鋁鐵床除氟性能的試探性研究

喻 勇

(武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430000)

鋁鐵床除氟性能的試探性研究

喻 勇

(武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430000)

提出了一種新的除氟方法，即鋁鐵床除氟，對該方法的除氟性能進行了試探性研究，比較了不同停留時間對除氟效果的影響，實驗結果表明，在EBCT=8 h時，氟的去除率最大，可達到77.1%，但隨著反應時間的增長，去除率隨之下降，簡單的水力沖洗對鋁鐵床的除氟性能有一定的再生作用。

鋁鐵床，除氟，飲用水

1 背景介紹

氟是人體生命活動必需的微量元素之一，吸入適量的氟可以起到防齲齒作用，但是，長期飲用氟濃度超過1.5 mg/L飲用水時，則會造成氟斑牙或氟骨癥，發生慢性氟中毒[1]，引發地方性氟病。在我國，飲水型地方性氟病分布很廣泛，尤其在西北、華北等地，由于水資源缺乏，高氟水地區飲水困難或無水可飲，人們不得不飲用高氟水，造成不同程度的氟中毒。我國生活飲用水衛生標準規定飲用水中的氟化物不得超過1 mg/L[2]。飲用高氟水引發的地方性氟中毒，其發病地區之廣，病人之多，病情之嚴重，對人們身體健康和經濟發展的影響，已經成為我國一個不可忽視的社會發展問題。

本論文首次在實驗室水平上提出以鋁鐵為填充床的材料進行除氟實驗，為除氟研究提供了一條新的思路，并進行了一些試探性研究。

2 實驗材料與方法

所用含氟飲用水為分析純級NaF配制所得，鐵屑與鋁屑先經過酸洗除去表面的氧化膜，之后用丙酮浸泡除油。HCl與NaOH調節pH值。氟離子選擇電極法測定水中的氟離子濃度。

實驗裝置如圖1所示，原水經流量計從上端進入，通過鐵鋁床之后溢流出水。在貯水箱中可調節進水的pH值，研究初始的pH值對氟去除率的影響；也可配制不同濃度的氟離子濃度溶液，研究氟離子濃度的高低對去除率的影響。

3 結果與討論

3.1 鋁鐵床除氟原理

當鐵屑與鋁屑在水中混合后，由于氧化還原電位的差異，鋁屑將作為陽極電離出鋁離子，并有微小的電流產生，化學反應如式(1)，式(2)所示。鋁鹽常用作除氟的吸附劑或混凝劑，當含氟水中存在Al3+時，發生如化學式(3)所示的反應，Al3+與氟離子形成絡合物，并產生一定的OH-,使得pH值升高[3]。Feng Shen等人[4]對電混凝中氟離子與鋁離子形成的絡合物的微觀結構做了研究，其微觀結構如圖2所示。形成的絡合物最終在電流的作用下沉積在金屬表面上，達到除氟的目的。

Al→Al3++3e-

(1)

2H2O+2e-→2OH-+H2

(2)

Aln(OH)3n+mF-→AlnFm(OH)3n-m+mOH-

(3)

3.2 不同停留時間的除氟效果比較

在進水CF-0=20 mg/L,pH=6.3，鐵鋁體積比1∶1的條件下，分別比較了停留時間為2 h,4 h,8 h的除氟效果，如圖3所示，實驗表明，停留時間越長，氟的去除率越高，去除率最大時為77.1%。隨著反應的進行，氟的去除率隨之降低，pH趨于恒定。分析其原因，氟離子與鋁離子形成的絡合物覆蓋在鋁片與鐵片之上，阻擋了反應的繼續進行；鋁片表面發生鈍化，降低了鋁片的活性。

3.3 再生實驗

分別對上述EBCT=4 h,8 h,10 h的填充床進行了水力沖刷再生實驗，具體過程為先將填充床灌滿水，之后快速的將水放出，達到將覆蓋在鋁片與鐵片表面上的絡合物物理沖刷掉的目的，之后再按照原定的停留時間進行除氟實驗，其結果分別如圖4與圖5所示，再生之后的除氟效率有所提高，但pH值隨著反應的進行逐漸降低，之后達到穩定。

3.4 低濃度長停留時間的除氟實驗

進行了低濃度長停留時間的除氟實驗，進水CF-0=10 mg/L,pH=6.3，EBCT=10 h，實驗結果如圖6所示，與上述CF-0=20 mg/L相比，去除率反而更低，分析其原因為，當進水氟離子濃度較大時Al離子與氟離子形成的絡合物對氟離子有吸附作用，故增加了氟離子的去除率。高低濃度條件下反應穩定后的pH基本相同。

4 結語

鋁鐵床除氟是本文首次提出的除氟方法，本文對此技術的除氟性能進行了試探性研究，實驗表明，在EBCT=8 h的時候，去除率可達到77.1%，但隨著反應的進行，去除率隨之下降，簡單的水力沖洗對鋁鐵床的除氟性能有一定的再生作用。低濃度進水的除氟效率低于高濃度進水，分析其原因主要為進水氟離子濃度較大時Al離子與氟離子形成的絡合物對氟離子有吸附作用，故增加了氟離子的去除率。

[1] Organization W H. Fluoride in drinking water, WHO Guidelines for Drinking Water Quality[M].2006.

[2] GB 5749—2006，生活飲用水衛生標準[S].

[3] Hu C Y, Lo S L, Kuan W H, et al. Removal of fluoride from semiconductor wastewater by electrocoagulation-flotation[J]. Water Research,2005,39(5):895-901.

[4] Shen F, Chen X, Gao P, et al. Electrochemical removal of fluoride ions from industrial wastewater[J].Chemical Engineering Science,2003,58(3-6):987-993.

Investigative research on removing fluorine performance of aluminum iron berth

Yu Yong

(WuhanMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Wuhan430000,China)

The paper introduces the new method for removing fluorine method, the aluminum iron berth, undertakes the investigative research on its removing fluorine performance, compares the different dwell time on the removing fluorine effect, proves by the experiment result that the removal ratio is the highest, 77.1%, when EBCT is 8 h， however, the ratio falls along with increasing reaction time, and hydraulic clearing has certain regeneration role in the removing fluorine performance.

aluminum and iron berth, removing fluorine, drinking water

2015-02-07

喻 勇(1983- )，男，工程師

1009-6825(2015)12-0129-02

O6-3

A