高氟饮用水脱氟技术.doc

高氟饮用水脱氟技术陶大均李易炜 ， 一 一 J I(江苏省无谒市环境科学研究所， 无儡214023)摘妥蒜音了国内目前使用的高氟饮用水聪 技术 置点舟绍两种巴用于设备制作的脱氟技木活壁氧化铬和活化粤鲁石。目的介绍于高氟地区对饿用球进行脱氟对氟的地方病进行措理关薯调 苎竺星生 苎 r一氟是人体必需的微量元素之一。但饮用水中氟含量超过1 mg几时 会引起儿童发生氟斑牙病长期饮用时会产生氟骨症、弯腰驼背、甚至不能起立、瘫痪等症状，对人体健康危害较大。高氟水在我国分布非常广泛。据统计，因饮用水中含氟量高而有地方性氟中毒的地区多数在山区、半山区和农村全国高氟区人口达七千多万。因此，必须改善这些地区的饮水环境、降低饮用水中氟的含量，对氟的地方病进行根本性防治。高氟饮用水脱氟技术的研究报道甚多，其中有混凝沉淀法、反渗透法、阴离子树脂交换法和吸附法等，现对上述脱氟技术的机理和效果分述于下。1 混凝沉淀法1利用铝盐作为混凝剂时，水中氟离子与铝盐生成一系列培台物，经混凝作用在含氟水中产生的絮状氢氧化铝沉淀吸附脱氟。据报道，投药量应按含氟量的高低选用不同的比值著含氟量在S ragL以下，投铝量应比氟量大1O倍，若水中含氟量在59 nag几时投铝量应比氟量大14倍，此时，可将水体中氟降至1 rngL以下。而含氯化物高的地下水源，适宜用硫酸铝脱氟 混凝时间一般为56O rain，pH控制在65 5，可收到良好的脱氟效果。但另有报道，铝盐混凝法仅能处理含氟量小于3 mgL的含氟水，著含氟量大时，混凝剂使用量多，处理费用较大，产生污泥量多。亦可采用电凝絮法2，以铝板作阳极，在低电流下阳极产生A】”离子阴极产生0H一离子生成的活性氢氧化铝与氟化台，起到混凝沉淀法脱氟的效果。2 反渗透法反渗透法不仅能除去辨离氟离子，而且能除去氟的络台离子，对不含氟络合物的废水，氟的去除率可达96 983 。实验证明原水含氟量为43101 ragL时，出水含氟量为01lO26 mgL。但该法电耗大，技术难度大，对于分散的用户处理高氟饮用水有一定的难收稿日期：1 99 1209格回日期：1 997-02-13- 164 干旱l环境监 第1鸯度。3 离子交换法阴离子交换树脂能吸附交换脱氟，并能降低氟至1 mgL以下但由于地下水中含有其它阴离子，影响脱氟效果。阴离子交换树脂对地下水中主要阴离子的吸附交换能力为s0。 NO；一2(21一F一因此，对于地下水而言，阴离子交换树脂对氟的选择吸 交换能力较低一般交换容量在1 g氟kg村脂左右由于阴离子交换树脂对氟缺乏很好的选择性，因此不易控制使用量并且处理后再生费用较大。4 过磷酸钙吸附法3过磷酸钙除具有巨大的吸附表面之外，还有OH一与F一进行交换反应，固其对氟有选择性吸附故除氟容量大。将过磷酸钙活化处理转化为羟基磷酸钙，其OH一基团能与水中溶解的氟离子进行交换反应Ca (P0)。(OH)2+2F一(二 la(P0) +20H一。过磷酸钙脱氟时，pH 675为宜。pH不宜过高以防吸附氟的解离，经过磷酸钙滤塔过游出水可使氟低于l mgL，使用后的过磷酸钙可用1 氢氧化钠溶液再生。Ca (P0)。F2+2NaQH a(P0)。(OH)2+2NaF。再生后须用硫酸钕溶液浸泡除碱，用清水洗至中性，然后重新使用。存在的问题是运转过程中因磨损、再生损失等年损耗率达40 60 ，除此外，再生周期长约占整个周期的23，故备用系数增大。5 活性氯化铝吸附法 活性氧化铝是氢氧化铝在较低温度(4006。0)下焙烧而成的一种r型氧化铝，与氟离子的交换反应如下：AI：O-AI z(SO。)anHzO+6F-J2O32AIF3nH +3S0l 但对于其它阴离子亦有交换吸附作用，其交换吸附程序为：OH一PO,L-F一SO0一C1一 NO一。因此对于地下水而言，活性氧化铝脱氟效果好，容量稳定，原高氟水中含氟量为10 mgL以下时，可以处理至含氟量低于1 mgL。若原水氟浓度过高，处理效果急剧下降。若原水中含肓磷酸根和过量硫酸根时影响脱氟效果。活性氧化铝吸甜容量随pH的升高而降低，脱氟效果较好的pH为565。使用粒径般采用03O6 rrn为宜。接触时间不应少于5 mln，一般控制在10 min。滤层不宜太厚滤速实际上由滤层厚度和接触时间确定。使用后的活性氧化铝常用硫酸铝或氢氧化钠和硫酸再生，其反应如下：Al。O32AIF3nHzOAI2(SOt)3-Al2OAJ2(SO)lnH2O+2AJF3-A1：O2AlF3nH2O+6NaOHAl 2O-2A1(OH)lnH2O_6NaFAl 2O2Al(OH)3nH2O+3H2SOtAl2O3A1 2(SO )3nHzO+6H：O。第3期 离大均等高氟饮甩水脱氟技术 165采用硫酸铝再生时可选用l 2 的硫酸铝浓度为宜，流速05：mh，再生时闻46 h耗用量约每1mg氟需6080 D 硫酸铝采用氢氧化钠再生时，其浓度为1 ，再生流速17 mm5，然后再用005 molL硫酸中和搪柱用清水清洗至中性本法反复再生使用时，交换窖量下降，材料成本高，处理费用大。6 活性沸石脱j臣法近年来，国内研究成果报道，将天然沸石进行活化，活化后的沸石对氟的吸附窖量增大吸附效果明显天然沸石矿物是三维无限结构的含水碱金属和碱土金属的结晶铝硅酸盐，具有离子交换性能而不引起结构多大变化的性质，沸石是架状的硅酸盐，由三维的(S10)。四面体格架组成，其中每一个四面体的所有角顶的氧离子与相邻四面体共甩，使整个 ，O比率减少至1 t 2，在沸石结构中，一些四价硅被三价铝取代，因此，造成正电荷不足，这样，就通过结构中别处的一价或二价阳离子(K 、Na 、Caz+)来平衡，使沸石的经验化学式为：M2。0A10 xSiO2yH2O常见的斜发沸石的分子式为(Na，K)2OA12O310SiO26H2O，天然沸石通过一系列物理、化学方法使沸石活化成具有独特的离子交换和吸附特性，其骨架为R，形态为RKAl(0H)：SO。能对氟进行交换吸附反应：RKAl(0H)2SO+5F一+M”RMA1F5+20H一+S0 +K 吸氟后的沸石可以通过用硫酸铝溶液浸泡方法再生3R M AIR+5Al”+3K+3S0 +6H2O-3RK A1(0H)2S0+5AIF-+3MI+6H 。因此，斜发沸石还能交换阳离子，在脱氟过程中同时交换吸附部分钙、镁离子，降低了她下水的硬度。天然沸石活化的活化过程是，将天然斜发沸石加工成2040目颗粒，以水冲洗去表面细粉，再用5 氢氧化钠溶液浸泡24 h，用清水洗至中性。使用前以5 AI：(SO)。18 O溶液墁泡一昼夜，甩清水洗至无残留溶液，在100C以下烘干或自然干燥，即碍活化沸石活化沸石脱氟效果较好。原水中含氟3lO mgL时，先将水装满沸石柱，放置10 mn，然后以01O2mh的流速通过。处理后氟量低于l mgL。处理时pH宜小于8每公斤活化沸石可吸附051Og氟，饱和后用5 AI：(SOD3l8H,O再生液装满拄，然后控制01mh的流速流出。再生液可重复使用，沸石柱甩水洗涤后重新使用再生后的柱子吸附容量优于原柱脱氟效果越用越