飲用水氟化物超標處理

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一、飲用水氟化物超標處理前言

地下水氟化物超標處理設(shè)備一般應(yīng)用于地下水（井水）含氟量超標，氟是人體中必須的微量元素，水中含氟量在1.0～1.5mg/L之間時，長期飲用對人體有輕微的不良影響；水中含氟量超過1.5mg/L時，長期飲用易患氟斑牙和氟骨癥，因此飲用水中氟的含量不應(yīng)超過1.0mg/L,特殊情況下不得超過1.5mg/L。除氟工藝除活性氧化鋁吸附法、混凝沉淀法和電滲析法外，還有反滲透法、電凝聚法、骨碳法等。根據(jù)調(diào)查，目前地下水、深井水處理工程中應(yīng)用較多的是除氟工藝是活性氧化鋁吸附法，分質(zhì)供水工程中應(yīng)用較多的是電滲析法和反滲透法。

二、飲用水除氟設(shè)備概述

北京海揚水處理公司研制的除氟設(shè)備采用多功能除氟濾料可以有效地去除水中氟離子，降到生活飲用水標準，同時對水中的其它有害離子如鐵、錳、重金屬、氨氮、濁度也有一定的去除作用，而且沒有超標物溶出，濾料可以反復再生，壽命長達三十年。

多功能改性除氟濾料，采用進口非金屬晶核材料和優(yōu)質(zhì)硅酸材料，經(jīng)特定的高溫物理活化及化學反應(yīng)復合而成，其顯著特點是孔隙度高、比表面積大、離子交換性、吸附性、催化性、耐酸性、耐熱性、耐輻射性等優(yōu)質(zhì)性能。

三、地下水除氟設(shè)備運行特點

1.原水PH值在8.0以內(nèi)，不需要調(diào)節(jié)PH。

2.具有更好的穩(wěn)定性。活性氧化鋁等除氟材料再生后，除氟能量既有所下降，隨著生產(chǎn)周期的增加，下降速度也加快；多功能除氟濾料而在前幾個生產(chǎn)周期內(nèi)，每再生一次，能量提高一次，直至穩(wěn)定為止。

3.出水水質(zhì)好?；钚匝趸X等僅能除氟而不能改善水質(zhì)；多功能除氟濾料能改善水質(zhì)?；钚匝趸X出水有鋁離子增加甚至超標問題，多功能除氟濾料則不存在這一問題。鋁離子會使人的心腦血管過早硬化，引起中風、偏癱、大腦癡呆等。

4.抗干擾性強?；钚匝趸X、羥基磷酸鈣等遇有鐵、錳、硬度高的水質(zhì)，粒徑會很快變小、顏色變黃、再生后功能很難恢復，甚至兩三個周期即失效。多功能除氟濾料基本不受惡劣水質(zhì)的干擾，且能夠?qū)⒏蓴_物質(zhì)一并去除。

5.操作及管理簡便?；钚匝趸X等管理難度較大，弄不好就板結(jié)失效；多功能除氟濾料不存在板結(jié)問題，即使擱置幾年不用，使用前清洗一遍，即恢復至原有的吸附能力。

四、除氟設(shè)備工作原理

除氟濾料在吸附鋁離子后，在表面及孔隙中形成羥基絡(luò)合離子團，水中的氟離子F—與多功能除氟濾料的OH—發(fā)生離子交換，達到除氟的目的，去除率＞95%，總反應(yīng)式如下：

nF—+F.FAInOH—=F.FAlnF—+nOH—

F.F復合分子篩結(jié)構(gòu):多功能除氟濾料是一種架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，主要含有Na、Ca以及少數(shù)Sr、Ba、K、Mg等金屬。F.F的化學組成，通常用以下式表示：

（Na，K ）x（Mg ，Ca，Sr，Ba）y{Al(x+2y)Si[n-(x+2y)]O2n}?mH2O

簡寫MxDy—R。其中：M代表1價陽離子Na、K；D代表2價陽離子Mg ，Ca，Sr，Ba；R代表沸石骨架{Al(x+2y)Si[n-(x+2y)]O2n}?mH2O。

多功能除氟濾料的結(jié)構(gòu)一般由三維硅（鋁）氧格架組成，其基本單元是以硅為中心和周圍4個氧離子排列而成的硅氧四面體[Si O4]。

如果硅氧四面體中的硅被鋁離子所置換，則形成鋁氧四面體。鋁是+3價的，這樣鋁氧四面體的4個頂角中的氧離子有1個得不到中和，因而出現(xiàn)了負電苛。為了中和其電性，相應(yīng)就有金屬陽離子加入。硅氧四面體和鋁氧四面體通過其角頂互相連接，便構(gòu)成了各種形狀的三維硅（鋁）氧格架狀結(jié)構(gòu)，即多功能除氟濾料結(jié)構(gòu)。由于硅（鋁）氧四面體多樣性的連接方式，在多功能除氟濾料結(jié)構(gòu)中便形成了許多孔穴和孔道。

多功能除氟濾料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔穴和孔道通常都被水分子填充，能在特定溫度下而脫除，脫除后留下的孔穴和孔道，變成了如海綿或泡沫狀的結(jié)構(gòu)，具有吸附性質(zhì)[4]。

為了平衡多功能除氟濾料結(jié)構(gòu)中的電荷而進入多功能除氟濾料晶體結(jié)構(gòu)的堿金屬或堿土金屬離子，可以被其它的離子所置換。作為多功能除氟濾料主要成分之一的氧化鋁，其水解與鋁鹽相似，鋁鹽水解和鋁膠體帶正電的性質(zhì)，對吸附電負性的氟離子提供了理論依據(jù)。多功能除氟濾料經(jīng)特定的高溫改性及化學活化后，對氟離子有高選擇交換性能。吸氟后的多功能除氟濾料可用解吸劑再生，反復使用。

五、除氟濾料除氟機理

為了表征化學反應(yīng)過程并簡化討論，假設(shè)幾種條件[5]：

1）鋁鉀溶液中K+可以與MxDy進行*的交換；

2）硫酸鋁鉀溶液中Al3+是在進行程度的一級水解狀態(tài)下（K=1×10-5）進行水解的，即Al3+ +H2O Al（OH）2+ +H+；

3）以（MxDy）+代表MxDy的總電荷數(shù)。

在多功能除氟濾料經(jīng)特殊的物理及化學改性后，經(jīng)硫酸鋁鉀溶液活化,在多功能除氟濾料中靠正電荷維系的（MxDy）+被K+交換的同時具有較強極性的鋁的羥基絡(luò)合物Al（OH）2+因富含正電荷，將K+在交換過程中進行電荷傳遞的功能作為一種特殊的水合陽離子，在多功能除氟濾料表面發(fā)生吸附作用，而SO42-則與鋁的羥基絡(luò)合物配位，以維系電價平衡。

反應(yīng)過程表示為：

MxDy—R+ K+ + Al3+ + SO42- +H2O→R—K?Al（OH）SO4 +（MxDy）+ +H+

當多功能除氟濾料與含氟原水接觸時，電負性的F-將取代SO42-，同時含氟水中的MxDy進入多功能除氟濾料的孔道中，與多功能除氟濾料孔道中的K+發(fā)生一定程度的交換。反應(yīng)表示為：

R—K?Al（OH）SO4 +2F-+（MxDy）+ →MxDy—R? Al（OH）F2 + K+ + SO42-

六、地下水、深井水除氟設(shè)備的再生過程

吸附飽和的多功能除氟濾料用硫酸鋁鉀溶液再生。當多功能除氟濾料被浸入到硫酸鋁鉀溶液中時，化學平衡被破壞，氟被高濃度正電荷的鋁的羥基絡(luò)合物吸引，隨著硫酸鋁鉀溶液被排出，而硫酸鋁鉀中的K+重新與（MxDy）+發(fā)生交換并進入除氟濾料孔道中。過剩的鋁和羥基絡(luò)合物重新借助K+在交換過程中進行電荷傳遞作用，在多功能除氟濾料表面吸附聚集，反應(yīng)表示為：

MxDy—R?Al（OH）F2 + K+ + SO42- +H2O→R—K?Al（OH）SO4 +（MxDy）+

+Al（OH）F2 +H+

七.除氟設(shè)備交換罐的選擇：

1.交換罐（柱）粗細長短均可，但細而高的布水均勻，再生率高。

2.交換罐（柱）為下進水上出水，下布水器要布水均勻，布水器下面用大粒礫石做墊層，上面用∮30-80mm礫石覆蓋50mm，交換柱填料后，上面留400mm沖洗膨脹空間。

3.為保證再生時不間斷供水，至少應(yīng)該設(shè)計兩只交換柱。當處理水量大時，交換柱數(shù)量多比單個大交換柱更合理。

4.沖洗下進水，水量增加，可在再生前進行，一次10分鐘。

5.地下水除氟設(shè)備的洗脫與再生,當除氟濾料吸附達到飽和時，開始再生。再生時將一定濃度的再生液（明礬或*、大粒鹽等）通過再生系統(tǒng)打入交換柱.

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