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活性氧化铝吸附除氟性能研究
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活性氧化铝吸附除氟性能研究

2019-08-26      阅读:
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:活性氧化铝除氟最佳 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;增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、反渗透法、离子交换法、吸附法 -5等。由于操作简单和费用较低 ,吸附法被认为是最理想、最适合分离的技术,常用于低浓度含氟水的处理。活性氧化铝除氟具有效率高、除氟特性专一、简单易行和操作简单等优点,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去除效率的影响,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蠕动泵,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去除率分别为 54.9%,61.0%和 73.0%,去除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 ,去除率分别为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,再增大活性氧化铝的投加量,吸附剂的利用率下降,对氟离子的去除率增加缓慢。
 
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,对水中氟离子的去除率分别为 54.3%,71.08%,60.96%,67.62%和 48.1%。可以看出当 pH值为 5时 ,除氟率最佳。
 
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,对水中氟离子的去除率分别为25.18%,35.05%,42.37%,49.23%和 58.27%。随着吸附时间的延长,对水中氟离子的去除率增大。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。
活性氧化铝吸附除氟性能研究
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,对水中氟离子的去除率分别为 74.02%,60.96%,62.61%,56.9%和 41.63%。在固定的活性氧化铝投加量下,对氟的去除量也一定,随着原水氟浓度的增加,活性氧化铝对水中氟离子的去除率降低。
 
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增大,活性氧化铝对水中氟离子的去除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,氟离子的去除率几乎不变。

活性氧化铝吸附除氟性能研究
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、 的燃嫌繁去除哥 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去除形成竞争胁迫效应,影响
 
氟离子的去除效果。
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增大。

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增大而延长。 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 高度的增大,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。增大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,并设置相应的反洗再生时间,以保证处理效果和出水水质。
活性氧化铝吸附除氟性能研究
3 结论
活性氧化铝吸附去除氟离子的最佳 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。
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去除有显著影响。随着滤速减小或填充高度增大,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;增大滤速为 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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