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活性氧化铝吸附除氟性能研究
2019-08-26 阅读：次
活性氧化铝作为常用的除氟吸附剂，有专一的除氟性。选用粒径为 2—4 mm的活性氧化铝，通过静态吸附试验和动态连续流滤柱试验，探究了其吸附除氟性能的影响因素。结果表明：活性氧化铝除氟佳 pH值为5，吸附平衡时间为5h，SO：一对活性氧化铝的静态吸附影响较大；滤速或降低滤料填充高度会使除氟效率降低，超标时间和滤柱穿透时间缩短.
氟的摄人量超标或不足都会对人体健康产生不良的作用，对氟超标的地下水和工业废水要进行处理，使其符合《生活饮用水卫生标准》要求(小于 1mg／L)或工业废水排放标准(小于 15 mg／L)，方可使用或排放。目前，对超标含氟水的处理方法主要有：沉淀法(包括化学沉淀法和混凝沉淀法)、电絮凝法¨、电渗析法、反法、离子交换法、吸附法 -5等。由于操作简单和费用较低 ，吸附法被认为是理想、适合分离的技术，常用于低浓度含氟水的处理。活性氧化铝除氟具高、除氟特性专一、简单易行和操作简单等点，因而被广泛应用。笔者选用 2—4mm 的颗粒活性氧化铝作为吸附剂，通过静态吸附试验和动态连续过滤试验，对活性氧化铝的除氟特性及影响因素进行了探究，考察了氧化铝投加量、吸附时间、原水浓度、原水 pH和共存 阴离子以及填料高度和过滤速度对氟离子吸附效率的影响，旨在为含氟地下水和工业含氟废水的处理提供理论依据，为实际除氟工艺的设计运行提供技术参考。
这是因为此时水中的氟大部分已经被吸附剂吸附，再活性氧化铝的投加量，吸附剂的利用率下降，对氟离子的率增加缓慢。
氟的摄人量超标或不足都会对人体健康产生不良的作用，对氟超标的地下水和工业废水要进行处理，使其符合《生活饮用水卫生标准》要求(小于 1mg／L)或工业废水排放标准(小于 15 mg／L)，方可使用或排放。目前，对超标含氟水的处理方法主要有：沉淀法(包括化学沉淀法和混凝沉淀法)、电絮凝法¨、电渗析法、反法、离子交换法、吸附法 -5等。由于操作简单和费用较低 ，吸附法被认为是理想、适合分离的技术，常用于低浓度含氟水的处理。活性氧化铝除氟具高、除氟特性专一、简单易行和操作简单等点，因而被广泛应用。笔者选用 2—4mm 的颗粒活性氧化铝作为吸附剂，通过静态吸附试验和动态连续过滤试验，对活性氧化铝的除氟特性及影响因素进行了探究，考察了氧化铝投加量、吸附时间、原水浓度、原水 pH和共存 阴离子以及填料高度和过滤速度对氟离子吸附效率的影响，旨在为含氟地下水和工业含氟废水的处理提供理论依据，为实际除氟工艺的设计运行提供技术参考。
1 试验装置和方法
1．1 试验原水
采用配水方式，用氟化钠和去离子水配制浓度为 5mg／L的含氟水 ，采用 NaOH和 HC1调节其 pH值在 6．7±0．2。
1．2 试验仪器与试剂
主要仪器包括：pHs一25cpH计 ，JC—TS111BD空气恒温摇床，YZ1515x泵，自制滤柱。采用离子色谱 (IC，Shimadzu CDD一6A)进行氟离子的检测。
主要试剂包括：NaC1、HC1、NaOH、NaF、NaNO Na2SO ，均为 AR级别。
1．3 试验装置与方案
1．3．1 静态试验
采用粒径为 2～4mm的活性氧化铝，试验 时将活性氧化铝投人装有一定量试验原水的 500 mL锥形瓶中，置于恒温摇床内振荡。吸附一定时间后取样，检测氟离子浓度，并考察各影响因素对活性氧化铝静态除氟特性的影响。
1．3．2 动态试验
向活性氧化铝滤柱内通入试验原水，改变滤柱的填充高度和进水滤速，定期检测出水中的氟离子观测氟离子超标的时间点。
2 结果与讨论
2。1 静态除氟过程的影响因素
2．1．1 活性氧化铝投加量
静态试验中，在原水氟浓度为 5 mg／L，pH值为6．7，温度为 25±0．4 c【=，吸附时间为 12h的试验条件下，考察了活性氧化铝投加量对除氟特性的影响。当活性氧化铝投加量为 3，5和 7 g／L时 ，活性氧化铝对水中氟离子的率分别为 54．9％，61．0％和 73．0％，率随氧化铝投加量的增加而升高。投加量增 加到 1O和 15 g／L时 ，率分别为82．4％和 82．7％，上升不明显，基本保持稳定。
这是因为此时水中的氟大部分已经被吸附剂吸附，再活性氧化铝的投加量，吸附剂的利用率下降，对氟离子的率增加缓慢。
2．1．2 pH
当温度为 25±0．4~C，原水氟浓度为 5mg／L，活性氧化铝投加量为 5g／L，吸附时间为 12 h时 ，考察了原水 pH对活性氧化铝除氟效能的影响。对于粒径为 2～4 mm的活性氧化铝 ，当 pH为 3，5，7，9和11时，对水中氟离子的率分别为 54．3％，71．08％，60．96％，67．62％和 48．1％。可以看出当 pH值为 5时 ，除氟率佳。
2．1．3 吸附时间
保持原水温度和氟浓度不变，pH值为 6．7，活性氧化铝投加量为 5g／L，当吸附时间为 1，2，3，4和5h时，对水中氟离子的率分别为25．18％，35．05％，42．37％，49．23％和 58．27％。随着吸附时间的延长，对水中氟离子的率。如图 1 所示，当吸附时间延长到 5h以上 时，除氟率基本维持在58％左右，活性氧化铝的吸附接近饱和，吸附基本达到平衡。
从图2可以看出，随着原水中共存阴离子浓度的，活性氧化铝对水中氟离子的率有不同程度的降低。对 Cl一和 NO；，浓度从 5mg／L增加到20mg／L时，对活性氧化铝吸附除氟产生的影响不大，氟离子的率几乎不变。
在不同的填充高度下，穿透时间和出水氟超标时间点随着填充高度的而延长。 以 1mg／L为标准 ，当滤速为 6 m／h，填充高度为 400，600和 800 mm的滤柱对应 的出水氟超标时间点分别为 2，6和 11h，出现穿透现象 的时间分别为 40，50和 60h。随着滤柱填充 高度的，氟离子的超标时间和穿透时间延迟。滤速为 8．5 m／h，填充高度为 400，600和 800 mm时，超标时间为 1，4和 7h，穿透时间为 3O，4O和 50h。
因此，滤速和填充高度对活性氧化铝滤柱除氟效能有决定性的影响。滤速或减小填充高度，滤柱的除氟效能降低，超标时间、穿透时间均缩短。
在实际应用中，可合理选择过滤速度和滤柱的填料高度，并设置相应的反洗时间，以保证处理效果和出水水质。
2．1．4 初始浓度
当温度为 25±0．4~C，pH值为 6．7，活性氧化铝投加量为 5 L，吸附时间为 12h时 ，考察了初始氟浓度对活性氧化铝除氟特性的影响。试验中，当原水氟浓度为 3，5，7，10和 15mg／L时，对水中氟离子的率分别为 74．02％，60．96％，62．61％，56．9％和 41．63％。在固定的活性氧化铝投加量下，对氟的量也一定，随着原水氟浓度的增加，活性氧化铝对水中氟离子的率降低。
2．1．5 共存离子
当温度为 25±0．4~C，pH值为 6．7，活性氧化铝投加量为 5 g／L，向含氟量为 5 mg／L的原水 中分别投加不同浓度的共存阴离子，包括 C1一、NO；、SO一，吸附 12h后 ，对活性氧化铝除氟效果的影响见图 2。
从图2可以看出，随着原水中共存阴离子浓度的，活性氧化铝对水中氟离子的率有不同程度的降低。对 Cl一和 NO；，浓度从 5mg／L增加到20mg／L时，对活性氧化铝吸附除氟产生的影响不大，氟离子的率几乎不变。
当原水中SOi一浓度为 0，5，10，15和 20mg／L时，对水中氟一【_1离．s子一、 的燃嫌繁哥 率分别为 67．10％，^ 1．g一、毯艇嫌繁丑
65．62％，65．365％，458．963％2和 56l．98％O ，去6除率5 下降4 3较大。这是因为硫酸根离子会被活性氧化铝吸附，从而对氟离子的吸附形成竞争胁迫效应，影响
氟离子的效果。
2．2 动态除氟过程的影响因素
当原水中氟浓度为 5 mg／L，pH值为 6．7，滤速分别为6和 8．5m／h，滤柱填充高度为 400，600和800mm时，考察连续流动态除氟工艺出水中氟离子的浓度。如图 3所示 ，在滤速相同的情况下，不同填充高度的滤柱其出水氟浓度变化曲线的形状相近，随着出水时间的延长，出水氟离子浓度均相应。
在不同的填充高度下，穿透时间和出水氟超标时间点随着填充高度的而延长。 以 1mg／L为标准 ，当滤速为 6 m／h，填充高度为 400，600和 800 mm的滤柱对应 的出水氟超标时间点分别为 2，6和 11h，出现穿透现象 的时间分别为 40，50和 60h。随着滤柱填充 高度的，氟离子的超标时间和穿透时间延迟。滤速为 8．5 m／h，填充高度为 400，600和 800 mm时，超标时间为 1，4和 7h，穿透时间为 3O，4O和 50h。
因此，滤速和填充高度对活性氧化铝滤柱除氟效能有决定性的影响。滤速或减小填充高度，滤柱的除氟效能降低，超标时间、穿透时间均缩短。
在实际应用中，可合理选择过滤速度和滤柱的填料高度，并设置相应的反洗时间，以保证处理效果和出水水质。
3 结论
① 活性氧化铝吸附氟离子的佳 pH值为5，吸附平衡时间为 5h。SO：一对其吸附除氟效果影响较大。
② 动态连续流试验中，滤速和活性氧化铝滤料的填充高度对氟离子的有显著影响。随着滤速减小或填充高度，出水氟离子浓度降低，氟超标时间点延长，出水氟穿透时间延长。滤料填充高度为 400，600和 800 mm，当滤 速为 6 m／h时 ，出水氟超标时间点分别为 2，6和 11h，穿透时间点分别为 40，5O和 60 h；滤速为 8．5m／h，出水氟超标时间点分别缩短至 1，4和 7 h，穿透时间点分别为30，40和 50 h。
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