CN104961268B - 一种利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，包括步骤：首先将含氟地下水按照一定比例加入轻质氧化镁，进行吸附脱氟处理后，过滤得到净水1；将酸性生物制剂1缓慢加入到净水1或经过再净化的净水2中搅拌进行反应，同时测试水的pH值，当水的pH值降低到6‑8.5之间时，停止加入生物制剂1；过滤即得净水即可供给饮用，其中，将上述过滤得到的滤脱生物质制剂颗粒进行收集，返回用于净水1的再净化得到净水2。本发明是是采用某些含有酸性功能团的生物质为基本原料，对被氧化镁吸附处理后的地下水进行接触反应，可以实现对其碱性的中和以及同时对水中含有的溶入镁离子进行吸附脱除。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理技术，是针对氧化镁吸附脱氟之后水溶液呈碱性之调节成中性的方法，特别涉及一种利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法。
背景技术
我国尚有广大农村地区的老百姓，日常饮水是抽取地下水作为水源的，由于地质构造成分的原因，岩层中的氟化盐成分会部分溶解而致使水中的氟含量超过饮用水的安全饮用标准。一般地，饮用水中含氟过低或者没有时，长期饮用则可能得龋齿症，而含氟高过一定标准时（大于1mg/L），长期饮用则会患氟斑牙、氟骨症。据统计，我国目前大约有6300多万人口，尤其在我国北方如山东、山西、河北、宁夏、内蒙、北京等地，以地下水为饮用水源的氟含量超标情况甚多，给人们的生命健康带来了威胁。因此，迫切需要开发高效、简单、易行、安全、普适性强的技术来实现广大偏远农村地区以地下水为饮用水源的氟达标处理。能满足以上诸方面条件的技术无过于吸附，而吸附技术的关键在于吸附功能材料。合适的吸附功能材料应该对氟离子具有良好的选择性脱除效果，且吸附容量较高，同时原材料本身较易获得，且价格便宜，不含有害成分。从这个意义上讲，活性氧化镁是较为合适的候选材料之一。
相对于氧化铝、骨炭、羟基磷酸钙、高价金属复合材料如稀土与铁的氧化物及负锆树脂等，氧化镁用于地下水中氟的吸附脱除，具有价格便宜、原料易得、效果显著、安全无害、适应性强等优点，因此，相比而言，氧化镁作为地下水的脱氟材料，具有显著突出的综合优势。但是，在实际应用过程中，也存在着一些问题需要克服：吸附后的水溶液呈弱碱性，一般在pH值9-11之间，故需要添加少量酸来中和至饮用水合格范围内（pH 6-8.5），同时会形成中和后的可溶性盐增加水的盐度，影响到水的饮用口感及长期饮用的安全性；另外，氧化镁在水中具有一定的溶解度，会有部分镁离子溶进水中，致使水的镁硬度增高，影响饮用水的口感；还有，氧化镁粉末颗粒一般较细小，故在脱氟处理完之后，如何实现其彻底地固液分离，也是一个挑战。这些问题的存在，在一定程度上影响到了氧化镁作为一种合适的吸附功能材料被推广应用到地下水中氟离子的净化脱除实践的范围和进度。为此，本发明提出了针对性的解决方案和技术措施。
发明内容
本发明提供一种专门针对用氧化镁做吸附剂对地下水中超标浓度的氟离子进行脱除时出现的pH值呈碱性、镁离子溶入及氧化镁微细颗粒难以快速沉降等缺点而设计的应对措施，可以有效地缓解和解决以上问题。
为实现上述目的，本发明提供一种利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，包括以下步骤：
（1）首先将含氟地下水按照1～10 g/L的比例加入轻质氧化镁，搅拌进行吸附脱氟处理后，过滤出氧化镁渣，该渣放入容器中堆弃处理；而过滤净水的pH值为9～11之间，将该净水转移到洁净容器中，命名为净水1；
（2）将酸性生物制剂1缓慢加入到净水1或经过再净化的净水2中，并保持均匀的搅拌状态，令其接触反应20min~300min，同时测试水的pH值，当水的pH值降低到6-8.5之间时，即停止加入生物制剂1；过滤脱除生物质制剂颗粒，所得净水即可供给饮用；
（3）将所述步骤（2）中过滤得到的滤脱生物质制剂颗粒进行收集，返回步骤（1）中用于净水1的再净化得到净水2。
进一步的，所述步骤（3）是将所述步骤（2）中过滤得到的生物质制剂颗粒收集，返回到步骤（1）的氧化镁吸附脱除地下水中超标氟离子的工序，待氧化镁吸附脱氟操作结束的时候，在均匀搅拌状态下将该固体渣加入到水中，保持搅拌5分钟后，停止搅拌，生物质制剂颗粒以及氧化镁颗粒迅速发生沉降，沉降30分钟后，过滤得到净水2，将吸附了氟的氧化镁以及生物质固体渣一起堆放至堆场中。
进一步的，所述酸性生物制剂1是取酸性成分含量较多的水果或蔬菜中的一种或几种混合，经过打果机打碎成细小的固液悬浮物，将其命名为酸性生物制剂1。
进一步的，所述的酸性成分含量较多的水果选自柠檬、柑橘、柚子、苹果、葡萄、橙子、杨桃、山楂、青柿子中的一种或几种；酸性成分含量较多的蔬菜类植物原料选自菠菜、大蒜皮、莴笋皮、大白菜叶子、洋葱皮中的一种或几种。可视具体情况而选择其中一种水果或蔬菜，也可多种水果之间或者蔬菜之间或者水果与蔬菜之间搭配，经过打果机打碎成细小的固液悬浮物，将其命名为生物制剂1；
优选的，所述酸性生物制剂1中的固体悬浮物的粒度为0.1~0.5毫米。
优选的，所述步骤1中进行吸附脱氟处理是搅拌4~6小时后，停止搅拌令其自然沉降1~3小时。
优选的，将吸附了氟的氧化镁以及生物质固体渣一起堆放至堆场中令其自然干燥、生物降解以及余下的无机氧化镁和氟化镁的安全堆弃。
本发明的基本设计思路是采用某些含有酸性功能团的生物质为基本原料，对被氧化镁吸附处理后的地下水进行接触反应，可以实现对其碱性的中和以及同时对水中含有的溶入镁离子进行吸附脱除。同时，将该接触处理后的生物质颗粒脱水后，投入到氧化镁吸附地下水的净化结束阶段，这些溶胀后呈凝胶状的生物质颗粒可以起到絮凝剂的作用，与氧化镁悬浮颗粒发生碰撞、缠绕等作用，将细小的氧化镁颗粒共絮凝而快速沉降到容器底部，从而加速了氧化镁颗粒自水体中分离的速度和效率。
附图说明
图1酸性生物质原料与氧化镁吸附组合脱氟工艺原则流程。
具体实施方式
实施例1：
一种采用大蒜废弃物生物质颗粒和氧化镁耦合使用来脱除水中的氟离子的操作步骤如下：
1）取10升含氟地下水，其中含氟浓度在5mg/L, 往其中加入轻质氧化镁30克加入，搅拌速度为50RPM，搅拌5小时后，停止搅拌令其自然沉降2小时，可发现上清液澄清、透明，过滤之后得到的氧化镁颗粒物专门堆弃处理；过滤水之pH值测定为10.3；
2）选择大蒜废弃物破碎成粒度为0.3毫米大小的颗粒材料1千克，投入到以上过滤水中，期间一直保持水处于均匀搅拌状态，令其接触反应5小时，可见到水之pH值逐渐下降，直至pH值达7.2为止，过滤，所得到的过滤水测得其中的氟离子浓度为0.45mg/L，可供给饮用；
3）而过滤渣则专门收集，返回到下一次的用氧化镁吸附处理地下水中超标氟离子浓度时，待到如第1）步骤中所示的氧化镁加入到10升的地下水中吸附脱氟处理5小时后，将其加入，并保持均匀缓慢搅拌30分钟后停止搅拌，令其自然沉降，60分钟后，将其过滤，得到的净水可回到步骤二中净化成为可供饮用的水，过滤渣中含有吸附了氟的氧化镁和大蒜废弃物生物质颗粒，将其放到专门的堆场中堆弃、自然生物降解。
实施例2：
一种采用柠檬果和氧化镁耦合使用来脱除水中的氟离子的操作步骤如下：
1）取10升含氟地下水，其中含氟浓度在5mg/L, 往其中加入轻质氧化镁30克加入，搅拌速度为50RPM，搅拌5小时后，停止搅拌令其自然沉降2小时，可发现上清液澄清、透明，过滤之后得到的氧化镁颗粒物专门堆弃处理；过滤水之pH值测定为10.3；
2）选择青柠檬果，打果机打碎成粒度为0.3毫米大小的颗粒材料300克，投入到以上过滤水中，期间一直保持水处于均匀搅拌状态，令其接触反应3小时，可见到水之pH值逐渐下降，直至pH值达6.8为止，过滤，所得到的过滤水测得其中的氟离子浓度为0.55mg/L，可供给饮用；
3）而过滤渣则专门收集，返回到下一次的用氧化镁吸附处理地下水中超标氟离子浓度时，待到如第1）步骤中所示的氧化镁加入到10升的地下水中吸附脱氟处理5小时后，将其加入，并保持均匀缓慢搅拌30分钟后停止搅拌，令其自然沉降，60分钟后，将其过滤，得到的净水可回到步骤二中净化成为可供饮用的水，过滤渣中含有吸附了氟的氧化镁和柠檬果生物质颗粒，将其放到专门的堆场中堆弃、自然生物降解。
实施例3：
一种采用山楂果和氧化镁耦合脱除水中氟离子的操作步骤如下：
1）取10升含氟地下水，其中含氟浓度在5mg/L, 往其中加入轻质氧化镁30克加入，搅拌速度为50RPM，搅拌5小时后，停止搅拌令其自然沉降2小时，可发现上清液澄清、透明，过滤之后得到的氧化镁颗粒物专门堆弃处理；过滤水之pH值测定为10.3；
2）选择山楂果破碎成粒度为0.3毫米大小的颗粒材料300克，投入到以上过滤水中，期间一直保持水处于均匀搅拌状态，令其接触反应5小时，可见到水之pH值逐渐下降，直至pH值达6.7为止，过滤，所得到的过滤水测得其中的氟离子浓度为0.47mg/L，可供给饮用；
3）而过滤渣则专门收集，返回到下一次的用氧化镁吸附处理地下水中超标氟离子浓度时，待到如第1）步骤中所示的氧化镁加入到10升的地下水中吸附脱氟处理5小时后，将其加入，并保持均匀缓慢搅拌30分钟后停止搅拌，令其自然沉降，60分钟后，将其过滤，得到的净水可回到步骤二中净化成为可供饮用的水，过滤渣中含有吸附了氟的氧化镁和山楂果生物质颗粒，将其放到专门的堆场中堆弃、自然生物降解。
实施例4：
一种采用菠菜叶和氧化镁耦合脱除水中氟离子的操作步骤如下：
1）取10升含氟地下水，其中含氟浓度在5mg/L, 往其中加入轻质氧化镁30克加入，搅拌速度为50RPM，搅拌5小时后，停止搅拌令其自然沉降2小时，可发现上清液澄清、透明，过滤之后得到的氧化镁颗粒物专门堆弃处理；过滤水之pH值测定为10.3；
2）选择菠菜破碎成粒度为0.1毫米大小的颗粒材料400克，投入到以上过滤水中，期间一直保持水处于均匀搅拌状态，令其接触反应5小时，可见到水之pH值逐渐下降，直至pH值达8.0为止，过滤，所得到的过滤水测得其中的氟离子浓度为0.78mg/L，可供给饮用；
3）而过滤渣则专门收集，返回到下一次的用氧化镁吸附处理地下水中超标氟离子浓度时，待到如第1）步骤中所示的氧化镁加入到10升的地下水中吸附脱氟处理5小时后，将其加入，并保持均匀缓慢搅拌30分钟后停止搅拌，令其自然沉降，60分钟后，将其过滤，得到的净水可回到步骤二中净化成为可供饮用的水，过滤渣中含有吸附了氟的氧化镁和菠菜叶生物质颗粒，将其放到专门的堆场中堆弃、自然生物降解。
实施例5：
一种采用柚子皮与苹果皮混合粉碎物和氧化镁耦合脱除水中氟离子的操作步骤如下：
1）取10升含氟地下水，其中含氟浓度在5mg/L, 往其中加入轻质氧化镁30克加入，搅拌速度为50RPM，搅拌5小时后，停止搅拌令其自然沉降2小时，可发现上清液澄清、透明，过滤之后得到的氧化镁颗粒物专门堆弃处理；过滤水之pH值测定为10.3；
2）选择200克柚子皮与200克苹果皮混合破碎成粒度为0.1毫米大小的颗粒材料200克，投入到以上过滤水中，期间一直保持水处于均匀搅拌状态，令其接触反应5小时，可见到水之pH值逐渐下降，直至pH值达8.0为止，过滤，所得到的过滤水测得其中的氟离子浓度为0.69mg/L，可供给饮用；
3）而过滤渣则专门收集，返回到下一次的用氧化镁吸附处理地下水中超标氟离子浓度时，待到如第1）步骤中所示的氧化镁加入到10升的地下水中吸附脱氟处理5小时后，将其加入，并保持均匀缓慢搅拌30分钟后停止搅拌，令其自然沉降，60分钟后，将其过滤，得到的净水可回到步骤二中净化成为可供饮用的水，过滤渣中含有吸附了氟的氧化镁和柚子皮与苹果皮混合粉碎物生物质颗粒，将其放到专门的堆场中堆弃、自然生物降解。
实施例6：
一种采用葡萄皮与杨桃混合粉碎物和氧化镁耦合脱除水中氟离子的操作步骤如下：
1）取10升含氟地下水，其中含氟浓度在5mg/L, 往其中加入轻质氧化镁30克加入，搅拌速度为50RPM，搅拌5小时后，停止搅拌令其自然沉降2小时，可发现上清液澄清、透明，过滤之后得到的氧化镁颗粒物专门堆弃处理；过滤水之pH值测定为10.3；
2）选择150克葡萄皮与100克杨桃混合破碎成粒度为0.1毫米大小的颗粒材料200克，投入到以上过滤水中，期间一直保持水处于均匀搅拌状态，令其接触反应5小时，可见到水之pH值逐渐下降，直至pH值达8.0为止，过滤，所得到的过滤水测得其中的氟离子浓度为0.69mg/L，可供给饮用；
3）而过滤渣则专门收集，返回到下一次的用氧化镁吸附处理地下水中超标氟离子浓度时，待到如第1）步骤中所示的氧化镁加入到10升的地下水中吸附脱氟处理5小时后，将其加入，并保持均匀缓慢搅拌30分钟后停止搅拌，令其自然沉降，60分钟后，将其过滤，得到的净水可回到步骤二中净化成为可供饮用的水，过滤渣中含有吸附了氟的氧化镁和葡萄皮与杨桃混合粉碎物生物质颗粒，将其放到专门的堆场中堆弃、自然生物降解。
Claims (6)
1.一种利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，其特征在于：所述利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法包括以下步骤：
(1)首先向含氟地下水按照1～10g/L的比例加入轻质氧化镁，搅拌进行吸附脱氟处理后，过滤出氧化镁渣，所述氧化镁渣放入容器中堆弃处理；而过滤净水的pH值为9～11之间，将该净水转移到洁净容器中，命名为净水1；
(2)将酸性生物质制剂1缓慢加入到净水1或经过净化的净水2中，并保持均匀的搅拌状态，令其接触反应20min～300min，同时测试水的pH值，当水的pH值降低到6-8.5之间时，即停止加入酸性生物质制剂1；过滤脱除生物质制剂颗粒，所得净水即可供给饮用；
净水2的具体制备方法为：将所述步骤(2)中过滤得到的生物质制剂颗粒进行收集，
返回到步骤(1)的氧化镁吸附脱除地下水中超标氟离子的工序，待氧化镁吸附脱氟操作结束的时候，在均匀搅拌状态下将该生物质制剂颗粒加入到水中，保持搅拌5分钟后，停止搅拌，生物质制剂颗粒以及氧化镁颗粒迅速发生沉降，沉降30分钟后，过滤得到净水2，将吸附了氟的氧化镁以及生物质固体渣一起堆放至堆场中。
2.根据权利要求1所述的利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，其特征在于：所述酸性生物质制剂1是取酸性成分含量较多的水果或蔬菜中的一种或几种混合，经过打果机打碎成细小的固体悬浮物，将其命名为酸性生物质制剂1。
3.根据权利要求2所述的利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，其特征在于：所述的酸性成分含量较多的水果选自柠檬、柑橘、柚子、苹果、葡萄、橙子、杨桃、山楂、青柿子中的一种或几种；酸性成分含量较多的蔬菜类植物原料选自菠菜、大蒜皮、莴笋皮、大白菜叶子、洋葱皮中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，其特征在于：所述酸性生物质制剂1中的固体悬浮物的粒度为0.1～0.5毫米。
5.根据权利要求1或2所述的利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，其特征在于：所述步骤1中进行吸附脱氟处理是搅拌4～6小时后，停止搅拌令其自然沉降1～3小时。
6.根据权利要求1所述的利用生物质耦合氧化镁脱除地下水中氟的方法，其特征在于：将吸附了氟的氧化镁以及生物质固体渣一起堆放至堆场中令其自然干燥、生物降解以及余下的无机氧化镁和氟化镁安全堆弃。
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