[发明专利]一种增强吸附地下水中氟化物和硫酸盐并回收硫酸铵的方法

说明书

技术领域   

本发明一种增强吸附地下水中氟化物和硫酸盐并回收硫酸铵的方法，属于环境保护和给水处理技术领域。具体来讲，是采用稀土金属镧和有色金属镁对活性氧化铝进行掺杂改性来增强地下水中氟化物和硫酸盐的吸附去除，吸附处理后的改性活性氧化铝采用氨水进行再生，再生废液为硫酸铵溶液，经提浓后可以回收硫酸铵。

背景技术   

自然界的氟通常存在于矿石中，当受到雨水浸蚀时会溶出，造成地下水氟污染。另外，铝、铁生产，电镀，选矿，施肥等都会给水体带来氟污染。氟主要是通过饮用进入人体的，长期引用高氟水会引起氟骨病，甚至瘫痪，使人丧失劳动能力。中国是世界上地方性氟中毒危害严重的国家之一，东北、华北和西北地区饮用高氟水人口约7700万，涉及饮用人口较多，危害十分严重。硫酸盐也经常存在于饮用水中，其主要来源是地层矿物质的硫酸盐（多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在）及其它硫酸盐沉积物的溶解、海水入侵、亚硫酸盐和硫代硫酸盐等在充分曝气的地面水中氧化等。煤炭是我国最主要的能源，煤矸石作为采煤过程中的固体废弃物随着煤炭生产的不断发展与日俱增，导致我国大部分地下水硫酸盐含量严重超标。大量硫酸盐进入人体后出现的最主要生理反映是腹泻、脱水和胃肠道紊乱，硫酸镁含量超过600mg/L的水称作“导泻剂”，当水中硫酸盐浓度较高时，水的味道令人讨厌，难以接受。目前地下水除氟的方法主要有：混凝沉淀、膜处理和化学吸附。混凝沉淀虽然操作简单、成本低，但在去除过程中产生较多废渣，造成二次污染制约该方法大量推行；膜处理虽然除氟效果安全可靠，但处理过程中能耗较大，维护费用较高，制约该法大规模推行；化学吸附常用的除氟吸附剂是活性氧化铝，但其吸附容量偏低、对pH值要求较高、易受干扰离子影响，并且未改性活性氧化铝对水中硫酸盐的去除效率很低。目前去除水中硫酸盐的方法主要是生物处理法，处理硫酸盐的微生物主要有氢自养还原菌和硫酸盐还原菌两类：氢自养还原菌还原SO₄^2-的适宜温度和pH值与天然地下水的水质特征不符，水厂难于实际应用；硫酸盐还原菌去除水中硫酸盐时需要大量碳源，不适合处理有机物含量较低的生活饮用水。具体来讲：

Ⅰ、混凝沉淀法是指通过投加石灰生成CaF₂沉淀来去除水中的F^-。该法虽然操作简单、成本低，但在除氟过程中产生较多废渣，造成二次污染制约着该方法的大量推行。

Ⅱ、膜处理法是指利用离子交换选择性透过膜来截留水中的F^-。该法虽然除氟效果安全可靠，但处理过程中能耗较大，维护费用较高，故该法的大规模推行也受到限制。

Ⅲ、化学吸附法是指用吸附剂（目前常用活性氧化铝）去除水中F^-。该法工艺简单、处理效果好，是目前饮用水除氟的主要方法。但其吸附容量低、对pH值要求较高、易受干扰离子的影响，并且活性氧化铝对硫酸盐的选择性较差，导致其对水中硫酸盐的去除效率很低。

Ⅳ、生物处理法是指利用微生物的作用来去除水中的SO₄^2-。微生物主要有氢自养还原菌和硫酸盐还原菌两类：氢自养还原菌还原SO₄^2-的适宜温度为30～35℃、pH为7.5～8.0，与天然地下水的水质特征相差较大，增加了实际应用的难度；硫酸盐还原菌去除水中硫酸盐的方法主要应用在废水处理中，因该细菌还原时需要大量碳源（COD），对SO₄^2-的去除率随COD/SO₄^2-比值的增加而提高。因此该法不适合处理有机物含量较低的生活饮用水。

发明内容

本发明一种增强吸附地下水中氟化物和硫酸盐并回收硫酸铵的方法的目的在于，针对混凝沉淀、膜处理、传统化学吸附除氟以及生物处理除硫酸盐等方法处理生活饮用水的缺陷，提出对活性氧化铝进行金属镧镁掺杂改性来增强吸附去除地下水中高浓度氟化物和高浓度硫酸盐并回收硫酸铵的方法。使处理后的水中氟化物和硫酸盐均达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）——氟化物≤1mg/L、硫酸盐≤250mg/L，地下水中硫酸盐含量是氟化物含量的几十倍甚至上百倍，并且改性活性氧化铝对硫酸盐的选择性远低于对氟化物的选择性，因此，吸附饱和后的改性活性氧化铝采用氨水进行再生，再生废液主要为硫酸铵溶液，经提浓后可以回收硫酸铵。从而公开一种采用金属镧镁掺杂改性活性氧化铝增强吸附地下水中高浓度氟化物和高浓度硫酸盐并回收硫酸铵的技术方案。