CN102795700A

CN102795700A - 一种天然处理高氟温泉饮用水的除氟剂及使用方法

Info

Publication number: CN102795700A
Application number: CN2011101347190A
Authority: CN
Inventors: 刘永林; 雒昆利
Original assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Current assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明涉及一种天然高氟温泉饮用水除氟处理剂的组成及其除氟方法。该除氟方法包含以下步骤：首先，采集以长石砂岩为基岩的风化土壤，晾干，去除植物残留物，粉碎，过0.075mm筛；然后称取0.5g本处理剂，置于100ml已冷却的高氟温泉饮用水中，搅拌5min，静置30min，过滤，既可得到氟含量达到国家生活饮用水卫生标准的饮用水。本处理剂为天然材料极易获取、成本低、除氟效率高、处理方法简单、易操作，不污染原饮用水中其他元素含量，具有很强的实际应用价值和推广性。

Description

一种天然处理高氟温泉饮用水的除氟剂及使用方法

技术领域

本发明涉及一种天然高氟温泉饮用水除氟处理剂的组成及其除氟步骤。

背景技术

氟是人体内必须的微量元素之一，氟化物在自然界中主要存在于萤石，氟磷灰石及冰晶石等矿物中。而在人体内，骨和牙齿是主要的人体含氟组织，氟化物与人体生命活动及牙齿、骨骼组织代谢密切相关。适量的摄氟量可以促进牙齿珐琅质对细菌酸性腐蚀的抵抗力，防止龋齿。若饮用含氟量高的饮用水，则会影响人体的钙、磷代谢，使人体的物质代谢和生理功能发生紊乱，从而造成氟骨症、氟斑牙等氟中毒症状。生活饮用水卫生标准规定，饮用水中氟浓度不得大于1.0mg/L。

云南昭通为我国典型的燃煤型氟中毒地区，且处于缺水和生态环境脆弱地区。地下热水和温泉水是昭通一些地区人畜的主要饮用水来源，如昭通市区的部分地区和昭通市昭阳区的太平乡等，主要是以温泉水和地下热水做为生活饮用水。温泉饮用水的氟含量一般高于1.0mg/L。正确处理利用温泉水已成为解决氟中毒区水资源短缺的主要途径和保障当地居民饮水安全的重要措施。

高氟饮用水中除氟的技术主要有膜渗透法，离子吸附法。膜渗透法主要有反渗透法，纳滤膜法，电渗析法等。1、反渗透法处理的水具有极高的纯度，其优点是除氟率高。如王玉坤等利用反渗透法除去河北省沧州市南排河镇高氟饮用水(2.19mg/L)中氟的去除效率达到93.2％。其缺点：(1)不具选择性，在降低高氟饮用水中氟的含量时，亦将水中其余有益化学元素降低，如总硬度去除率也达到94.7％。(2)因需求操作压力大，耗电量高，致使成本高，不适宜在山区和穷困地区使用；(3)处理过的水变成了酸性，需要进行pH值校正。2、纳滤膜法与反渗透法运原理相同，但纳滤膜膜孔径大于反渗透膜孔径。其优点：(1)需要操作压力小，水流量大，处理的速度快；(2)除氟效率高，且在除去氟离子的同时亦将部分氯离子和硫酸根离子去除，如迪亚瓦拉(Diawara)利用DESAL-5DL纳滤膜分离溶液离子，除氟率达83％，除氯离子63％，除硫酸根离子99％。其缺点是：(1)主要适用于苦咸水的净化处理；(2)虽然耗电量相对于反渗透膜法有所降低，但依然不适宜在山区和偏僻的农村推广使用。3、电渗析法是在电场作用下进行的渗析，以此来去除水中部分离子。其优点是：电渗析具有选择性渗透，即阴离子膜仅允许阴离子通过，而阳离子膜则仅允许阳离子通过。缺点：(1)除氟效果不理想，如王玉坤等，利用反渗透法处理河北省沧州市大单镇砥桥村高氟饮用水(2.29mg/L)，处理之后饮水中氟浓度为1.11mg/L。(2)维护成本高，需要专门技术人员管理，不适宜在穷困地区使用。

离子吸附法除氟相对于膜渗透法具有成本低，使用方便，易于在农村及穷困山区推广。因此，离子吸附法得到许多研究者的支持，且低成本，高除氟率的吸附剂亦被广泛推出。1、活性氧化铝主要是通过高温分解三水铝石，氢氧化铝等材质而制成的。其优点：(1)孔隙结构发达、比表面积较大、吸附容量大；(2)活性氧化铝可以通过加入4％的氢氧化钠再生；(3)除氟效率高，如崔博西(Tripathy)等使用活性氧化铝除高氟水(25mg/L)中氟化物，吸附剂剂量8g/L，在pH＝6.5，接触时间3h，除氟率到达92.6％，降氟效果十分明显。其缺点：(1)使用活性氧化铝会导致饮用水中铝离子含量增加，若超过0.2mg/L，会致使人痴呆和破坏骨骼肌系统；(2)处理之后水的口感变差，人们不愿意饮用；(3)如果在当地生产，前期需要大量投入，且不一定有市场，风险较大。但若从市场上购买活性氧化铝，对于山区或贫困地区来说，成本较高。2、红泥其成分主要为铝和铁的氧化物，为氧化铝制造过程中的铝土矿废弃物。采集的红泥为碱性，需要用蒸馏水反复冲洗多边，直至中和，然后用20％的盐酸浸泡使其活化。在pH＝5.5，接触时间2h，红泥仅能去除含氟21mg/L的水中77％的氟。饮用水的pH值一般都在6.5～8.5之间，且改性的红泥被盐酸浸泡过，因此，对去除饮用水中氟效果不好。3、砖粉将砖块用水冲洗，干燥磨碎，在105℃烘干2h，之后过300μm筛。接触60min，水的pH＝6.0～8.0时，除氟率在50％左右，因此不能将一些含氟量较高的饮用水降至安全饮用水合理范围之内，限定了推广应用。且将砖块制成砖粉的加工过程不适宜在山区和广大农村使用。4、斜发沸石经碾碎、筛分成粒径20～40目，先用2％的氢氧化钠溶液浸泡，冲洗干净后用1％的硫酸铝钾溶液浸泡活化，吸附饱和后的沸石用1％的硫酸铝钾溶液浸泡再生。缺点是：沸石在pH＝7～9时，吸附量很小，所以对于一些高氟饮用水，不能达到好的除氟效果。5、骨炭是一种黑色、多孔的颗粒状物质，是动物骨骼经去污、脱胶、破碎、过筛和高温熔烧炭化后，再经碱液浸泡、冲洗、脱脂、干燥和过筛而成。除氟率到达85.8％，除氟效果明显。但需要建立小型处理水厂，适宜部分农村使用，但不符合穷困的山区。

石灰沉淀法，利用钙离子与氟离子结合形成难溶的氟化钙，已到达降氟的目的。但在降氟的同时也将水的pH值达到11～12范围之内，饮用水pH值范围(pH＝6.5～8.5)，降氟率在18％～33％，产生许多废渣。并且这种技术不适用于个体使用，需要建立完备的工厂，成本和维修费相当高。因此，在小城市，山区不易推广。

综上所述，膜渗透法具有成本高，不具选择性渗透等缺点。现有的离子吸附剂法，因吸附剂的制作方法繁琐，成本高，且使用后可能污染饮用水。因此，这两种方法都不适宜在山区和贫困地区推广使用。而石灰沉淀法，降氟率低，饮用水处理后pH值超出生活饮用水标准范围。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种成本低廉、制备简单、使用方便、效果更好的天然处理高氟温泉饮用水的处理剂。

本发明的目的之二在于提供上述天然处理剂的制备方法及使用步骤。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种天然高氟温泉饮用水的处理剂，由以长石砂岩为基岩，并位于山坡上的风化土壤(表1)制成。

表1风化土壤与砂岩的化学成分

制备上述高氟温泉饮用水处理剂的方法为：

1、采集以长石砂岩为基岩，并位于山坡上的风化土壤，并取距地表30cm深以下的土壤；

2、晾干，去除土壤中的植物残留物，及其砂砾，然后粉碎，过0.075mm筛。

通过以上两个步骤，既可以获得一种处理高氟温泉水的处理剂。

与现有技术的比较，本发明具有一下优点：1、步骤简单，直接获取土壤既可，山区和贫困地区人民容易掌握；2、制备处理剂的原料获取容易。制备本发明处理剂所需的原材料以砂岩为基岩的风化土壤在我国南方地区都有广泛分布，获取非常容易；3、制备工艺简单。制备本处理剂，不需要大型仪器，只需要有孔径为0.075mm的筛子既可，适合广泛推广应用；4、成本低廉。由于制备本处理剂，不需要大型仪器，所以成本低廉，适合在农村山区使用；5、适宜推广。制备本处理剂，不需要大型仪器，只需0.075mm筛子，及制作过程简单易学，所以人们掌握很快，利于推广应用；6、降氟效果明显。在适量的饮用水中添加适量的本处理剂，降氟效果十分明显，饮用水中氟浓度可以达到国家生活饮用水安全氟浓度(1.0mg/L)标准(GB 5749-2006)以下。并且用本处理剂处理过后的高氟温泉饮用水，其他元素含量亦符合国家生活饮用水安全标准。

本发明是申请者经多次实地考察和大量样品采集，以及数次科学实验而成，具有科学性和实用性，为以高氟温泉水为生活饮用水的地区提供了一种新的高效，安全方便的选择，具有良好的经济效益、巨大的环境效益和广泛的社会效益。

具体实施方式

下面根据实施实例具体说明本发明。

按下述步骤制备本发明废水处理剂：

1、采集云南昭通市镇雄县芒部镇位于山坡上的距地表30cm深的长石砂岩风化土壤；

2、去除植物的残留根系，以及砂砾等杂物，晾干，粉碎，过孔径0.075mm的筛，既可得本发明的处理剂。

在云南昭通市昭阳区永宏宾馆采集高氟温泉饮用水，使用雷磁PHSJ-4A酸度计，采用《生活饮用水标准检验方法-GBT 5750-2006》中的氟离子选择电极法测定高氟温泉水中的氟含量。具体步骤如下：

1、将高氟温泉水冷却到室温，然后取100ml水于200ml烧杯中；

2、称取0.5g已过0.075mm筛的本处理剂，置于盛100ml高氟温泉水的200ml烧杯中，搅拌5min，静置30分钟，过滤；

3、取滤液45ml，加总离子强度缓冲剂5ml，用氟离子选择电极法(GB 7484-87)测定滤液中氟含量；

4、取滤液30ml，用玻璃电极法(GB 6920-86)测定滤液pH值；

5、将剩下的滤液，用电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)测定滤液中其他微量元素和常量元素含量。结果如表2所示：

表2高氟温泉饮用水处理前后元素含量值对比

表2结果显示，高氟温泉饮用水，投加适量本发明处理剂后，经简单的搅拌，沉淀澄清及过滤后，即能使水中氟含量符合我国《生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)》。并且铁，锰和锌都有不同幅度的降低。其余离子含量亦都在国家生活饮用水卫生标准之内，只是铝含量增加较多，接近生活饮用水卫生标准。因此，在使用本处理剂时，为控制铝含量可以少投放本处理剂，或者降低本处理剂与高氟温泉饮用水的接触时间。经过试验表明，当接触时间为24h时，水中铝含量(426μg/L)超过国家生活饮用水卫生标准(200μg/L)。

Claims

1.用于高氟温泉饮用水中除氟的长石砂岩风化土壤，具有以下特征：应采集距地表30cm以下深度的土壤。土壤中主要常量元素的成分为，Al₂O₃：7.68％～9.164％；Fe₂O₃：3.34％～4.0％；CaO：0.139％～0.159％；MgO：0.42％～0.57％；Na₂O：0.23％～0.26％；K₂O：1.33％～1.91％；SiO₂：55.34％～73.52％。

2.所用长石砂岩风化土壤的采集与制备：采集山坡上长石砂岩风化的土壤，晾干，去除土壤中的植物残留物，及其砂砾，然后粉碎，过0.075mm筛。

3.称取0.5g粉碎，并过0.075mm筛的本处理剂，放于100ml的水中，搅拌5min，静置30min，过滤。