[發明專利]一種耦合吸附處理高含氟地下水的方法

有效

• 申請號: 201510276445.7
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104944501B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 黃凱;王軍格;遲玉心;毛爽;崔冰睿;李元思;王禹超
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/58
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及一種水處理技術，尤其涉及一種耦合吸附處理高含氟地下水的方法。

背景技術

地下水中含氟超標（>1mg/L）時，長期飲用會給人們的身體造成氟危害，如氟斑牙、氟骨癥。我國有6300多萬人口日常飲用水源中氟的含量超標（文獻出處：中國環境監測總站2006年6月發布的《113個環境保護重點城市集中式飲用水源地水質月報》），因此，水源性氟害的治理密切關系到廣大老百姓的生命健康。尤其在廣大農村偏遠地區，其水源往往從地下汲取，則地下水中氟超標問題不可忽視。目前，解決飲用水中氟超標問題常常采用的一個簡單措施是改水，即選擇那些含氟合格的水源來供給日常飲用，但是這樣的辦法往往受限于自然水源條件或者經濟水平，因此，更普遍的對策是開發有效的脫氟技術。

常見脫除地下水中超標濃度氟離子的方法有絮凝沉淀法、吸附法、電滲析法、反滲透法等，這些方法都有不少的研究和應用報道。其中絮凝沉淀法是采用可溶性鋁鹽如氯化鋁、硫酸鋁、聚合氯化鋁或可溶性鐵鹽如氯化鐵、聚合氯化鐵以及鈣鹽如氯化鈣之類常見的無機絮凝/沉淀劑進行水解沉淀反應，所形成的絮凝/沉淀膠體表面積非常發達，可將水中的氟離子捕捉、共絮凝而脫除，該方法簡單、易行，但是突出的缺點是常需要添加數倍于理論反應量的絮凝藥劑才能達到理想除氟效果、引起水的pH值變化大、引入的可溶性鹽離子濃度高（致使脫氟水鹽度偏高，長期飲用可能對人體內體液的鹽平衡造成危害）、沉淀絮凝含水泥渣難有效安全地處理、除氟效果不夠穩定等，因此，這樣傳統的除氟方法一點也不簡單，會引起諸多的新問題，從全系統、全流程都應該對環境友好的先進凈水標準來評判，絮凝沉淀法是典型的“頭疼醫頭，腳疼醫腳”的治理方式，乃是落后的治理理念指導下必然的結果：水源被凈化了，卻產生了新的污染隱患。電滲析法和反滲透法是脫除地下水中高含量氟離子非常有效、脫氟效果較穩定、裝置自動化程度較高的方法，一般都有現成的商業化裝置可售賣，一旦安裝好即可獲得含氟達標的飲水。但是該類技術的缺點是設備價格高，且會同時產生幾倍量的高鹽度廢水，致使水資源的浪費較厲害。相對而言，吸附法具有突出的綜合技術優勢，其原理在于尋找合適的吸附材料，對水中的氟離子具有良好的選擇性吸附脫除效果，經過解吸、再生后吸附材料又可以返回重新使用，而解吸后的氟離子可以進一步濃縮回收。吸附過程操作簡單，本身并不引入新的雜質，只是將水中的目標離子（如F-等）捕捉固定到固體吸附材料表面，從而可以固液分離出水溶液，且一旦選擇好有效的吸附材料，輕易即可將水中的氟離子脫除達標，因此，基于吸附的脫氟理念設計的除氟方法乃是目前眾多脫氟方法中研究開發最多的?？偠撝?，開發高效、便宜、安全、耐用的吸附材料，是解決該問題的關鍵。

目前除氟的吸附材料甚多，典型的就是活性氧化鋁，但是其吸附容量低、受水的pH值影響大以及吸附后液中殘留鋁離子可能引起飲用者記憶力受損、發生老年癡呆等問題，限制了該材料在飲用水脫氟方面的應用；骨炭是一種有效的除氟吸附材料，主要用牛骨、豬骨經過高溫炭化制成，其主要脫氟成分是羥基磷酸鈣，也存在吸附容量偏小的問題。氧化鎂是另一種有效的脫氟材料，其單位質量的脫氟效率是活性氧化鋁的數倍，脫氟容量也比骨炭高，對原水的適應性強，也不會引入過多的雜質，是非常有潛力的除氟功能材料，但是其在使用過程中也存在一些問題，比如氧化鎂處理后的水呈堿性，一般大約在pH 9～11之間，因此，在實際操作過程中，往往需要對脫鎂后的凈水添加適量酸回調水pH值，以利飲用。

隨著對含氟水的關注，近年來出現了一些新型的吸附劑材料，高價金屬復合吸附劑材料就是其中最典型的一類，比如稀土與鐵的復合氧化物、負鋯離子交換樹脂、負鐵離子交換樹脂等，都表現出了對氟離子良好的吸附脫除效果，即吸附容量大，吸附選擇性好，從而使之成為潛在的飲用水脫氟新材料。然而，很多這樣的新型吸附劑材料的研究成果大多都停留在實驗室研究階段，停留在發表論文階段，很少有能夠實實在在地走向市場化、走向商品化的產品。究其原因，固然跟研究者的實踐深度有關，也主要地跟這些新型吸附劑材料本身的吸附特點有關，比如這些高價金屬吸附劑材料在脫氟的過程中，往往需要事先調節溶液pH至弱酸性，比如pH 2～3左右，才有利于這些吸附劑對氟離子有效地選擇性吸附，鮮有能在近中性pH值下高效吸附脫除氟離子的。為此，在實際的操作過程中又需要對吸附脫氟后的水中添加適量的堿回調其pH值，以適宜飲用。