我國某些千旱、半千旱地區地下氟含量偏高,導致“斑釉病”、“氟骨病”地方病發生。
科學工作者曾用活化斜發沸石濾料交換、吸附新疆喀什附近濃度為13mg/L的高氟水中的F-并適量配合使用降氟劑Al2(S04)3、AlCl3,獲得很好的效果,使F-含量降至0.7~1mg/L。
浙江地礦廳專家將縉云沸石經加工破碎、裝柱、活化、水洗、明礬溶液處理后,在除氟器內處理義烏徐村氟含量高達22mg/L的井水,除氟效果明顯,水質達國家飲用水標準。
魚、蝦、貝等人工養殖場,水體有機負荷重,溶解氧量少,生物代謝發生的有害氣體濃度高,影響水生物安全。
浙江淡水水產研究所研制出的以天然沸石為主要組分的復方增氧劑、復方水質改良劑,以每畝約50kg量施撒,能提高水平溶解氧,降低NH3-N、H2S、C02等有害氣體,改善水生物棲息環境,提高養殖密度。
研究員應用20?40目斜發沸石制作除氟吸附過濾器,在氟病區現場進行了試驗,在原水含氟量為3?10mg/L的情況下,處理后水的含氟量為0.5?0.8mg/L,符合國家規定的飲用水標準,其他指標也有一定改善,如原水濁度為2?5度,處理后池度為0;原水鐵為0.01?0.02mg/L,處理后為0.00?0.01mg/L;原水汞為0.00?0.02μg/L,處理后為0.00?0.01/μg/L;總硬度(以CaO計)也略有降低,原水為190?213mg/L,處理后為160?205mg/L。對飲用水除氟費用進行的估算,處理費用每立方米不超過0.5元。
利用沸石去除水中的氟
科學家將呼和浩特郊區榆林地區的天然絲光沸石破碎40?60目,依次用10%H2SO4溶液、0.5mol/LH2S〇4溶液和(0.25mol/LAl2(SO4)3溶液各浸泡l(>h改型,每100mL受氣砷污染水樣中投入3?5g改型沸石,攪拌1小時,靜置10小時,可使飲水中含砷量由1.94mg/L降至0.04mg/L,含氟量由18.85mg/L降至9.86mg/L。
試驗結果可為內蒙古低品位沸石的利用找到新的途徑。研宄過程如下。
(1)天然沸石的改型處理實驗所用原料為呼和浩特郊區榆林地區的天然絲光沸石,待凈化水樣為在內蒙古土左旗黑河村井水樣中加入NaF和Na3As04,配成含氟17.0mg/L、含砷1.65mg九的模擬水樣。經測試,該地沸石吸銨量為97.51mmol/100g,按純絲光沸石吸銨量為223mmol/U)0g計,有效成分約44%,屬低品位礦,對氟和砷的吸附量較少。因此,用其凈化飲水時必須改型。作者試用多種化學試劑和不同預處理方法,對沸石原礦改型。
原礦直接改型:取一定量20?40目沸石原礦,分別用O.5mol/LKA1(S〇4)2溶液、0.25mol/LA12(S04)3溶液、0.5mol/LCuC丨2溶液和0.5mol/LCuS〇4溶液浸泡12h,洗凈、烘干。
強堿預處理后改型:取一定量20?40目沸石原礦,先用10%NaOH溶液浸泡10h,洗凈烘干后,再按前所述方法改型。
強酸預處理后改型:取一定量20?40目沸石原礦,先用10%H2SO4溶液浸泡10h;洗凈烘干后,再按前述方法改型。準確稱取上述改型沸石各5g左右,分別置12只燒杯內,各移入100.0mL模擬水樣,磁力攪拌40min,靜置12h,移取一定量上層水測定氟和砷濃度(氟采用氟離子選擇性電極法,砷采用二乙基二硫代氨基甲酸銀比色法),計算吸附量,結果見表1。
吸附S | 原礦直接改型 | 10%NaOH溶液預處理 | 10%h2so4溶液預處理 | |||||||||
KA1(SQ,)2
溶液 |
A12(S04)3
溶液 |
CuCl2
溶液 |
CuSC)4
溶液 |
KAI(S04)2
溶液 |
Al2(S〇4>3
溶液 |
CuCl2
溶液 |
C:uS〇4
溶液 |
KA1(S04)2
溶液 |
A12(S0,)3
溶液 |
C:uC:l,
溶液 |
CuS04
溶液 |
|
F/(nig
/L) |
11.18 | 11.13 | 14.40 | 14.34 | 10.04 | 7.14 | 13.79 | 13.52 | 10.45 | 10.12 | 11.13 | 11.18 |
F吸附量 | 116 | 117 | 52 | 53 | 140 | 198 | 62 | 69 | 124 | 132 | 121 | 118 |
As
/(mg /L) |
0.95 | 0.79 | 0.12 | 0.09 | 0.74 | 0.39 | 0.32 | 0.53 | 1.03 | 0.28 | 0.28 | 0.10 |
As吸附費 | 14 | 17 | 30 | 31 | 18 | 25 | 27 | 22 | 12 | 26 | 28 | 32 |
表1不同預處理改型方法的降氟除砷效果
由表1可見,沸石用Al2(SO4)3溶液浸泡比用KA1(SO4)2溶液浸泡,在降氟方面效果好;
沸石用CuS04S液浸泡,比用CuCl2溶液浸泡,在除砷方面效果好。
尤其是沸石先用10%NaOH溶液預處理,再用A12(SO4)3溶液改型后用于降氟;
先用10%H2SO4溶液預處理,再用CuSO4溶液改型后用于除砷,效果更好。
(2)聯合改型方案選擇綜合考慮降氟和除砷兩個目的,設計了如下預處理及聯合改型實驗方案。
方案一:沸石經10%H2S04溶液浸泡10h后,先用0.25molAl2(SO4)3溶液浸泡10h,再用0.5mol九CuS〇4溶液浸泡10h;
方案二:沸石經10%H2SO4溶液浸泡10h后,先用0.5mol/L?CuSO4溶液浸泡10h,再用0.25mol/L?A12(S04)3溶液浸泡10h;
方案三:沸石經10%H2SO4溶液浸泡10h后,用0.5mol/L?CuS04?和0.25mol/L?Al2(S04)3?的混合溶液浸泡10h。將以上三種方案處理過的沸石洗凈烘干,分別準確稱取5g左右置于燒杯中,各移入100. OmL模擬水樣,磁力攪拌40min,靜置12h,移取一定量上層水測定F和As濃度,計算吸附量,結果見表2。
表2聯合改性方案的降氟除砷效果
吸附雖 | 方案一 | 方案二 | 方案三 | 方案四 |
F/(mg/L) | 9.42 | 9.02 | 10.91 | 15.34 |
F吸附雖 | 115 | 126 | 88 | |
As/ (mg/L) | 0.09 | 0.09 | 0.27 | 1.98 |
As吸附里 | 37 | 38 | 34 |
由表2可見,按方案二進行聯合改型的沸石,除砷、降氟效果均較好,因此 以下實驗所用沸石均按方案二改型處理。
(3)凈水工藝條件優選為了摸索用改型沸石凈化飲水的工藝技術條件,分別就吸附交換時間及沸石的粒度、固液比等諸因素對沸石吸附量的影響,進行了實驗研究。
攪拌吸附時間:準確稱取改型沸石5份,每份4g左右,分別置燒杯內,各移 入 100.?OmL?模擬水樣,分別電磁攜伴 10min、20min、40min、60min?和 120min, 攪拌結束立即將上層水傾出,分取一定量測定氟和砷濃度,計算吸附量,結果見表 3
吸附S | 攪拌吸附時間/min | 模擬水樣 | ||||
10 | 20 | 40 | 60 | 120 | ||
F/(mgA) | 14.72 | 14.48 | 13.63 | 13.14 | 13.36 | 17.73 |
F吸附M | 75 | 81 | 102 | 115 | 109 | |
As/(mg/L) | 1.08 | 0.95 | 0.72 | 0.97 | 0.98 | 1.94 |
As吸附雖 | 21 | 25 | 30 | 24 | 24 |
表3交換吸附時間對氟、砷吸附星的影響
根據表3可見,攪拌吸附時間以40?60min為宜。
靜置吸附時間:分別準確稱取改型沸石4g左右于燒杯中,各移入100.OmL模擬水樣,攪拌40min,分別靜置1h、2h、4.5h、11h和20h,各取一定量上層水測定F和As濃度,計算吸附量,結果見表4。
表4靜置吸附時間對氟、砷吸附星的影響
吸附雖 | 靜罝吸附時間/min | 模擬水樣 | ||||
1.0 | 2.0 | 4.5 | 11.0 | 20.0 | ||
F/(mgA-) | 14.66 | 14.19 | 13.74 | 12.93 | 12.57 | 2.46 |
F吸附M | 170 | 182 | 193 | 213 | 229 | |
As/(mg/L) | 0.43 | 0.39 | 0.27 | 0.14 | 0.14 | 1.99 |
As吸附雖 | 39 | 40 | 43 | 46 | 46 |
由表4可知,改型沸石降氟除砷是一個緩慢的交換吸附過程,靜置10h基本達到飽和吸附。
沸石粒度:分別準確稱取不同粒度的改型沸石4g左右,置燒杯內,各移入100.OmL模擬水樣,攪拌40min,靜置10h,各取一定量上層水測定F和As濃度,計算吸附量,結果見表5。
表5沸石粒度對氟、砷吸附星的影響
吸附S | 20~40目 | 40~60目 | 60~80目 | 模擬水樣 |
F/(mg/L) | 11.36 | 9.74 | 9.94 | 17.73 |
F吸附M | 139 | 200 | 195 | |
As/(mg/L) | 0.18 | 0.11 | 0.38 | 1.94 |
As吸附S | 44 | 46 | 39 |
由表5可見,40?60目的改型沸石其吸附性能更好些。
固液比:分別準確稱取不同質量的40?60目改型沸石于燒杯中,各移入100.OmL模擬水樣,攪拌40min,靜置10h,各取一定量上層水測定F和As濃度,計算吸附量。由表6可見,固液比為3:100時(即每lOOmL水樣中加入3g改型沸石),對氟和砷的吸附量均最大;固液比為5:100時,用改型沸石凈化過的水樣中氟和砷的濃度均最低,對于含砷高達1.94mg/L的水樣,除砷效果己達國家飲用水衛生標準(GB5749—1985)規定飲用水中含砷量<0.05mg/L);固液比再增大,沸石降氟、除砷能力有所下降,可能是因磁力攪拌不夠充分所致。
表6固液比對吸附星的影響
沸石質盤
吸附免 |
1.000g | 3.0(K)g | 5.000g | 7.000g | 模擬水樣 |
F/(nig/L) | 16.83 | 11.08 | 986 | 12.57 | 17.73 |
F吸附S | 202 | 259 | 180 | 90 | |
As/(mg/L) | 157 | 0.21 | 0.04 | 0.12 | 1.94 |
As吸附:S | 37 | 58 | 38 | 26 |