活性氧化铝对阜新含氟苦咸水中氟离子吸附再生实验研究

建筑与预算CONSTRUCTIONANDBUDGET2016年第4期

DOI:10.13993/j.cnki.jzyys.2016.04.014

中图分类号：X703文献标志码：B文章编号：1673-0402（2016）04-0048-05收稿日期：2015-12-09作者简介：董晓楠（1990-），女，硕士研究生，主要从事水污染控制方向研究。

氟是人体内必需的微量元素［1］。成人正常的每天摄取量在2~3mg左右为佳，摄入氟的量过多或者过少均会引起疾病；其中若饮用水中的氟质量浓度小于0.5mg/L会导致龋齿病，大于1.5mg/L则易引起钙、磷的新陈代谢紊乱，从而致氟中毒等症状［2］。我国高氟废水的分布十分广泛，遍布27个省、市、自治区，以西北、东北等偏远山区较为普遍［3］。据不完全统计，我国约有700万人饮用水含氟超标，导致不同程度的氟中毒。综上所述，为了保证人类的健康，对超过1mg/L含氟水必须进行除氟处理［4］。国内外的饮用水除氟研究较为广泛，处理方法较多，除氟方法包括混凝沉降法、活性氧化铝法、吸附与离子交换法及电渗析法、反渗析法等。活性氧化铝在美国被评为去除氟化物及多种无机离子的最佳处理技术（BestAvailableTechnology）［5］。活性氧化铝作为吸附剂具备强度大、寿命长、稳定、耐磨、吸附性佳、无毒等优点，并且处理后的水质符合国家规定的卫生标准［6］。研究表明：经硫酸铝溶液浸泡后，活性氧化铝恢复较好的吸附性能，再生能力强，活性氧化铝法是当前国内外研究较为完善，对于含氟废水处理效果较好的方法［7］。本文在此基础上，利用活性氧化铝对阜新含氟苦咸水中氟离子进行吸附研究，并采用混凝沉淀法对原水样经硫酸铝溶液再生处理后的再生液中氟离子进行去除，为除氟技术实用化奠定坚实基础。

活性氧化铝对阜新含氟苦咸水中氟离子吸附再生实验研究董晓楠，王凡（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：通过静态试验，研究了活性氧化铝对阜新含氟苦咸水中氟离子的吸附性能，并采用混凝沉淀法对原水样经硫酸铝溶液再生处理后的再生液中氟离子进行去除。通过对比，分析了不同滤料及混凝剂种类对含氟污水中氟离子去除效果的影响；研究了再生剂硫酸铝溶液浓度、再生时间对活性氧化铝的再生效果的影响等。研究表明：活性氧化铝作为滤料对水样中的氟离子去除效果最好，去除率为66.51%。相同条件下，等摩尔数的氯化钙作为混凝剂除氟效果最佳，除氟率为82.93%。在水温为15℃、硫酸铝浓度为3%、再生时间为3h、再生流速为3m/h的条件下，再生效果最佳，再生率达到95.10%。关键词：吸附；再生；氟离子；混凝剂2016年第4期总第240期1材料与方法1.1活性氧化铝除氟机理氟的去除一般认为是物理吸附和离子交换过程。吸附剂物理吸附和离子交换：Al2O3·Al2（SO4）3·XH2O+6F-=Al2O3·2AlF3·XH2O+3SO43-Al2（SO4）3溶液活化转型：Al2O3·XH2O+Al2（SO4）3·18H2O=Al2（SO4）3·XH2O+18H2O采用硫酸铝溶液再生活性氧化铝吸附剂的活化机理：Al2O3·2AlF3·XH2O+Al2（SO4）3=Al2O3·Al2（SO4）3·XH2O+2AlF3↓采用钙盐对再生液中氟化物进行化学混凝沉淀的机理：Al3++3OH－=Al（OH）3↓；Ca2++2F-=CaF2↓1.2试验材料本试验选用的活性氧化铝为白色球状，表面光滑，粒度均匀，多孔，孔道细密，比表面积大，机械强度大耐磨。具备较强的吸附性，其相关指标如表1所示。表1活性氧化铝指标参数指标项目粒径堆密度强度比表面积孔容除氟量单位mmg/cm3N粒m2/gcm3/gmg/gAl2O3活性氧化铝1~30.60~0.80⪰35⪰280⪰0.352.1根据提供的污水水样，测定原水水样的水质指标如表2所示。表2原水水样水质指标项目指标原水水样COD/（mg/L）138.97SS/（mg/L）182pH8.02F－/（mg/L）21.51.3检测方法1.3.1试剂和仪器。活性氧化铝（颗粒直径0.2-0.4mm）、硫酸铝、氯化钙、沸石、样本滤料。氟离子选择性电极，1L烧杯。1.3.2氟化物检测方法。含氟水从阜新市样本含氟苦咸水。在水中氟离子含量的测定氟离子选择电极法。1.3.3试验方法。根据吸附量计算以下类型:Q=（c0）cxv试中：类型的q-吸附量（mg/g）；c0，c-之前和之后的吸附氟离子浓度（mg/L）；V-原水体积（ml）。

2结果与讨论2.1滤料对原水中氟离子去除效果的影响在水温为15℃、pH为7的条件下，分别向三个装有1L原水的1000mL烧杯中，投加10g粒径为1~3mm的活性氧化铝、沸石及样本滤料，静置2d，测定上清液中氟离子浓度，核算对应吸附量，确定最佳除氟滤料种类。

图1三种滤料对原水中氟离子去除效果的对比由图1可知，在相同试验条件下，同等粒径的三种滤料除氟量分别为活性氧化铝为1.43mgF/g、沸石为0.91mgF/g、样本滤料为1.07mgF/g；在原水氟离子浓度为21.5mg的情况下，对应出上清液中氟离子浓度分别为7.2mg/L、12.4mg/L、10.8mg/L，除氟率分别为66.51%、42.33%、49.77%。

——492016年第4期总第240期2.2硫酸铝溶液再生吸附效果的影响2.2.1硫酸铝溶液浓度对活性氧化铝再生吸附效果的影响。在室温为16℃的条件下，分别向四个装有200g吸附饱和活性氧化铝的1000mL烧杯中，加入等量的浓度为1%、2%、3%、4%的硫酸铝溶液，浸泡3h，对吸附饱和的活性氧化铝进行再生处理。对四种浓度的硫酸铝溶液处理的再生活性氧化铝进行吸附试验，测定再生活性氧化铝的吸附量，确定最佳硫酸铝浓度。

图2硫酸铝溶液浓度对活性氧化铝再生吸附效果的影响由图2可知，在相同试验条件下，浓度为3%的硫酸铝溶液处理的活性氧化铝再生吸附量恢复最大，吸附量恢复至1.36mg/g，再生率为95.10%。当硫酸铝浓度过大时，氧化铝在强酸作用下，机械强度降低，出现溶胶态，影响再生效果。硫酸铝浓度过小，再生效果不显著。因此，硫酸铝作再生剂时应将浓度控制在一定范围内，采用3%硫酸铝作再生剂为宜。2.2.2再生时间对活性氧化铝再生吸附效果的影响。在水温为15℃、硫酸铝浓度为3%的条件下，控制再生时间分别为1、2、3、4h，对吸附饱和的活性氧化铝进行再生处理。在不同的时间，分别取出10g再生活性氧化铝进行再生吸附试验，测定再生活性氧化铝的吸附含量，确定最佳再生时间。

图3再生时间对活性氧化铝再生吸附效果的影响由图3可知，在相同试验条件下，再生时间为3h时，吸附量恢复至1.36mg/g，再生率为95.10%。延长再生时间后，活性氧化铝的再生吸附量提高幅度较小，再生率变化不大。对比再生时间分别为1、2h时，对应再生吸附量分别为0.63、1.25mg/g，再生率分别为44.06%、87.41%，确定活性氧化铝的再生的最佳时间为3h。2.2.3流速对活性氧化铝再生吸附效果的影响。在水温为15℃、再生活性氧化铝滤柱高为1.2m、硫酸铝浓度为3%、再生时间为3h条件下，对饱和的活性氧化铝进行再生处理，控制再生流速分别为2、3、4、5m/h，测定再生活性氧化铝的吸附含量，观察流速对再生效率的影响，观察再生率恢复情况，确定最佳再生流速。

图4流速对活性氧化铝再生吸附效果的影响由图4可知，在平行的试验条件下，再生流速对活性氧化铝再生吸附性能影响不大，高流速下再生率为64.7%，低流速下再生率达到87.2%，在流速较低的情况下，硫酸铝与活性氧化铝充分接触反应完全。再生流速为3m/h时，吸附量恢复至1.36mg/g，再生率为86.1%。在活性氧化铝的再生吸附量恢复较大

——502016年第4期总第240期后，可缩短再生历时。对吸附饱和的活性氧化铝进行重复再生，可知活性氧化铝随着再生次数的增加，再生率呈递减趋势。当再生次数达18次时，活性氧化铝的吸附再生率降至1.13%，且趋势平稳，可基本认为活性氧化铝再生次数饱和，失去其吸附能力，应更新活性氧化铝滤料。2.3混凝剂对再生液中氟离子去除效果的影响2.3.1三种混凝剂对再生液中氟离子去除效果的影响。在水温为15℃、pH为7的条件下，准备三个呈有500mL再生液烧杯中，分别投加等摩尔数量的氯化钙、碳酸钙、硫酸铝固体，充分搅匀，静置1.5h后测定上清液（其中投加氯化钙的烧杯需过滤后测定）的氟离子浓度，选择最佳投放的混凝剂类别。图5三种混凝剂对再生液中氟离子去除效果的对比由图5可知，在平行的试验条件下，等摩尔数的氯化钙除氟效果最佳，氟离子浓度为19.3mg/L，除氟率82.93%。碳酸钙及硫酸铝的上清液中氟离子浓度分别为32.0、21.6mg/L，除氟率分别为71.56%、80.80%；两种溶液中出现粘稠状沉淀，与氯化钙溶液中的悬浮物相比，较难除去。因此选择氯化钙为最佳混凝剂。2.3.2氯化钙投加量对再生液中氟离子去除效果的影响。在水温为15℃、pH为7的条件下，分别向四个装有1L再生液的烧杯中，投加氯化钙600、800、1000、1200mg，搅拌均匀，静置1.5h，测定上清液中氟离子的浓度，以确定最佳投加量。

图6氯化钙投加量对再生液中氟离子去除效果的影响由图6可知，在同等的平行试验条件下，随着氯化钙投加量的增加，上清液中氟离子浓度明显变小；当氯化钙投加量为1000mg/L时，上清液中氟离子浓度为19.2mg/L，除氟率为82.93%。此后随氯化钙投加量的增加，上清液中残余氟离子浓度基本保持不变，处于稳定的趋势。因此，氯化钙最佳投加量为1000mg/L左右为宜。

3结论本试验通过对比，分析了不同滤料及混凝剂种类对含氟污水中氟离子去除效果的影响；研究了再生剂硫酸铝溶液浓度、再生时间对活性氧化铝的再生效果的影响等，并根据试验结果，确定活性氧化铝过滤除氟及再生处理过程中，各影响因素的最佳理论值。研究表明：活性氧化铝作为滤料对水样中的氟离子去除效果最好，去除率为66.51%。相同条件下，等摩尔数的氯化钙作为混凝剂除氟效果最佳，除氟率为82.93%，其中氯化钙最佳投加量为1000mg/L左右为宜。在水温为15℃、硫酸铝浓度为3%、再生时间为3h、再生流速为3m/h的条件下，再生效果最佳，再生率达到95.10%。

参考文献:［1］王峰，杨敏，崔建云，等.活性氧化铝对饮用水中氟离子的吸附行为［J］.中国农业大学学报，2003，8（4）：63-65.［2］任向红.氟与人体健康［J］.北学世界，1998（8）：443-44.515

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