农村改水示范工程——吸附交换法饮用水除氟研究

摘要

高氟水在我国分布很广，全国农村约有6600多万人饮用高氟水，由此造成的氟中毒症是一种重要的地方病。除氟工艺的研究一直是国内外关注的重要课题。本文选择适用于小水量深度处理的吸附与离子交换法技术作为主要工艺。我国生活饮用水卫生标准规定饮用水中的氟化物浓度不超过1.0mg/L。 本文以活化沸石、活性氧化铝及螯合树脂(以DF354为代表)作为除氟剂进行了理论和试验研究。 本文研究了天然沸石应用于饮用水除氟的新工艺。该工艺的关键技术是沸石的活化技术。天然沸石的除氟容量很低，影响到它的除氟效果和工程应用，需要经过适当的活化后才能有效除氟。试验以天然沸石为原料进行化学药剂活化、高温熔烧活化，确定了最佳活化方法和条件，获得了良好的活化效果，大幅提高了除氟容量。活化沸石对高氟水进行吸附性能研究和固定床动态过滤吸附试验研究，得出了最佳运行工况；饱和吸附的活化沸石通过硫酸铝溶液浸泡再生，除氟效果稳定。以扩散理论为依据，建立了活化沸石除氟动力学模型，得出稳态下活化沸石对F的吸附速率常数。活化沸石的饱和除氟容量可达0.538mg/g，在原水F浓度一定时，固定床除氟的通水倍数(SV)可达50。活化沸石除氟法具有除氟效果稳定，出水无毒无害，原料价廉易得，运行费用低等特点。该技术是饮用水除氟工艺工程化、大众化的一种实用技术。 本文研究了活性氧化铝饮用水除氟工艺。该工艺的核心技术是饱和吸附的活性氧化铝再生方法，本文试验研究了再生液药剂的选择、药剂浓度、水质条件、再生方式、再生液的水力流态特性等对再生效果的影响，确定了最佳再生条件和参数。对高氟水吸附性能和固定床动态吸附试验的研究，得出活性氧化铝除氟处理的最佳运行工况。活性氧化铝除氟法具有除氟容量较大，再生效果好等特点，但工程价格较高。 本文还研究了螯合树脂饮用水除氟工艺。研究采用了新颖的螯合树脂(DF354)作为除氟材料，试验通过螯合作用将Fe<'3+>加载到D354树脂的骨架上对其进行改性，然后用于除氟；饱和吸附的树脂酸洗后用氯化铁溶液浸泡再生。DF354螯合树脂除氟法除氟容量大(可达1.48mg/g)，是一种有前景的除氟新技术。该工艺需进一步研究易操作的再生技术。 研究成果对农村改水示范工程提供技术支持。试验结果表明，活化沸石除氟法除氟效率较高且稳定、无毒无害，运行费用低，比较适用于在农村的推广。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景、目的及意义

1.1.1我国农村饮用水现状

1.1.2高氟水区的分布

1.1.3高氟水对人体健康的影响

1.1.4饮用水的氟离子浓度标准

1.2饮用水除氟国内外研究现状

1.2.1石灰沉淀法

1.2.2混凝沉降法

1.2.3吸附与离子交换法

1.2.4其它方法

小结

1.3课题来源及主要研究内容

第二章试验技术路线、材料与方法

2.1试验研究总体技术路线

2.2试验用饮用水除氟剂

2.2.1沸石

2.2.2活性氧化铝

2.2.3树脂

2.3试验工艺路线、装置及分析方法

2.3.1试验工艺路线

2.3.2试验装置

2.3.3试验分析方法及仪器药品

第三章活化沸石除氟试验研究

3.1活化沸石除氟过程研究

3.1.1活化沸石除氟原理

3.1.2活化沸石除氟过程

3.2活化沸石除氟性能试验研究

3.2.1原水F-离子浓度对活化沸石除氟容量的影响

3.2.2活化沸石用量对除氟效果的影响

3.2.3接触时间对活化沸石除氟容量的影响

3.2.4原水pH值对活化沸石除氟容量的影响

3.2.5活化沸石再生方法

3.3活化沸石除氟的动力学模型

3.3.1活化沸石的吸附速率及其数学模型

3.3.2吸附等温线

3.3.3吸附等温线的数学拟合与活化沸石除氟容量的计算

3.4天然沸石的活化方法研究

3.4.1沸石的活化原理

3.4.2活化液及其浓度对活化效果的影响

3.5活化沸石固定床吸附除氟的试验研究

3.5.1活化沸石固定床吸附穿透试验

3.5.2水力负荷（SV）对沸石固定床除氟效果的影响

3.5.3原水F-浓度对沸石固定床除氟效果的影响

3.5.4再生次数对活化沸石固定床穿透时间的影响

3.6活化沸石固定床可利用吸附容量及吸附带高度的计算

3.6本章小节

第四章活性氧化铝法除氟试验研究

4.1活性氧化铝除氟原理及过程研究

4.2活性氧化铝除氟性能试验研究

4.2.1活性氧化铝除氟容量的影响因素

4.2.2活性氧化铝的吸附等温线及其数学拟合

4.3活性氧化铝固定床吸附除氟的试验研究

4.3.1活性氧化铝固定床吸附穿透试验

4.3.2活性氧化铝固定床除氟效果的影响

4.4本章小节

第五章DF354螯合树脂除氟试验研究

5.1 DF354螯合树脂除氟原理及其制备

5.2 DF354螯合树脂除氟性能试验研究

5.2.1 DF354螯合树脂除氟容量的影响因素

5.2.2 DF354螯合树脂除氟吸附等温线及其数学拟合

5.3 DF354螯合树脂固定床吸附除氟的试验研究

5.4本章小节

第六章工程应用展望

6.1活化沸石法、活性氧化铝法、D354螯合树脂法除氟技术经济比较

6.1.1吸附性能比较

6.1.2活化沸石法、活性氧化铝法及DF354螯合树脂法除氟处理费用比较

6.2除氟工业装置

6.3除氟技术展望

第七章研究的主要结论

附图

参考文献

致谢