除氟设备原理.docx

一、工作原理：我国饮用水除氟方法中，应用最多的是吸附过滤法，作为滤料的吸附剂主要是活性氧化铝。活性氧化铝是白色颗粒状多孔吸附剂，有较大的比表面积，是除氟比较经济有效的方法。活性氧化铝是两性物质，等电点约在9.5，当水的pH值小于9.5时可吸附阴离子，大于9.5时可去除阳离子。因此，在酸性溶液中活性氧化铝为阴离子交换剂，对氟有极大的选择性。1.活性氧化铝使用前可用硫酸铝溶液活化，使转化成为硫酸盐型，反应如下：（Al2O3）n?2H2O + SO42- （Al2O3）n?H2SO4 + 2OH-2.除氟时的反应为：（Al2O3）n?H2SO4 + 2F - （Al2O3）n?2HF + SO42-3.活性氧化铝失去除氟能力后，可用1%-2%尝试的硫酸铝溶液再生：（Al2O3）n?2HF + SO42- （Al2O3）n?H2SO4 + 2F- 每克活性氧化铝所能吸附氟的重量，一般为1.24.5mg，它取决于：原水的氟浓度、pH值、活性氧化铝的颗粒大小等。二、应用范围：我国地下水含氟地区的分布范围很广，因长期饮用含氟量高的水可引起慢性中毒，特别是对牙齿和骨骼产生严重危害。轻者患氟斑牙，表现为牙釉质损坏，牙齿过早脱落等，重者则骨关节疼痛，甚至骨骼变形，出现弯腰驼背等，完全丧失劳动能力。所以高氟水的危害是严重的。我国饮用水标准中规定氟的含量不得超过1mg/L。三、性能特点1、 设备造价低廉，运行费用低，管理简便；2、 滤料经过再生，可多次使用滤料寿命长；3、 除氟效果好，占地面积小。四、产品结构： 本装置由除氟罐、滤料、再生装置、管路阀门等组成，根据不同的氟含量和处理水量，可选择不同大小的设备。五、除氟器的选用方法：除氟器的大小依据水量而定，根据用途不同可选用钢制或玻璃钢。除氟装置有固定床和流动床。固定床的水流一般为升流式，滤层厚度1.11.5m，滤速为36m/h。移动床滤层厚度为1.82.4m，滤速1012m/h。六、操作方法： 活性氧化铝在pH = 58范围内时，除氟效果较好，而在pH值为5.5时，吸附量最大。为减少酸的消耗和降低成本，我国多将pH控制在6.57.0之间，除氟装置的接触时间应在15min以上。活性氧化铝失效后，出水含氟量超过标准时，运行周期即千结束须进行再生。再生时，活性氧化铝柱首先反冲洗1015min，膨胀率为3050%，以去除滤层中的悬浮物。再生液浓度和用量应通过试验，一般采用Al2（SO4）2再生时为12%，采用NaOH时为1.0%。再生后用除氟水反冲洗810min，再生时间约1.01.5h。采用NaOH溶液时，再生后的滤层呈碱性，须再转变为酸性，以便去除F-离子和其它阴离子。新型除氟设备的原理与工艺流程 含氟水经过比表面积较大的活性氧化铝吸附过滤层。在PH值56的条件下，水中氟离子被吸附生成难溶解的氟化物而被除去，其反应式如下：R2SO42FR2F2SO42吸附剂失效后，用硫酸铝溶液进行再生，以恢复其吸附能力。当原水PH值大于7时，一般用二氧化碳气体进行调节。 除氟设备工艺特点：1、造价低、投资省；2、运行费用低，制水成本低；3、设备操作简便：实行自动化、半自动化操作不用调节pH值；4、设备安装和使用便利，该设备可以直接与深井中的变频泵连接，设备出水直接进入管网入户，无需原水池和出水池，无需二次加压；5、新型除氟设备的水利用率高，为9899以上；6、设备占地面积小。 我国许多地区，地下水含氟量都超过国家规定的生活饮用水卫生标准（1.5mg/L）。有些地区甚至高达20mg/L。长期饮用高氟水，轻者使牙齿产生斑釉，关节疼痛，重者会影响骨骼发育，致使丧失劳动力。新型工艺采用活性氧化铝为介质的除氟设备能有效解决上述问题，使人们不再受高氟的侵害。1、 原水浊度应低于5NTU、含氟量应小于10MG/L。2、活性氧化铝应有足够的机械强度，粒径宜采用0.41.5MM。3、当原水PH值小于7.0时，宜按连续运行设计，滤速可为610M/H。当原水PH大于7.0时，宜采用硫酸或二氧化碳将原水的PH值调低到6.57.0，按连续运行设计；若不调原水的PH值应按间歇运行设计，滤速可为23M/H，连续运行时间可为46H、间断时间可为46H。4、滤层厚度应根据进水含氟量和PH值、滤速、处理后的水质要求确定，当原水含氟量小于4MG/L时，滤层厚度宜大于1.5M；当原水含氟量在410MG/L时，滤层厚度宜大于1.8M；当采用硫酸调PH值，规模较小、滤速较低时，滤层厚度可为0.81.2M。5、滤层表面到池顶的高度宜为1.52.0M。6、采用滤头布水时，应在滤层下铺设粒径为24MM、厚度为50150MM的石英砂承托层。7、滤池应设进水流量指示仪表，进、出水取样管和观察滤层的视镜。8、滤池出水含氟量超过1.1MG/L时，滤料应进行再生处理，再生液可采用氢氧化钠或硫酸铝溶液。1）采用氢氧化钠溶液再生时，再生过程应包括首次反冲洗、再生、二次反冲洗（或淋洗）、中和四个阶段；采用硫酸铝溶液再生时，上述中和阶段可以省去。2）首次反冲洗，冲洗强度应根据粒径大小确定，可为1216L/（SM2）；冲洗时间可为1015MIN；滤层膨胀率可为30%50%。3）再生液宜自上而下通过滤层，采用氢氧化钠溶液再生时，再生液浓度可为0.75%1.00%，消耗量可按每去除1G氟化物需要810G固体氢氧化钠计算，再生时间可为1H2H，再生液流速可为310M/H；采用硫酸铝溶液再生时，再生液浓度可为2%3%，消耗量可按每去除1G氟化物需要6080G固体硫酸铝计算，再生时间可为23H，再生液流速可为1.02.5M/H。再生后滤池内的再生溶液应排空。4）二次反冲洗冲洗强度可为35L/（SM2），冲洗时间可为13H；采用原水淋洗时，流量可为1/2正常过滤流量，淋洗时间可为0.5H。采用硫酸铝再生时，二次反冲洗（或淋洗）终点出水PH值应大于6.5；采用氢氧化钠再生时，二次反冲洗（或淋洗）终点出水PH值应接近进水PH值。5）采用氢氧化钠再生时，二次反冲洗（或淋洗）后应进行中和，中和可采用浓度为1%的硫酸溶液调节进水PH值至3左右，进水流速与正常除氟过程相同，中和时间可为12H，直至PH值升至89为止。6）首次反冲洗、二次反冲洗（或淋洗）、中和的出水应妥善排放，不得进入清水池或饮用。饮用水除氟设计规程 Signs Tandard For Removal L Rids From Dringking Water主编单位：中国市政工程华北设计院批准部门：中国工程建设标准化协会批准日期：1993年2月3日前言我国高氟水分布广泛，范围遍及全国各省、市和自治区。氟中毒严重地损害着广大群众的身体健康，是我国一种主要地方病。为了保障人民的身体健康，改善饮用水水质，我国已进行了大量的除氟试验，目前已掌握了活性氧化铝、电渗析、电凝聚、絮凝沉淀、骨炭等方法，并在一些典范工程中实施和形成系列处理方法。为满足饮用水除氟工程设计和管理的要求，特编制饮用水除氟设计规程。现批准饮用水除氟设计规程为中国工程建设标准化协会标准，编号为s。在使用过程中如发现有需要修改、补充之处，请将意见或有关资料寄交中国工程建设标准化协会城市给水排水委员会(上海市国康路号，邮政编码200092)。中国工程建设标准化协会1993年2月1日1 总 则1.0.1 为指导我国饮用水除氟工程的设计，提高我国饮用水除氟设计技术水平、改善病区人民健康状况，特制定本标准。1.0.2 饮用水氟化物含量应符合生活饮用水卫生标准(GB574985)的规定，当氟化物含量大于1.0mg/L时应进行除氟处理。1.0.3 本规程包括活性氧化铝法、电渗析法、电凝聚法、絮凝沉淀法的有关技术规定。1.0.4 本规程适用于新建、扩建或改建的城镇、工业企业及农村的永久性饮用水除氟工程的设计。1.0.5 需饮用水除氟的给水工程，其供水方式宜实行分质供水。对扩建、改建工程应充分利用原有的设施。1.0.6 设计饮用水除氟工程时，除应符合本规程规定外，还应符合室外给水设计规范(GB1386)及国家现行有关标准的规定。1.0.7 除氟净化过程中产生的废水及泥渣排放应符合污水综合排放标准(GB 897886)和农用污泥中污染物控制标准(GB428484)的规定。2 活性氧化铝法2.1 一般规定2.1.1 本规范适用于以活性氧化铝为滤料的除氟工艺。2.1.2 除氟滤池的原水含氟量宜小于10mg/L，悬浮物不宜超过5mg/L。2.1.3 当原水中含砷量超过0.05mg/L时，应通过试验确定除氟的工艺参数。2.2 滤 料2.2.1 活性氧化铝的粒径不得大于2.5，一般宜为0.41.5。2.2.2 活性氧化铝应有足够的机械强度。2.3 吸 附2.3.1 在原水接触滤料之前，宜降低pH值，其降低值应通过技术经济比较确定，一般宜调整到6.07.0之间。2.3.2 原水可采用投加硫酸、盐酸、醋酸等酸性溶液或投加二氧化碳气体降低pH值，投加量应根据原水碱度和pH值计算或通过试验来确定。2.3.3 滤池的滤速可按下列两种方式采用：(1)当滤池进水pH值大于7.0时，应采用间断运行方式，其设计滤速为23m/h，连续运行时间46h，间断46。(2)当进水pH值小于7.0时，可采用连续运行方式，其滤速为610m/h。2.3.4 原水通过滤料层的流向可采用自下而上或自上而下方式。 当采用硫酸溶液调节pH值时，宜采用自上而下方式。当采用二氧化碳调节pH值时，宜采用自下而上方式。2.3.5 单个滤池除氟周期终点出水的含氟量可稍高于1mg/L，并应根据混合调节能力确定终点含氟量值，但混合后处理水含氟量应不大于1.0mg/L。2.3.6 滤料的周期吸附容量主要根据原水含氟量、pH值、滤速、滤层厚度、终点含氟量及滤料性能等因素来选定。(1)当采用硫酸溶液调节pH值为6.06.5时，一般可为45g(F)/kg(Al2O3)。(2)当采用二氧化碳调节pH值为6.57.0时，一般可为34g(F)/kg(Al2O3)。2.3.7 单个滤池滤料厚度按下列规定采用：(1)当原水含氟量小于4mg/L时，滤料厚度宜大于1.5；(2)当原水含氟量在410L时，滤料厚度宜大于1.8。注：当采用硫酸调pH值，规模较小、滤速转低时，滤层厚度可降为0.81.2。2.4 再 生2.4.1 当滤池出水含氟量达到终点含氟量值时，滤料应进行再生处理。再生液宜采用氢氧化钠溶液，也可采用硫酸铝溶液。2.4.2 当采用氢氧化钠再生时，再生过程可分为首次反冲、再生、二次反冲(或淋洗)及中和四个阶段。当采用硫酸铝再生时，上述中和阶段可以省去。2.4.3 首次反冲洗滤层膨胀率可采用3050，反冲时间可采用1015min，冲洗强度视滤料粒径大小，一般可采用1216L/2s。2.4.4 再生溶液宜自上而下通过滤层；再生液流速、浓度和用量可按下列规定采用：(1)氢氧化钠再生：可采用浓度为0.751AOh溶液，氢氧化钠的消耗量可按每去除1氟化物需要810固体氢氧化钠来计算。再生液用量容积为滤粒体积的36倍，再生时间为12h，再生液流速为310/h。(2)硫酸铝再生：浓度为23，硫酸铝的消耗量可按每去除1氟化物需要6080固体硫酸铝AL2(sO4)318h2O来计算。再生时间可选用23h，流速可选用12.5m/h。再生后滤池内的再生溶液必须排空。2.4.5 二次反冲强度可采用35L/2s，流向自下而上通过滤层，反冲时间可采用13h。淋洗采用原水以1/2正常过滤流量，从上部对滤粒进行淋洗，淋洗时间0.5h，淋洗时间0.5。2.4.6 采用硫酸铝作再生剂，二次反冲终点出水pH值应大于6.5，含氟量应小于1mg/L。2.4.7 采用氢氧化钠作再生剂，二次反冲(或淋洗)后应进行中和。中和可采用1硫酸溶液调节进水pH值至3左右，进水流速与正常除氟过程相同，中和时间为12h，直至出水pH值降至89时为止。2.4.8 首次反冲、二次反冲、淋洗以及配制再生溶液均可利用原水。2.4.9 首次反冲、二次反冲、淋洗及中和的出水均严禁饮用，必须废弃。2.5 滤 池2.5.1 滤池可采用敞开式或压力式，一般为圆型罐体。2.5.2 浓酸应稀释后投加，应注入原水管的中心。二氧化碳气体的投加应通过微孔扩散器来完成。2.5.3 滤池的结构材料应满足下列条件：(1)符合生活饮用水水质的卫生要求；(2)适应环境温度；(3)适应pH213；(4)易于维修和配件的更换。2.5.4 当采用滤头布水方式时，应在吸附层下面铺一层厚度50150，粒径24的石英砂作为承托层。2.5.5 计算滤池的高度时，滤层表面至池顶高度宜采用1.52.0。2.5.6 反冲洗进出水管必须按首次反冲洗强度来选择管径，敞开式滤池反冲出水管可不安装阀门。2.5.7 滤池应设置下列配件：(1)进、出水取样管；(2)进水流量指示仪表；(3)观察滤层的视镜。2.6 除 氟 站2.6.1 除氟处理前必要时可进行预处理，消毒工艺应放在除氟处理工艺的后面。除氟站应设置废液处理装置。再生活性氧化铝废液，二次反冲废水，淋洗废水及中和废水必须经处理后方可排放。 2.6.2 除氟工艺可按连续运转渗计，当站内有调节构筑物时，可按最高日平均时供水量渗计；当无调节构筑物时，应按最高日最高时供水量设计。2.6.3 滤池应建造在室内，其布置应留有足够的空间，以保证阀门和仪器操作方便。2.6.4 多个滤池运行可根据实际情况确定串联或并联运行。2.6.5 多个滤池的运行周期应互相错开，处理水可选择管道混合或储水池混合。2.6.6 设置储水池时，其最小容积可按50的最高日用水量计算。2.6.7 在接触酸的区域附近必须为操作人员设置紧急淋浴和洗眼设备，操作人员工作时必须穿防护服。必须准备中和酸碱的化学品(如碳酸氢钠和硼酸溶液)处置溢漏，在可能出现溢漏的地区必须有盛装的容器。2.6.8 除氟站应设置化验台，主要检测氟化物和pH值。2.6.9 除氟站的管道一般可组成如下：(1)原水进水管；(2)处理水出水管；(3)废水排放管；(4)酸液管(或二氧化碳气体管)；(5)再生液(碱液或硫酸铝液)管；(6)取样管。酸、碱溶液管道的材料应采用塑料(例如聚氯乙稀)或不锈钢。2.6.10 可用化学沉淀或蒸发的方法处理废水，浓缩的废水或沉淀物可进行填埋或者回收氟化物。3 电渗析法3.1 一般规定3.1.1 电渗析法适用于含盐量大于500mg/L，小于10000mg/L，氟化物含量大于1.0mg/L小于12mg/L的原水。3.1.2 进入电渗析器的原水水质应符合下列条件：(1)浊度5度以下。(2)耗氧量3mg/L(CODCr法)。(3)铁0.3mg/L。(4)锰0.3mg/L。(5)游离余氯1mg/L。(6)细菌总数不宜大于1000个/L(符合饮用水源标准)。(7)水温540。3.1.3 当原水水质指标超出3.1.2规定时，应进行相应预处理。3.1.4 系统中的储水池、阀门、管道、泵等元器件，应采用无毒工程塑料、不锈钢或混凝土等材料。3.1.5 经处理后出水含盐量不宜200mg/L。3.1.6 经处理后出水含碘量低于10/L时应采取加碘措施。3.2 工艺设计3.2.1 一般可采用下列工艺流程：(1)(2)电渗析可与活性氧化铝或离子交换等方法串联使用。3.2.2电渗析除氟的主要设备应包括：电渗析器、倒极器、精 密过滤器、原水箱或原水加压泵、淡水箱、酸洗槽、酸液泵、浓水循环箱、供水泵、压力表、流量计、配电柜、硅整流器、变压器、操作控制台、大修洗膜池、化验检测仪器等。3.2.3 原水水箱容积应按大于时供水量的2倍来计算。3.2.4 电渗析器及主要辅助设备可按下列要求选择：(1)电渗析器：应根据原水及供水水质要求和氟离子的去除率选择主机型号、流量、级、段和膜对数。(2)倒极器：1)倒极器操作可采用手动或气动、电动、机械等自动控制倒极方式。2)自动倒极装置应同时具有切换电极极性和改变浓淡水方向的作用。3)倒极周期应根据原水水质及工作电流密度确定，一般频繁倒极周期宜采用0.51h，定期倒极周期不应超过4h。(3)浓水箱：其有效容积除满足全系统用水外，还应留有123储存量。(4)水质化验检测仪表：氟离子测定仪、温度计、电导仪、浊度计、pH计等。3.2.5 电渗析主机酸洗周期可根据原水硬度、含盐量确定，当除盐率下降5 时，应停机按下列规定进行酸洗。(1)周期：采用频繁倒换电极方式时，可为14周。(2)方式：动态循环。(3)时间：一般可为2h，以出水pH值不变为终点。(4)酸洗液：宜采用工业盐酸，浓度可为1.01.5，但不得大于2。3.2.6 电渗析器大修每年不应少于1次。3.2.7 配电设备或动力设备应按下列要求设计：(1)与电渗析主机间距应能满足检修空间，并应采取防潮，防火措施。主要通道净宽应大于1.5。(2)变压器容量应根据原水含盐量、含氟量及倒换电极时最高冲击电流等因素确定，一般应为正常工作电流的2倍。(3)电渗析器必须采用可调的直流电源。(4)电渗析控制台应满足整流、调压、倒极操作及电极指示等要求。3.2.8 处理站内可采用明渠或地漏排水。3.2.9 电渗析淡水、浓水、极水流量可按下列要求设计：(1)淡水流量可根据处理水量确定。(2)浓水流量可略低于淡水流量，但不得低于2/3的淡水流量。(3)极水流量一般可为1/31/4的淡水流量。3.2.10 进入电渗析器的水压不应大于0.3MPA。3.2.11 电渗析器工作电压可根据原水含盐量、含氟量及相应去除率，或通过极限电流试验确定。膜对电压可按表3.2.11选用。电渗析器膜对电压 表3.2.11 用 途原水含盐量(溶解性总固体)(mg/L)原水含氟量(mg/L) 不同厚度隔板的膜对电压(/对)0.5112除氟除盐50010001.0120.31.00.62.03.2.12 电渗析器工作电流可根据原水含盐量、含氟量及相应去除率、或通过极限电流试验确定。电渗析器的电流密度可按表3.2.12选用。电渗析器电流密度 表3.2.12原水含盐量(mg/L)500 5002000200010000电流密度(A/)0.51.0155203.2.13 浓、淡水进出连通孔流速一般可采用051/s。3.2.14 电渗析除氟站位置应尽量靠近用水设备，输水应选择最短距离。电渗析主机应设置在底层。3.2.15 电渗析流程长度、级、段数应按脱盐率确定，脱盐率可按公式3.2.15计算： Z(100YC)/(100)(3.2.15)式中脱盐率()；脱氟率()；系数。重碳酸盐水型为45；氯化物水型为65；硫酸盐水类为0。3.3 电渗析主机3.3.1 离子交换膜应符合下列要求：(1)离子交换膜应采用选择透过率大于90的硬质聚乙烯异相膜，其厚度宜采用0.50.8。(2)离子交换阳膜的阳离子迁移数应大于0.9。离子交换阴膜的阴离子迁移数应大于0.9。(3)离子交换膜必须无毒性。(4)离子交换膜应有较好的化学稳定性；一般在正常工作条件下，应连续工作一年以上性能不变。(5)离子交换膜应有良好的机械强度和尺寸稳定性。膜应平整，无孔洞，无裂缝。膜的爆破强度应大于0.3MPA。在使用中不因溶液浓度、湿度变化而变形。3.3.2隔板及隔网应符合下列要求：(1)隔板厚度一般可采用0.52.0。(2)隔板材质应耐酸碱，不受温度变化，必须无毒性，一般可采用聚丙烯或硬质聚氯乙烯。(3)隔板尺寸一般为：400800、4001200、4001600、8001600。(4)隔网厚度和孔眼分布应均匀，材质必须无毒性。隔网可采用编织网、冲模网、鱼鳞网等。3.3.3电极应具有良好导电性能、电坐小、机械强度高、化学及电化学稳定性好。一般可采用高纯石墨电极、钛涂钌电极；当采用不锈钢电极时水中氯离子含量应小于100mg/L；若采用其它材质时，则应符合生活饮用水卫生标准，严禁采用铅电极。3.3.4 在处理高浓度含氟苦咸水时，为不使淡水受污染，应设置保护室。3.3.5 夹紧装置应在压紧时均匀受力，可用镀锌螺杆，夹紧装置可分别采用钢板、槽钢组合或铸铁压板。锁紧压力以不内渗外漏为度，一般不宜超过0.35MPA。4 电凝聚法4.1 一般规定4.1.1 本法适用原水含氟量小于20mg/L。4.1.2 原水进电凝聚器前应加酸降低pH值，并应通过试验确定经济技术上最佳的pH值，一般可调到5.57.0。4.2 工艺流程4.2.1 一般工艺流程如下(见图4.2.1)：4.2.2 原水池的容积可按1h渗计水量确定。4.3 电 解 槽4.3.1 电解槽的电路选择按照电极的极性可分为单极性电极串联电路和双极性电极串联电路两种。4.3.2 电解槽的设计参数可按下列规定采用：(1)铝的消耗量可按每去除1氟需要610金属铝来计算。(2)电解槽电极板的电流密度可采用1015A/2。(3)电解铝极间距可采用310。4.3.3 电解槽可采用下部进水，上部出水，并应保证配水及集水均匀。4.3.4 电解槽应采用自动倒极装置，倒极周期可采用510min。4.3.5 电解槽运行到电流效率急剧降低时，必须更换电极，并对极板进行机械净化。4.3.6 电解槽的工作电流根据水中必须加进的每小时耗铝量及铝的电流效率确定。电解槽中的电压可根据电极联结系统和电极电阻抗的电压进行计算。电解槽上的工作电压不应超过36。4.4 电器设备4.4.1 电解槽工作必须采用直流电源，一般可采用可控硅整流器。4.4.2 电器设备控制台应设置直流电压表、电流表及电源开关。直流电压表的额定值应为工作电压的2倍，直流电流表的额定值应为正常工作电流的2倍。4.4.3 变压器容量可根据原水含盐量、含氟量及最高冲击电压确定，一般应为正常工作容量的2倍。4.4.4 电器渗备应设置过流保护、断相保护和报警等装置。4.4.5 电器设备应设置倒极装置，一般可采用自动倒极。4.4.6 电器设备与电解槽及净水装置的安装应留有维修及操作的间距，并应采取防潮，防火措施。5 絮凝沉淀法5.0.1 本法适用于处理水量303/；含氟量4mg/L的原水。5.0.2 原水水温适宜范围732。 5.0.3 本法所使用药剂宜采用铝盐。5.0.4 药剂(按AL3计)投加量应通过实验确定，一般宜为原水含氟量的1015倍。5.0.5 投加药剂后应控制水中碱度，使pH值保持在6.57.5。5.0.6 本法可采用下述两种流程，宜优先选用流程(1)。5.0.7 运行方式与设计参数：(1)药剂应与原水充分混合，混合方式可采用泵前加药或管道混合器混合。(2)絮凝可采用底部切线进水的旋流絮凝型式。(3)沉淀宜采用静止沉淀方式。(4)沉淀时间应通过实验确定。一般情况采用流程(1)时，宜采用4；采用流程(2)时，宜采用8h。5.0.8 滤池的滤速、滤料、级配、反洗周期、反洗强度等应符合室外给水设计范规(GB1386)的规定。附录本规范用词说明执行本规范条文时，对于要求严格程度的用词说明如下，以便在执行中区别对待。（）表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。（）表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。（）表示允许稍有选择，在条件许可时，首先应这样做的词：正面词采用“宜”或“可”；反面词采用“不宜”。活性氧化铝在环境科学中的应用李国东（华南师范大学化学与环境学院环境科学专业02级（2）班，022424429，广州，510006）摘要：介绍活性氧化铝的性质、制备，并讲述其在环境科学中的应用，尤其是对含氟废水的处理进行了比较详细的介绍。关键词：活性氧化铝 含氟废水 应用前言污染废水处理技术中，吸附法具有操作简单、选择性高、净化度高的优点。固体吸附剂有很多种，有活性炭、硅藻土、吸附树脂等。它们都各有特点，各有用途。本文主要介绍活性氧化铝在环境中的应用。1 介绍活性氧化铝1.1 活性氧化铝的种类与特点氧化铝是一种多孔性,高分散度的固体物料,比表面积大,并且微孔表面具有吸附能力。活性氧化铝呈白色或微红色球状，不溶于水及有机溶剂，但能溶于强酸、强碱、无臭、无味、无毒。在空气中有吸湿现象，吸水后不胀、不裂、保持原状。是一种多孔性高分散度的固体物料，有很大的比表面，其微孔表面具有吸附功能。就分子式Al2O3而言，它似乎是一种简单的氧化物，但是当考虑到空间因素时，却发现它是一种形态变化复杂的物质。到目前为止，已经发现、及-Al2O3等8种以上的形态，不仅不同的形态之间，即使同一形态其宏观结构性质(密度、孔隙率、孔径分布、比表面积等)也依其来源而大不相同。关于活性氧化铝的吸附性能，粉末活性氧化铝都是孔体积为300-800 mm3/g，表面积为100300 m2/g的-A1203，孔径主要在中孔范围内，在与水溶液接触时主要被经基基团覆盖，弱的有机酸主要通过配合基体交换机制与其结合。1.2 活性氧化铝的制备方法活性氧化铝作吸附剂吸附过滤活性氧化铝系用氧化铝的水化物经400600灼烧而成，或用一般的氧化铝投加碱性金属离子在400500下燃烧成白色颗粒状多孔吸附剂。该法作用机理是：氟被吸附在吸附剂表面生成难溶氟化物，同时吸附剂上的SO42可交换水中F-及HCO3等其他阴离子。吸附剂可放于滤池中，厚度一般采用7001000mm，粒径0.52.5mm，过滤速度1.52.5m/n，承托层采用卵石，厚400700mm，加酸调节原水pH 至5.56.5。采用小颗粒活性氧化铝（比表面积大）可以提高去氟效果，降低制水成本。当吸附剂除氟能力达不到标准时，可将硫酸铝配制成1%2%的溶液，以0.6m/n 流速通过滤柱68min（需用量约为除氟量的60 倍）使其再生，之后重复使用。该法除氟能力强，为去除氟化物等多种无机离子的最佳技术。12 活性氧化铝在处理含氟水中的应用2.1 高氟水的毒害据统计，目前我国约有7700多万长期饮用高氟水。医学研究表明：长期饮用高氟水会导致氟中毒，严重的氟中毒病人将丧失劳动能力，给家庭和社会造成沉重的负担。2氟是人体内重要的微量元素之一，氟化物与人体生命活动及牙齿、骨胳组织代谢密切相关。国内、外学者报道长期过量摄入氟化物可引起氟中毒。在我国，氟骨症流行的地区分布相当广泛，无论城市或乡村、山地或平原、沿海或内地，都有氟骨症流行的报道。另外，随着社会工业化的迅速发展，环境污染有成了氟骨症流行的病因之一。自然界中广泛存在着氟化物，与氟骨症关系较大的是溶解在饮用水中的氟化物，高氟地区水中氟浓度高，容易引起氟骨症的流行。通常认为，引起氟骨症的氟主要来源是：饮水和环境中的氟化物，尤其是被污染环境中的水、空气；高氟食物等。因此，联合国卫生组织规定饮水氟含量的卫生学标准的下限为0.51.010-6，上限为1.51.710-4，我国提出的居民饮水氟卫生标准为0.51.0-6，高于1.010-6则可能造成高氟带来的病损。2.2 除氟原理活性氧化铝作为常规除氟剂对氟有很强的去除能力和选择性。在Peri 等人的模型中指出,表面干燥的氧化铝表面分两层包含氧离子与铝离子。其中第一层的氧离子与第二层铝离子相接,而含量为其的一半,因此,有一半的铝离子暴露在表面上;而第二层的氧离子数符合Al2O3的Al/O 比。脱水时,第二层上连接的相邻氢氧根离子脱去一分子的水。2/3的OH-被脱去后,残留一个OH- 和一个暴露的铝离子。该铝离子与三个氧离子相连,可以吸附水,氨,烃等多电子化合物 。因此,以活性氧化铝作为吸附剂可以用来吸附在水中存在的氟离子。3其反应通式为：AlxOy(OH)z(OH)(3x-2y-z)+ (3x-2y-z)F-AlxOy(OH)zF(3x-2y-z)+ (3x-2y-z)OH-即F-，通过离散、紊流及分子扩散作用由水体迁移到边界层内，而后由分子扩散到颗粒表面及孔隙中去，并与活性氧化铝中的聚合铝发生沉淀反应，同时释放出等量的OH-使水的pH值上升。又因铝、氟化合物的性质与活性氧化铝本身的性质差异，使沉淀物与颗粒本身结合不够紧密，故易在强动力条件下脱落并进入水体，在除氟器中表现为部分脱落被滤床的过滤作用所拦截，使其大部仍留在滤床中。42.3 吸附效果的影响因素2.3.1 吸附时间与吸附效果各种吸附剂的吸附量均随吸附时间的延长而增加,但在一定时间后, 吸附剂的吸附增量均