[發明專利]基于鋁基復合金屬氧化物的除氟吸附材料的絡合-凝聚-吸附去除水中氟化物的方法

有效

• 申請號: 201210589752.7
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103274539A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 曲久輝;劉銳平;劉會娟;蘭華春;鞏文信;何贊;鞠佳偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: C02F9/04
• 分類號: C02F9/04;C02F101/14
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及飲用水的處理方法，特別涉及基于鋁基復合金屬氧化物的除氟吸附材料的絡合-凝聚-吸附去除飲用水中氟化物的方法。

背景技術

飲用水中氟化物的污染是我國許多地區均面臨的問題。飲用水除氟技術主要包括活性氧化鋁吸附、電滲析、骨炭吸附過濾、離子交換樹脂床過濾、鋁鹽混凝法、石灰-磷酸鹽共沉淀法和膜過濾等。各種技術方法有不同的優缺點與使用條件，并在運行成本、使用簡便性、長期運行可靠性等方面也存在差別。對于運行管理水平較低、供水規模較小的農村地區，吸附法以其無需復雜加藥過程、運行管理簡單易行等優勢而易于推廣應用。但是，吸附法主要通過吸附劑表面的物理吸附、化學吸附或離子交換等作用去除水中氟化物，由于可利用的表面吸附位點非常有限，因此對于高氟水往往吸附周期很短，需要頻繁再生，若要延長吸附周期則需要延長空床停留時間（EBCT），在一定程度上增加投資成本。

研究發現，絡合態氟較游離態氟更容易吸附在顆粒物表面，如果將游離態氟轉化為絡合態氟，可以大幅降低其去除的難度，從而大幅提高鋁基復合氧化物除氟吸附材料的吸附除氟效果。天然水體中的氟在絕大多數情況下以游離態氟（F^-）的形式存在，隨著水介質性質及化學組成的變化，其賦存形態的配比關系也可能發生變化。在中性或偏堿性（pH7～8）的淺層地下水中，氟的存在形式只有10種，即F^-、BF(OH)₃^-、HFaq、CaF⁺、MgF⁺、MnF⁺、AlF²⁺、AlF₂⁺、AlF₃和AlF₄^-，其中以F^-、MgF⁺、CaF⁺三種形式為主。一般F^-占F_T（總氟濃度）的79%～96%，其次為MgF⁺和CaF⁺，分別為FT的3.1%～19.2%和0.3%～3.0%。如果在飲用水處理過程中將水中游離態氟轉化為絡合態氟，則可以有效降低其去除難度，提高除氟效率；而在適當的pH值范圍內可通過投加鋁鹽實現游離態氟向絡合態氟的轉化，且可通過控制鋁鹽形態、pH值以及鋁鹽投量等方便有效地控制氟與鋁的絡合過程。

與游離態氟一樣，絡合態氟仍屬于溶解態氟，即仍可穿透濾池、濾膜（微濾膜、超濾膜）等過濾介質并最終進入飲用水管網和用戶。將溶解態氟轉化為顆粒態氟，再利用固液分離單元將其去除，這是飲用水除氟的重要技術策略；而凝聚、吸附等過程可以有效地實現溶解態氟向顆粒態氟的轉化，進而實現氟的去除。凝聚混凝除氟與絡合態氟生成在反應水質條件、水力條件等上存在明顯區別。傳統的混凝除氟過程未考慮二者在反應條件的區別，未將體系水質化學條件調節至合理的范圍，而主要通過投加鋁鹽等混凝劑實現氟的去除。因此，在混凝除氟過程中盡管可能也存在一定程度的鋁氟絡合反應，但絡合態氟生成比例仍較低且未有效控制，從而除氟效果仍欠理想。進一步地，絡合態氟除了通過凝聚過程轉化為顆粒態氟，其本身也可能直接吸附在固相顆粒物表面得以去除。設計構建合適的、具有豐富比表面積的吸附界面，則有可能在上述過程中進一步提高除氟效果。