[发明专利]基于铝基复合金属氧化物的除氟吸附材料的络合-凝聚-吸附去除水中氟化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及饮用水的处理方法，特别涉及基于铝基复合金属氧化物的除氟吸附材料的络合-凝聚-吸附去除饮用水中氟化物的方法。

背景技术

饮用水中氟化物的污染是我国许多地区均面临的问题。饮用水除氟技术主要包括活性氧化铝吸附、电渗析、骨炭吸附过滤、离子交换树脂床过滤、铝盐混凝法、石灰-磷酸盐共沉淀法和膜过滤等。各种技术方法有不同的优缺点与使用条件，并在运行成本、使用简便性、长期运行可靠性等方面也存在差别。对于运行管理水平较低、供水规模较小的农村地区，吸附法以其无需复杂加药过程、运行管理简单易行等优势而易于推广应用。但是，吸附法主要通过吸附剂表面的物理吸附、化学吸附或离子交换等作用去除水中氟化物，由于可利用的表面吸附位点非常有限，因此对于高氟水往往吸附周期很短，需要频繁再生，若要延长吸附周期则需要延长空床停留时间（EBCT），在一定程度上增加投资成本。

研究发现，络合态氟较游离态氟更容易吸附在颗粒物表面，如果将游离态氟转化为络合态氟，可以大幅降低其去除的难度，从而大幅提高铝基复合氧化物除氟吸附材料的吸附除氟效果。天然水体中的氟在绝大多数情况下以游离态氟（F^-）的形式存在，随着水介质性质及化学组成的变化，其赋存形态的配比关系也可能发生变化。在中性或偏碱性（pH7～8）的浅层地下水中，氟的存在形式只有10种，即F^-、BF(OH)₃^-、HFaq、CaF⁺、MgF⁺、MnF⁺、AlF²⁺、AlF₂⁺、AlF₃和AlF₄^-，其中以F^-、MgF⁺、CaF⁺三种形式为主。一般F^-占F_T（总氟浓度）的79%～96%，其次为MgF⁺和CaF⁺，分别为FT的3.1%～19.2%和0.3%～3.0%。如果在饮用水处理过程中将水中游离态氟转化为络合态氟，则可以有效降低其去除难度，提高除氟效率；而在适当的pH值范围内可通过投加铝盐实现游离态氟向络合态氟的转化，且可通过控制铝盐形态、pH值以及铝盐投量等方便有效地控制氟与铝的络合过程。

与游离态氟一样，络合态氟仍属于溶解态氟，即仍可穿透滤池、滤膜（微滤膜、超滤膜）等过滤介质并最终进入饮用水管网和用户。将溶解态氟转化为颗粒态氟，再利用固液分离单元将其去除，这是饮用水除氟的重要技术策略；而凝聚、吸附等过程可以有效地实现溶解态氟向颗粒态氟的转化，进而实现氟的去除。凝聚混凝除氟与络合态氟生成在反应水质条件、水力条件等上存在明显区别。传统的混凝除氟过程未考虑二者在反应条件的区别，未将体系水质化学条件调节至合理的范围，而主要通过投加铝盐等混凝剂实现氟的去除。因此，在混凝除氟过程中尽管可能也存在一定程度的铝氟络合反应，但络合态氟生成比例仍较低且未有效控制，从而除氟效果仍欠理想。进一步地，络合态氟除了通过凝聚过程转化为颗粒态氟，其本身也可能直接吸附在固相颗粒物表面得以去除。设计构建合适的、具有丰富比表面积的吸附界面，则有可能在上述过程中进一步提高除氟效果。