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備一般應用于地下水（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。根據調查，目前地下水、深井水處理工程中應用較多的是除氟工藝是活性氧化鋁吸附法，分質供水工程中應用較多的是電滲析法和反滲透法。
二、飲用水除氟設備概述
北京海揚水處理公司研制的除氟設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)質硅酸材料，經特定的高溫物理活化及化學反應復合而成，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)質性能。
三、地下水除氟設備運行特點
1.原水PH值在8.0以內，不需要調節(jié)PH。
2.具有更好的穩(wěn)定性?；钚匝趸X等除氟材料再生后，除氟能量既有所下降，隨著生產周期的增加，下降速度也加快；多功能除氟濾料而在前幾個生產周期內，每再生一次，能量提高一次，直至穩(wěn)定為止。
3.出水水質好?；钚匝趸X等僅能除氟而不能改善水質；多功能除氟濾料能改善水質?；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，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的干擾，且能夠將干擾物質一并去除。
5.操作及管理簡便。活性氧化鋁等管理難度較大，弄不好就板結失效；多功能除氟濾料不存在板結問題，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%，總反應式如下：
nF—+F.FAInOH—=F.FAlnF—+nOH—
F.F復合分子篩結構:多功能除氟濾料是一種架狀構造的含水鋁硅酸鹽礦物，主要含有Na、Ca以及少數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構一般由三維硅（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，因而出現了負電苛。為了中和其電性，相應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，便構成了各種形狀的三維硅（鋁）氧格架狀結構，即多功能除氟濾料結構。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構中便形成了許多孔穴和孔道。
多功能除氟濾料結構內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構，具有吸附性質[4]。
為了平衡多功能除氟濾料結構中的電荷而進入多功能除氟濾料晶體結構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，對吸附電負性的氟離子提供了理論依據。多功能除氟濾料經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
為了表征化學反應過程并簡化討論，假設幾種條件[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。
在多功能除氟濾料經特殊的物理及化學改性后，經硫酸鋁鉀溶液活化,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-則與鋁的羥基絡合物配位，以維系電價平衡。
反應過程表示為：
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，至少應該設計兩只交換柱。當處理水量大時，交換柱數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（明礬或氫氧化鈉、大粒鹽等）通過再生系統(tǒng)打入交換柱.
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