[发明专利]一种净化水中氟的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，涉及一种含氟废水处理方法，特别是涉及利用改性人造沸石去除水中氟离子的方法。

背景技术

氟是人体必需的微量元素之一，广泛存在于自然界中，我国规定饮用水中氟质量浓度为0.5～1.0mg/L。当饮用水中氟含量不足时，易患龋齿病；但若长期饮用氟质量浓度高于1mg/L的水，则会引起氟斑牙病；长期饮用氟质量浓度为3～6mg/L的水会引起氟骨病。高氟水在我国分布很广，遍布27个省、市、自治区，全国约有7000万人饮用含氟超标的水，由此造成的氟中毒症是一种重要的地方病。除氟工艺的研究是历年来的重要课题。

氟离子半径小，只有133pm(1.33×10^-10m)，溶解性能好，氟标准还原电位为2.87V，具有最高的电负性，是较难去除的污染物之一。且水体中的氟不能被生物体转移吸收，而是在生物体内转移积累，并通过食物链传递富集，最终影响整个生态系统，不能采用常规生物降解法除氟。对于高浓度的含氟废水，主要的处理方法为化学沉淀法，处理后的出水氟质量浓度为20～50mg/L，需进一步处理才能达到国家排放标准10mg/L。对于低浓度含氟废水的处理，尤其主要针对饮用水源的处理，常用的方法有混凝沉淀、吸附过滤、离子交换、电渗析、电凝聚和反渗透等方法。离子交换法费用高，且对废水水质要求严格，电凝聚法及反渗透法装置复杂，耗电量大，因而都极少采用。吸附法因去除率高、对处理水水质要求低而备受关注。吸附法的应用关键是吸附剂的选择，用于除氟的常用吸附剂主要有载铁硅胶、活性氧化铝、羟基磷灰石、氧化锆、活性氧化镁和骨炭等，利用这些吸附剂可将氟质量浓度在10mg/L以下的天然水处理至1.0mg/L以下，但是这些吸附剂处理时普遍存在着吸附容量小，处理水量小的不足。

天然沸石是一种天然而价廉的多孔矿物质，是由硅氧四面体组成的结晶化合物，在晶体中某些硅(IV)被铝(III)代替，所以分子的架构上带有负电，这种电荷的不平衡性可通过离子力由架构中充入阳离子来补偿，因此天然沸石可用作催化剂、干燥剂、水质软化剂、吸附剂、离子交换剂等。针对天然沸石改性并应用于处理各种废水也是目前研究的热点。卢晓岩等人研究了用HDTMA改性后天然沸石对水中铬酸盐进行吸附和解吸，吸附率在90％以上。周明达等人研究了用硫酸铝和硫酸镁改性后沸石处理含磷废水，当沸石粒径为0.15～0.60mm，废水pH值为4～12时，处理后出水含磷(以P₂O₅计)在40mg/L以下。董岁明等人研究了用三氯化铁改性的沸石在水中的除氟性能。人造沸石是硅酸盐与铝酸盐的化学反应物，目前主要用于软化硬水，尚未见有用其进行除氟研究的报导。

发明内容

为了克服化学沉淀法处理含氟废水存在的处理效果不理想、出水水质难以达标、污泥沉降性差、含水率高、渣量大；离子交换法费用高，且对废水水质要求严格；电凝聚法及反渗透法装置复杂，耗电量大；一般吸附剂如载铁硅胶、活性氧化铝、羟基磷灰石、氧化锆、活性氧化镁和骨炭等吸附容量小、处理水量小等缺点；同时实现清洁、高效处理含氟废水。本发明提出了采用改性人造沸石吸附处理含氟废水，使出水中含氟稳定达到国家《国家饮用水水源标准》(CJ3020—93)1.0mg/L，人造沸石再生重复使用。

本发明涉及一种含氟废水处理方法，技术路线为：沸石改性—吸附—沸石再生。本发明以含氟废水为处理对象，先将人造沸石进行NaOH-Al₂(SO₄)₃改性，其步骤为先用pH＝11的NaOH溶液浸泡沸石6-12h，取出后用蒸馏水冲洗至中性，再用质量浓度1-3％的Al₂(SO₄)₃·18H₂O溶液浸泡12-20h，取出冲洗至中性；在两级吸附柱中，用改性后的人造沸石与水中氟离子结合，达到去除水中氟离子的目的；之后将吸附氟离子后的改性沸石取出，用质量浓度为1-3％Al₂(SO₄)₃·18H₂O溶液浸泡3-6h，烘干，再生液重复使用，实现高效低成本去除氟离子。

吸附工艺条件为初始氟浓度5-40mg/L，改性人造沸石与废水固液比(质量比)0.03:1，温度：室温，pH4-10，水力停留时间30-90分钟。

本发明处理含氟废水，具有清洁、高效的特点，出水中含氟稳定达到国家《国家饮用水水源标准》(CJ3020—93)1.0mg/L，成本低及工艺流程简单。