宜，使用方便，管理简单，寿命长、多功能且出水不增加任何有害物质的材料，来满足降氟改水的需要。我公司生产的维康除氟净水滤料（简称WK）正好填补了这一空白。WK-1具有稳定的除氟效果。一般除氟材料经过再生后，能量既有所下降，随着再生次数的增多，下降速度也加快，一两年内即失去除氟功能。WK-1再生后不但不会出现能量下降问题，而且还有越用越好的趋势。WK-1不会有活性氧化铝出水铝离子超标的可能性和羟基磷酸钙（骨碳）出水氨氮超标的可能性，而且水中铁锰、总硬度等超标问题可一并解决，出水水质优于所有除氟材料。WK-1设备组装极其简便。只需将足够大的玻璃钢罐体填满WK-1,水自下进入，自上流出即得到净化，用不存在复杂的设备安装。管理极其简便。WK-1再生只需将再生溶液打入交换塔内浸泡即可，不存在活性氧化铝、羟基磷酸钙等需要酸碱中和等复杂操作。使用寿命极其长久。一般除氟材料使用寿命都在二年以内，WK-1可长达30年之久。例如活性氧化铝、羟基磷酸钙等除氟材料终生除氟量都在70mg/g左右，而WK-1却可达到350mg/g以上。WK-1工作原理WK的原料是一种含水的碱金属或碱土金属的具有格架状四面体结构的含水铝硅酸盐，其化学简式为:Mn/2O-AL2O3-XSiO2-YH2O其中M为碱金属或碱土金属(K+,Na+,Ca2+,Mg2+)。这些碱金属或碱土金属与四面体的联系相当松弛，能与溶液阳离子互相交换，所以具有离子交换特征。骨架由氧、硅、铝三种原子构成三维空间结构，基本单兀是由四个氧原子和一个硅(铝)原子堆砌。硅或铝原子在氧原子之间的空隙中，氧原子半径为1.31X10-i0m,硅为0.41X10-i0m,铝为0.5X10-i0m°WK的硅、铝、氧骨架中有许多通道和孔穴，孔穴之间通过开口通道彼此相连并与外界相通。上述特点使WK具有离子交换与吸附特性，这就是用来除氟的基本条件。另外，还有SO42-进入骨架，也起到与F-交换作用。上述原理也可作如下描述：吸附原理：WK—1是含铝硅酸盐类矿物质经过特殊的改性活化制成。材料本体是铝、硅、氧四面体品格状多孔物质，品格格架中有大量的通道和孔穴，孔穴之间通过开口通道彼此相连并与外界相通，孔径为0.5〜1.6纳米之间，因而，比表面积非常大，一般可达到500〜800m2/g。物理学原理说明，固体内部的原子或分子所受的吸引力是对称的，处在微观力场的饱和平衡状态；但表面的原子或分子所受的力则是不对称的，也就是说固体表面有过剩的表面自由能，即表面有吸附力场存在。固体的表面积越大，吸附力越大，吸附容量越高°WK是针对水中的氟离子精心改性活化，具有相当大的比表面积，因而有相当大的吸附力和吸附容量。当含氟水经过WK时，表面吸附力场就会将氟吸附在材料的格架上，实现固液分离，净化水质。离子交换原理：由于WK材质是硅、铝、氧品格状四面体，铝与硅交换，铝正三价，硅正四价，缺少一个电荷，通常由材料自身的M（钠、钾等一至三价离子）补充。由于M补充电位时结合很弱，所以当水与WK接触时，水中的R（钾、钠、钙、镁等一至三价离子）置换了M,在生产中，我们通过改性活化，用钾离子平衡电位，使大量的硫酸根离子进入WK-1的格架，而硫酸根离子具有强烈的阴离子交换能力，与水中的氟进行离子交换，即：氟离子进入滤料格架中原硫酸根占据的位置，硫酸根进入水中。当吸附、交换饱和后，采取硫酸铝钾溶液解吸方法洗脱，恢复原有功能，反复使用，经久不衰。其离子交换原理可用下列简式表示：K+ZTITTi（塑问+（24in）F+Nf+f广Z—SO4AITTF）Q4m汁mOH+So"+IC式中3代表滤料骨架，Mn+表示阳离子，一般为1〜3价。当WK-1吸附饱和后，用5%明矶溶液将氟离子洗脱，使WK-1恢复原有功能。明矶与氟离子结合反应后，生成氟化铝，不溶于水，无害排放。再生原理可用下列化学简式表示：一Z+—(FXgn)+SO+K?OH^L3+1(OR)inTT+IAI1^IK+Z-^AI?+—< INF+2-SO4式中z代表滤料骨架，Mn表示阳离子，一般为1-3价。第二部分维康净水滤料技术参数一WK-1生活饮用水除氟技术参数净水方式：吸附和离子交换方式。工作方式：上向流通水，上向流再生(如果水质浊度超标或有其它杂质，可顺流通水，反冲洗以后再逆流再生)。过滤速度：每小时3-4m。料层高度1.6m以上，越高效果越好，最高2.8m。也可以计算为：每吨WK-1每小时最佳净化水量2吨，最大净化水量3吨。这样可不必考虑交换塔的直径大小，能装入足够数量的滤料即可，短粗的还是细长的无所谓。最大适用范围：F-55mg/l工作吸附总量：500〜2000mg/kg(WK-1)。取决于①原水浓度高低，原水浓度越高吸附总量越大。水中共存离子的干扰程度，共存离子越多，干扰越大，能量越低。其干扰顺序为：碳酸盐〉碳酸氢根〉氢氧根〉硫酸根〉钠离子〉钾离子〉钙离子〉镁离子，但主要干扰因素是碳酸氢根。PH值。？日最佳范围5.5-7,超过7.5时，效果明显下降。因此当水中碳酸氢根含量较高时，需要调节PH值。调节PH值至多少为宜，取决于原水中碳酸氢根含量，因为原水中碳酸氢根含量在60mg/L以内除氟效果最好。当PH值调至6.5时，碳酸氢根剩余量为60%，PH值降至5.5时碳酸氢根剩余20%，因此调节PH的酸消耗量取决于碳酸氢根含量。例如，原水中的碳酸氢根含量在100以