利用天然沸石降氟改水的技术研究

利用天然沸石降氟改水的技术研究

0加强资源建设、解决饮用水问题所选固碳石具有良好的吸附性、选择吸附性和交换性。天然沸石可用于除去饮水中含有的氟、砷等多种有害元素,已有多种文献报道。内蒙古东乌旗是饮用水氟中毒的重灾区。据最新检测统计,东乌旗地下水高氟水覆盖面积达全旗总面积的93.4%,卫生部门检测的全旗401份水样中81.55%以上氟含量超过国家饮用水标准,氟含量最高的地区水源氟含量达9.00mg/L,全旗轻病区有17个嘎查,重病区有44个嘎查,重病区有11个嘎查。据地防办统计,重病区中7岁以下儿童乳牙氟斑牙患病率为15.6%,8～15岁学龄儿童氟斑牙患病率为73.5%,16岁以上有氟骨症症状体征的占51.4%。东乌旗委政府虽尽了很大努力进行高氟水的治理,但由于受资金短缺等因素影响,高氟水问题一直困扰着病区牧民。为此,前几年水利工程中国家和地方投入了大量的人力、物力、财力打深井来解决病区牧民的饮水问题,使大部分群众可望吃上放心的饮用水。但由于牧户生活居住分散,仍有一部分牧户不能解决吃高氟水问题。解决这一部分牧户的吃水问题就显得十分迫切。为此,我们与朝阳沸石研究所合作开展了利用天然沸石降氟改水的技术研究,通过反复试验,结合外地经验,取得了成功。并且在病区群众家中进行了实际通水试验,证明完全适用于一家一户的除氟工作,为进一步开展这项工作积累了经验。1试验部分1.1静态吸附试验除氟原料沸石采用朝阳产天然斜发沸石,其化学成为;SiO266.44%,AI2O312.13%,Fe2O31.63%,CaO3.92%,MgO1.20%,K2O1.90%,Na2O0.92%,粒度40～60目,试验用水;静态吸附试验高氟水由试剂氟化钠配制;动态试验用水由东乌旗乌镇阿木古楞嘎查井水提供,含氟量4.0mg/L,PH值8.53。所需仪器;磁力搅拌器,PHS2C型精密数字酸度计(上海大普公司);氟离子选择电极(上海罗素科技有限公司);自制除氟器.1.2静态吸附试验1.2.1不同处理对原矿石的脱氟能力为了比较天然沸石对氟的去除,用多种方法对沸石进行了活化处理,以求得较好的使用条件。(1)用2%,5%,10%不同浓度NaOH溶液处理原矿石;(2)用10%H2SO4溶液处理原矿石;(3)原矿石不经任何处理直接运用。经各种方法处理后的沸石,用一定浓度的硫酸铝溶液浸泡、洗净,然后比较其除氟效果。称取沸石各5g,加入100mL含氟25mg/L的配制高氟水,搅拌后放置24h,测得各水中的含氟量,见表1。从表1中可以看出,不同处理的原矿石几乎没有除氟能力,用H2SO4处理的效果略差于NaOH处理结果,而用3种不同浓度的NaOH溶液处理结果几乎无差异。从实际测定效果看,2%NaOH溶液处理的效果更好些。我们在实际中以2%NaOH溶液做活化剂。1.2.2水氟铜和黑路氧基根据目前国内外多数文献报道,多采用铝盐作天然沸石除氟的改型剂,我们对常用的2种改型剂—硫酸铝和明矾进行了选择试验,原水氟含量20mg/L,沸石用量5g,水100mL。处理后水中氟含量见表2。从表2中可以看出,硫酸铝和明矾均能有效的除氟,在试验中我们选择用5%AI2(SO4)3或10%明矾作改型剂,其静态吸氟量为0.234mg/g沸石。1.2.3沸石的吸附量将40～60目的天然沸石,用2%NaOH溶液,14%的硫酸铝溶液处理后,分别称取3、5、7、10g放入各烧杯中,各移入100mI,配制的高氟水(20mg/L),测定沸石的吸附量,结果见表3。可见,当沸石用量3～5g;100时,沸石的吸附量在0.35～0.24mg/g沸石之间,这和文献、给出的研究结果基本一致。1.3动态试验过程根据以上实验条件,我们用自制除氟器进行了实际通水试验,对交换速度、停留时间、交换方式等进行了反复验证。1.3.1子的除氟效果高氟水流经沸石交换柱的速度和在柱内的保留时间影响氟离子的除氟效果。根据我们多次试验,无论除氟器的规格多大,高氟水在交换器中的停留时间都不少于20min,否则交换效果不好,流速控制在8～10L/n最佳。1.3.2高氟水交换器经过多次试验,我们发现,如果采取从上至下的交换方式,除氟效果不好。而如果采取自下而上的水交换方式,脱氟效果较好,即高氟水从交换器下部进入,通过沸石层从上部将净化水引出。这既保证了沸石和水的充分接触,又可保证一定的停留时间。1.3.3氟器的高度由于我们的研究目的是解决一家一户的除氟问题,所以除氟器的高度要受到一定的限制。经过我们多次实验,证明除氟器的高度和直径比不能小于2∶1,否则除氟效果不好。1.3.4稳定性测定结果在实验运行中,我们连续通水8h,后测定除氟效果,发现出水中含氟量已超过1mg/L,经停止通水4n后,再次通水,出水质量又恢复正常,小于1mg/L。根据我们多次实验,发现通水4h后间歇4h再通水,可以得到稳定的通水质量,氟含量小于1mg/L。所以,在实际运行中,我们采取间歇通水方式,在沸石的有效交换容量内可以得到合格饮用水。1.4沸石的化学成分沸石运行一段时间后,已经失去了除氟能力,所以必须再生。为了求得天然沸石吸附铝盐的最大容量,我们用0.5mo1/L的明矾溶液浸泡经2%NaOH溶液处理过的沸石100g,经4h后干燥,测定原矿中和处理后矿石的化学成分,结果见表4。从表4中看出,AI2O3含量增加了0.33%。原明矾溶液100mL中含明矾23.72g,浸泡后的洗液中含明矾19.51g,则沸石吸附了4.21g明矾。由此即可认为沸石吸附明矾的最大值为4.2%。换为硫酸铝的量应为2.5%左右。在实践中我们用4.5%的明矾或用3%左右的硫酸铝来再生沸石。再生后沸石除氟效果和原沸石(没交换前的沸石)的除氟效果对比见表5。由表5可见,沸石经再生后,不仅除氟能力没有下降,反而还有所上升。由于沸石再生时的洗液中含氟量甚高,所以必须对洗液进行处理后才可排放。1.5沸石合格饮用水的测定根据以上试验情况,我们对高氟水进行了实际通水试验,工艺流程如下;沸石原粉NaOH活化明矾或硫酸铝改型洗净装柱通水交换饮用。当出水中氟含量超过1mg/L时,停止交换,对沸石再生,小型装置内装4kg沸石,得合格饮用水225L。沸石的有效交换容量为0.225mg/g沸石。原水与净化水的水质对照见表6。由表6可见,经处理后,原水PH值下降,仅硫酸盐有所上升,但在国家允许范围内。应该注意的是,初次通水和再生后重新通水时,开始流出相当于沸石2倍体积的水应弃去不用,或做为再生用水,因其水质偏酸。2改性沸石为复合沸石(1)按我们的试验条件和实际运行结果看,按下述操作可得合格的饮用水;沸石吸铵值在100mmoL/100g以上,最好在140mmoL/100g以上,用2%的NaOH溶液活化,用5%的硫酸铝或10%左右的明矾溶液进行改型;洗净;采用自下而上的逆向交换方式,控制出水流速8～10L/h,保留时间不少于20min,间歇除氟(通4h、停4h);除氟器长径比不小于2,即可得合格用水。用3%AI2(SO4)3或4.5%左右的明矾溶液可以使沸石再生。沸石再生大约可200次左右。(2)使用天然沸石成本低廉,技术容易掌握,适于一家一