CN101088604A - 用于降氟改水的滤料制备工艺 - Google Patents

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李寿山
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Abstract

本发明公开了一种用于降氟改水的滤料制备工艺。它具有配制简单，易于制造，使用简便，降低成本，降氟效果好等优点，其方法为：(1)以天然沸石为原料，精选后粉碎至5－8目；(2)进行900－1000℃高温焙烧，时间为3－4小时；(3)将物料冷却后放入浓度为30％的盐酸中18－24小时，进行酸处理；(4)将酸处理后的物料冲洗干净后，按照1∶0.03－0.05的比例与无机盐混合后浸泡12－24小时，进行盐处理；(5)将盐处理后的物料冲洗干净后与2－10％浓度的氢氧化钠溶液按照1∶0.02－1的比例混合浸泡10－30小时，进行碱处理；(6)处理后的物料冲洗干净后，放入1－5％浓度的明矾溶液中10－16小时，进行活化；(7)将活化后的物料进行酸碱平衡；(8)将物料干燥；(9)进行保水处理，即可得到成品。

Description

用于降氟改水的滤料制备工艺
技术领域
本发明涉及一种降低水中氟含量的滤料，尤其涉及一种用于降氟改水的滤料制备工艺。
背景技术
氟是人体中较活泼的生理元素，可抑制或刺激某些酶素的活动，大部分氟化物存在于硬组织内，但过量则会引起氟中毒。地方性氟中毒是在富氟区的特定地质地理条件影响下，人在这个环境中生活，长期通过饮水摄入超过生理需要量的氟，而引起的一种慢性中毒疾患。临床上主要表现为氟斑牙和氟骨症，是一种严重危害人类健康的地方病。为此，需对高氟水进行降氟处理。
目前常用的降氟改水方法有以下几种：
1、混凝沉淀法：常用的混凝剂有硫酸铝、氯化铝及碱式氯化铝等。混凝剂在水中可形成大量胶体物质，凝聚成絮状物在沉淀过程中吸附水中的氟达到除氟目的。本法只适用于处理含氟5mg/L以下的水源水。其除氟过程为：原水→混凝剂→混凝池→清水池→供水系统(压力罐或水塔供水)。每除掉1毫克氟离子需要投加10毫克铝离子，按此比例计算投加混凝剂的用量，加入混凝剂后，快速搅拌3分钟，再缓慢搅拌2分钟，使之形成矾花，然后静止2-3小时，上清液进入清水池。
本方法投加混凝剂后，水的适宜PH值为6.5～7.5，如原水PH值偏低，可投加石灰乳调节PH值至7左右，此法PH值的控制难度较大，水中氟含量＞5mg/L不能处理，也容易使处理后水的氯离子或硫酸根离子的过量增高，影响水质。
2、活性氧化铝法：活性氧化铝是将氧化铝(Al2O3)在400～600°灼烧而成，是一种多孔性无机吸附剂，具有较大的面积，对氟有很强的离子交换及吸附作用。本法可处理含氟量10mg/L以下的水，除氟容量为1.2mg·F/g·Al2O3。除氟过程是先给活性氧化铝结合上交换离子，才具有除氟效能。当活性氧化铝与高氟水接触时，即释放交换离子，并与水中氟离子结合。如以硫酸铝为再生剂时，硫酸根为交换离子。常用的再生剂除硫酸铝外，还有氢氧化钠、硫酸、盐酸等。
此法操作技术要求高，再生时间长，而除氟剂和再生剂成本较高。处理水费用高。经济欠发达地区不好推广。
3、骨炭吸附法：骨炭除氟剂(BC除氟剂)，为0.8～1.6mm颗粒状，具有较大的表面积，对氟有很好的吸附性能。它的主要成分是羟基磷酸钙。除氟流程与活性氧化铝基本相同。该方法的最适PH值为7；水与降氟矿料的接触时间10分钟以上；再生剂为氢氧化钠，解吸1g氟需15g氢氧化钠，以1％的溶液进行再生，并用0.05N的稀酸中和滤床。除氟容量为3～4mgF/g·BC。
此法需频繁再生，操作太复杂，除氟剂和再生剂成本较高，处理水容易产生异味，群众不愿接受。
4、电渗析法：电渗析器是由多层阴、阳离子膜相互交替排列形而成。阴离子交换膜可使水中阴离子透过，阳离子交换膜可使阳离子透过。在外加电场的作用下，利用离子交换膜的这一特性，使水中的一部分离子迁移到另一部分水中，将水分成浓水和淡水，淡水中阴、阳离子同时减少，氟含量也相应降低。其除氟流程是将设备与原水接通，其出水分成浓水与淡水，浓水弃掉，淡水进入蓄水池，再用泵或水塔送入用户。
此法耗电量大，制水成本高，需频繁倒极，适用于苦咸水和海水的淡化。
5、其它无机离子交换吸附剂法降氟：国内有采用含铝和含镁的两种天然矿石混合后粘结加工成除氟滤料的文献报道；有采用氧化铝和石英砂研制除氟滤料的文献报道；国外有采用碳酸钙进行废水除氟的文献报道。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前降氟改水的滤料和工艺成本高，效果不理想，难以有效达到降氟改水目的的问题，提供一种具有配制简单，易于制造，使用简便，能有效降低成本，达到良好降氟作用等优点的用于降氟改水的滤料制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于降氟改水的滤料制备工艺，它的步骤为，
(1)它以天然沸石为原料，进行精选后，粉碎至5-8目；
(2)将粉碎后原料进行高温焙烧，其温度为900-1000℃，时间为3-4小时；
(3)将焙烧后物料冷却后放入浓度为30％的盐酸中18-24小时，进行酸处理；
(4)将酸处理后的物料冲洗干净后，按照1∶0.03-0.05的比例与无机盐混合后浸泡12-24小时，进行盐处理；
(5)将盐处理后的物料冲洗干净后与2-10％浓度的氢氧化钠溶液按照1∶0.02-1的比例混合浸泡10-30小时，进行碱处理；
(6)处理后的物料冲洗干净后，放入1-5％浓度的明矾溶液中10-16小时，进行活化；
(7)将活化后的物料进行酸碱平衡；
(8)将物料干燥；
(9)进行保水处理，即可得到成品。
本发明选择了天然沸石作为降氟改水的矿物原料。它具有硬度大、物理及化学性能稳定的特点，其具有特殊的结构构造，能与吸附性能强的矿物进行匹配，在对匹配好的矿石进行破碎加工并经高温及活化处理后制成降氟改水原料。对高氟水进行处理，使其达到国家颁布的生活饮用水卫生标准(＜1mg/L)。
天然沸石矿物特性有以下几点：
1、矿物通常呈浅色、硬度较大。
2、在与硅酸盐类其它矿物相比，该矿物比重小，折光率最小。
3、晶格具有三度空间架状构造。在架状骨干中具有宽阔的“孔道”，结晶格架中平衡负电荷的阳离子易和周围水溶液中的阳离子发生交换，而不破坏晶体构造。
4、具有较强的吸水性能
随着灼烧温度的升高，矿石(加工到合适的粒度)起到了疏通矿石的孔道，扩大表面积的作用，对促进矿石对氟离子的交换吸附能力起到了决定性的作用。矿物矿石晶体内的大量孔穴和通道(其体积可占矿石全部体积的50％)使其具有很大的表面积(可达400-1000m2/g)，决定矿石存在很大的“色散力”，加上矿石的特殊分子结构，可形成比较大的静电引力。当矿石内部的水脱除以后，其空腔在应力场的作用下，对周围的气体和液体产生很大的吸附作用。矿石中的孔道和空腔直径一般在3×10-1～11×10-1nm和6×10-1～15×10-1nm之间。因此只能通过直径比其小的物质，并被吸附：而较大分子直径的物质则不能通过和被吸附。同时又能溶出各种人体必须的微量元素。工业上利用矿石的这种选择交换吸附、容出性能，制成各种矿料分别处理不同水质，如：矿化水、污水、中水、高氟水等。
矿物原料与活性炭吸附NH4 +作用对比的情况，见下表
矿物原料与活性炭对NH3 +吸附率对比表
实验次数 吸附剂               NH4 4吸附率(％)
    10分钟     20分钟     30分钟
1     矿料     90     92     95
    活性碳     63     65     72
2     矿料     88     95     100
    活性碳     62     67     70
3     矿料     80     93     98
    活性碳     63     67     73
表中所列矿物原料的吸附性要明显好于传统的活性炭滤料。
本发明的有益效果是：
1、本发明按水中氟浓度的高低定量投入高氟水降氟效果明显。降氟后的水均能达到国家颁布的生活饮用水卫生标准。
2、本发明滤料加工工艺简单、物美价廉、运行成本低、便于推广应用的目的。
3、采用本法降氟改水，不仅在含氟量高的饮用水能大幅度地降低氟含量至国家饮用水卫生标准范围内，而且使用硅酸盐矿物原料，使降氟后的饮用水中，原水中的其他成分无明显变化。
4、为保护环境，避免造成新的环境污染，本文提了简单有效的再生液中高浓度氟的处理方法，利用此法可使废液完全达到我国关于地面水氟(不大于10mg/l)的排放标准。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
一种用于降氟改水的滤料制备工艺，它的步骤为，
(1)它以天然沸石为原料，进行精选后，粉碎至5-8目；
(2)将粉碎后原料进行高温焙烧，其温度为900-1000℃，时间为3-4小时，最好为温度是950℃，时间是3小时；对经过精选的天然沸石原料进行高温焙烧，其目的是清除沸石孔穴和孔道的有机物质等，控制焙烧条件和时间使焙烧后沸石对水的吸附容量最大。
(3)将焙烧后物料冷却后放入浓度为30％的盐酸中18-24小时，进行酸处理，最好为20小时；其达到以下目的：清除沸石孔穴和孔道的SiO2、Fe2O3和有机物质等杂物，从而使孔穴和孔道得到疏通；半径小的H+置换半径大的阳离子，如Ca2+、Ma2+、Na+等，使孔道的有效空间拓宽；增加吸附活性中心。
(4)将酸处理后的物料冲洗干净后，按照1∶0.03-0.05的比例与无机盐混合后浸泡12-24小时，进行盐处理，时间最好为18小时；对沸石进行盐处理，使无机盐的一价阳离子置换沸石中的Ca2+、Ma2+等。
(5)将盐处理后的物料冲洗干净后与2-10％浓度的氢氧化钠溶液按照1∶0.02-1的比例混合浸泡10-30小时，进行碱处理，时间最好为24小时；经过碱处理，调整沸石的孔道结构，活性比表面积增大，能更好的吸附铝盐及其水解产物，成为铝盐良好的载体。经由F-与Al3+的稳定配位作用，可有效吸附去除水中的氟离子。
(6)处理后的物料冲洗干净后，放入1-5％浓度的明矾溶液中10-16小时，进行活化，时间最好为14小时，使改性沸石的活性得到进一步的提高和稳定；
(7)将活化后的物料进行酸碱平衡；
(8)将物料干燥；
(9)进行保水处理，即可得到成品。

Claims (6)

1、一种用于降氟改水的滤料制备工艺，其特征是：它的步骤为，
(1)它以天然沸石为原料，进行精选后，粉碎至5-8目；
(2)将粉碎后原料进行高温焙烧，其温度为900-1000℃，时间为3-4小时；
(3)将焙烧后物料冷却后放入浓度为30％的盐酸中18-24小时，进行酸处理；
(4)将酸处理后的物料冲洗干净后，按照1∶0.03-0.05的比例与无机盐混合后浸泡12-24小时，进行盐处理；
(5)将盐处理后的物料冲洗干净后与2-10％浓度的氢氧化钠溶液按照1∶0.02-1的比例混合浸泡10-30小时，进行碱处理；
(6)处理后的物料冲洗干净后，放入1-5％浓度的明矾溶液中10-16小时，进行活化；
(7)将活化后的物料进行酸碱平衡；
(8)将物料干燥；
(9)进行保水处理，即可得到成品。
2、根据权利要求1所述的用于降氟改水的滤料制备工艺，其特征是：所述步骤(2)中，焙烧温度为950℃，时间为3小时。
3、根据权利要求1所述的用于降氟改水的滤料制备工艺，其特征是：所述步骤(3)中，酸处理时间为20小时。
4、根据权利要求1所述的用于降氟改水的滤料制备工艺，其特征是：所述步骤(4)中，盐处理的时间为18小时。
5、根据权利要求1所述的用于降氟改水的滤料制备工艺，其特征是：所述步骤(5)中，碱处理时间为24小时。
6、根据权利要求1所述的用于降氟改水的滤料制备工艺，其特征是：所述步骤(6)中，活化时间为14小时。
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