我國某些千旱、半千旱地區(qū)地下氟含量偏高,導(dǎo)致“斑釉病”、“氟骨病”地方病發(fā)生。
科學(xué)工作者曾用活化斜發(fā)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(jīng)加工破碎、裝柱、活化、水洗、明礬溶液處理后,在除氟器內(nèi)處理義烏徐村氟含量高達22mg/L的井水,除氟效果明顯,水質(zhì)達國家飲用水標(biāo)準。
魚、蝦、貝等人工養(yǎng)殖場,水體有機負荷重,溶解氧量少,生物代謝發(fā)生的有害氣體濃度高,影響水生物安全。
浙江淡水水產(chǎn)研究所研制出的以天然沸石為主要組分的復(fù)方增氧劑、復(fù)方水質(zhì)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(huán)境,提高養(yǎng)殖密度。
研究員應(yīng)用20?40目斜發(fā)沸石制作除氟吸附過濾器,在氟病區(qū)現(xiàn)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(guī)定的飲用水標(biāo)準,其他指標(biāo)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(xué)家將呼和浩特郊區(qū)榆林地區(qū)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(jié)果可為內(nèi)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(qū)榆林地區(qū)的天然絲光沸石,待凈化水樣為在內(nèi)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(jīng)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(xué)試劑和不同預(yù)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(yù)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(yù)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(nèi),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(jié)果見表1。
吸附S | 原礦直接改型 | 10%NaOH溶液預(yù)處理 | 10%h2so4溶液預(yù)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(yù)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(yù)處理,再用A12(SO4)3溶液改型后用于降氟;
先用10%H2SO4溶液預(yù)處理,再用CuSO4溶液改型后用于除砷,效果更好。
(2)聯(lián)合改型方案選擇綜合考慮降氟和除砷兩個目的,設(shè)計了如下預(yù)處理及聯(lián)合改型實驗方案。
方案一:沸石經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jié)果見表2。
表2聯(lián)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(lián)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(yōu)選為了摸索用改型沸石凈化飲水的工藝技術(shù)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(nèi),各移 入 100.?OmL?模擬水樣,分別電磁攜伴 10min、20min、40min、60min?和 120min, 攪拌結(jié)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(jié)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(jù)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(jié)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(nèi),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(jié)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(zhì)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(wèi)生標(biāo)準(GB5749—1985)規(guī)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(zhì)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 |