活性氧化鋁飲水除氟新工藝的工程化研究

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摘要：研究瞭活性氧化鋁飲水除氟技術，並將其與密實移動床吸附裝置相結合。結果表明，活性氧化鋁—密實移動床飲水除氟技術有如下優點：吸附容量較高、處理水量大、可連續運行、產水的氟含量合適（0.5～1.0mg/L）、設備尺寸較小。確定瞭載氟氧化鋁用少量NaOH 溶液處理後水淋洗的工藝，並對其中部分高濃度含氟、鋁廢水，制定瞭石灰沉淀—硫酸調整最終廢水pH值的處理工藝，確保瞭除氟工程的環保要求。本研究為活性氧化鋁飲水除氟工程化奠定瞭基礎，同時還可以提供按水處理量所采用的固定床裝置或密實移動床吸附塔及相應專用的再生塔的結構。關鍵詞：飲水除氟 活性氧化鋁 密實移動床 NaOH液-水解吸 高濃度氟鋁廢水處理　　G.Singh 等報道瞭以活性氧化鋁作為吸附劑，以NaOH溶液作為解吸劑，從飲水中除氟的反應機理[2]：　　酸活化過程 2Al2O3HOH＋H2SO4—> (Al2O3H)2SO4＋2H2O 　　在酸性溶液中的離子交換除氟過程 Al2O3H+＋NaF—>Al2O3HF＋Na+ 　　載氟氧化鋁的堿解吸過程 Al2O3HF＋2NaOH—>Al2O3NaOH＋NaF＋H2O　　我院試驗瞭類似於上述的活性氧化鋁除氟新工藝[3]。在此基礎上，又用目前國內生產的性能更好的活性氧化鋁進行瞭飲水除氟的工程化研究。 　　1 實驗部分 　　1.1 原水配制及除氟用活性氧化鋁　　活性氧化鋁吸附氟，其吸附能力隨水的pH值降低而增加，當原水的pH值為6.0左右時效果最佳[3]。從除氟後水的pH值應符合飲水要求和活性氧化鋁有較高的吸附容量出發，實驗中吸附原水用院內深井自來水加稀硫酸調節pH值至6.5±0.1，然後加入標準NaF溶液，使氟濃度調節至4.0mg/L。用標準的氟電極法測定水中氟濃度。 　　對三個廠傢提供的不同粗徑的γ－Al2O3進行瞭除氟能力的測定，最終選用性能最好的某廠生產的粒徑為0.5～1.5mm的γ－Al2O3進行試驗。該吸附劑的其他特性參數如下：孔容0.44 mL/g，比表面201 m2/g，堆密度 0.77kg/L，強度19.2 N，粒度分佈Φ1.5mm，占2%。 　　1.2 固定床吸附除氟試驗圖1 活性氧化鋁吸附氟曲線圖 　　 1.3 密實移動床吸附除氟試驗 　　 實驗采用自加工的有機玻璃制小型密實移動床，柱內徑24mm、總高3400mm。向柱內裝滿用去離子水沖洗處理好的活性氧化鋁，以5.0L/h的流量從柱下端一側支管通入吸附原水進行吸附，除氟後水從柱上端一支管流出。由於活性氧化鋁為新的，所以需經過一段時間出水氟含量才能達到1.0mg/L，此時起且以後每隔12h由柱底排料閥排放一定量的飽和活性氧化鋁，同時從上部補加同樣量的水洗好的活性氧化鋁，繼續運行12h，出水又恰好達到1.0±0.1mg/L。試驗從10月18日連續穩定運行至11月6日，共排出飽和活性氧化鋁850mL，產水2360L。　　 在試驗達穩定態運行後，經過多次調整飽和活性氧化鋁的排放量，最後找到在該運行條件下，穩定運行12h的飽和活性氧化鋁排放量為70 mL。由此計，密實移動床吸附所得飽和活性氧化鋁容量為2.78mg/mL，稍大於前面固定床的試驗值。　　圖2 排濾料後不同運行時間柱內水的氟濃度與其所處高度的關系 　　（取樣口及出水口相對於進水口的高度為0.3m、0.8m、1.3m、2.5m及3.0m）　　上述試驗結果表明, 應用活性氧化鋁密實移動床除氟比固定床好，吸附容量達2.78mg/mL，出水氟濃度完全在飲水標準范圍內（0.5～1.0mg/L），可集中處理大規模的供水，另外，運行穩定、操作方便。　　1.4 解吸試驗　　首先對固定床吸附小試所得的飽和柱（其吸附氟量為555.16mg），采用上述解吸法處理，解吸下的氟為545.28 mg，其解吸率為98.22%。 　　對密實移動床吸附所得飽和活性氧化鋁進行同樣的解吸試驗，結果見表1。可見， 1BV 3% NaOH溶液淋洗，其流出液的pH值為8.5，並不高，其中F-、Al3+的含量也很低；第2BV水洗的流出液pH值升至12.44，F-1650mg/L, Al3+2680 mg/L,其後的流出液pH值緩慢下降，而F-、Al3+的含量迅速下降；在最終2BV水洗後，其流出液pH值為6.45，F-1.26mg/L, Al3+4.7 mg/L。2BV水洗後。試驗還表明，若繼續水洗1~2BV，Al3+即可降至0.5mg/L以下，活性氧化鋁可返回吸附。　　1.5 氟、鋁濃度高的淋洗廢液的沉淀法處理　　在飽和活性氧化鋁再生處理過程中，大部分含氟鋁濃度較低的流出液可以循環使用，但有2BV氟、鋁濃度均很高的淋洗液(平均含F-1000mg/L、Al3+2180mg/L左右)必須處理達標後才能外排。pH F-/mg/L Al3/+/mgL-NaOH溶液 0~0.56.72 1.550.5~17.25 H2O12.441650 268012.501680 3~4 11.9195 430 4~542.65~6 11.3430H2SO4溶液6~7 11.03647~8458~9 10.74 9.59~1010.092.2 1110~11 6.49 1.26　　表2 加200%氧化鈣後沉氟料液的pH值與溶液中殘留氟濃度關系 pH 9.87.0 6.6F- /mg/L 520 95 50189.2　　原始廢水的pH為12.50，氟濃度為1500mg/L。　　根據以上實驗，提出活性氧化鋁飲水除氟各工序及再生廢水處理的參數。 　　吸附：原水pH調節至6.5±0.2；吸附接觸時間 5min；空塔線速度 ，密實移動床10m/h以上，固定床5m/h左右； 　　再生：1BV 3% NaOH溶液淋洗、5BV水洗、3BV 5g/L H2SO4溶液淋洗、3~4BV水洗，接觸時間均為12min。 　　高氟、鋁再生廢水的處理：采用石灰乳沉淀—硫酸調pH的方法。按廢水中氟含量完全形成CaF2沉淀所需的石灰量的200%投加石灰乳，攪拌0.5h後，在攪拌條件下用硫酸調廢水pH值為6.6後，放置自然沉降2.5～3h，漿體部分過濾，濾渣堆放，濾液及上清液可達標排放。　　3 結論 　　活性氧化鋁飲水除氟，再生時有影響環保的高濃度氟鋁廢水產生，需專門的處理，故飲水除氟宜采用集中處理方式。在大規模的城鎮居民飲水除氟工程中，采用密實移動床技術是必要且經濟的。在規模不太大的飲水除氟工程中，固定床除氟技術也是適用的。載氟活性氧化鋁的再生，采用堿液處理、水洗、稀酸中和、再水洗的新工藝較為合適。其中2BV的堿性高濃度氟鋁淋洗液，需用氧化鈣沉淀稀硫酸液調節 pH去除F-、Al3+後才能排放，其餘的淋洗液則可回收返回使用，這樣，經濟實用且達到環保要求。已開發並設計出活性氧化鋁飲水除氟系列裝置。以往均強調活性氧化鋁除氟時應對該吸附劑進行酸性活化處理，然而從本研究來看，隻需將活性氧化鋁充分水洗，確保吸附時出水的pH值在7左右，活性氧化鋁就有強烈的吸附氟能力，這一點不論對新的活性氧化鋁還是堿解吸後的活性氧化鋁都是如此。　　參考文獻：　　[3] 高錫珍、靳宏志，水洗在活性氧化鋁解吸過程中的作用. 濕法冶金，2000，19（4），1～5. Tags:禮品,souvenir,贈品,文具,紀念品,環保,環保袋批發,禮品訂造,筆,餐具,帆布袋,canvas bag,獎座,毛巾,水樽,袋,recycle bag,環保袋,tote bag,shopping bag,bag,傘,gift,gifts,premium,cup,stationery,folder,pen,USB,禮品,souvenir,贈品,文具,紀念品,環保,環保袋批發,禮品訂造,筆,餐具,帆布袋,canvas bag,獎座,毛巾,水樽,,網頁設計,seo,,Web Design