沸石作為一種天然礦石,無毒無害,來源廣泛,價格低廉,活化和再生方法簡單,不需要掌握特殊的技術(shù)。根據(jù)我國居民飲用水情況和家庭規(guī)模的大小,每人每天所需的直接飲用水一般不超過5L,按三口之家計算,每天約需15L水,只需使用500g左右的沸石即可滿足需要,對于較大規(guī)模的家庭使用時可適當(dāng)増加沸石的體積。

初步預(yù)算處理費用為0.278元/m3,雖然初期投資較骨炭、活性氧化鋁為大,但沸石有越用越好的趨勢,長期使用具有優(yōu)勢。

沸石適用于在農(nóng)村、牧區(qū)等經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件較差的地區(qū)推廣使用。

科學(xué)家研究了以石英砂和沸石為骨架的吸附材料經(jīng)鋁鹽改性處理后,對飲用水中過量氟的處理行為,比較兩種改性濾料處理能力的不同并對差異進(jìn)行分析。

實驗表明,物理空間結(jié)構(gòu)性強的沸石作為改性濾料的應(yīng)用有獨到的優(yōu)越性,除氟效率達(dá)98%以上,是一種無毒、無害的除氟處理方法。

改性沸石的除氟效果好于改性石英砂。改性石英砂和沸石除氟的吸附有兩種物理吸附和化學(xué)吸附,A3+除氟并不是簡單的“交換”或者“吸附”。沸石和石英砂同屬于鋁硅酸鹽礦物,但沸石的內(nèi)部具有比石英砂發(fā)達(dá)得多的空道微孔結(jié)構(gòu),形

成規(guī)則的孔道和空腔結(jié)構(gòu)骨架,其篩分離子和吸附交換的性能比石英砂強,故結(jié)構(gòu)的不同造成了吸附效果的差別,這從原始石英砂基本沒有除氟能力,而原始沸石具有一定的除氟能力也可得到證明。這說明,改性濾料處理含氟水的過程中,化學(xué)吸附不是絕對的,沸石發(fā)達(dá)的內(nèi)部孔道特性使得物理吸附加強,吸附活性位增多,從而化學(xué)吸附點增多,使得F-可以比較充分地與A13+結(jié)合生成氟鋁化合物,達(dá)到去除的目的;

但化學(xué)吸附在除氟中發(fā)揮主要作用,這可從改性后的沸石除氟能力大大提高得到證明,表明通過離子擴(kuò)散進(jìn)入沸石內(nèi)部骨架的鋁離子在除氟過程中發(fā)揮了重要的作用,吸附交換反應(yīng)如下

R—A3+(H2O)3m+3mF-一-R—Al3+F3m+3mH,O

通過實驗可以看出,三種濾料的除氟效果隨pH值的變化趨勢是一致的,都是先升后降。

改性石英砂除氟適宜的酸度范圍比改性沸石窄,只在pH值為3.6~4.5時有較高的除氟率,除氟率也比改性沸石低;

當(dāng)pH值<4.5時,改性沸石對氟的去除率隨pH值的增加而不斷提高;

當(dāng)pH值在4.5~5之間時,去除率隨pH值的增加而下降較快;在pH值>5時,下降趨勢變緩。

改性沸石對氟離子有較好的吸附效果,pH值在4~6.5之間,出水氟含量均在1.0mgL以下,達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn);而在此酸度范圍以外,改性沸石的除氟效果也達(dá)到90%以上。

未改性的沸石除氟率隨pH值的變化也呈現(xiàn)相同的趨勢,但總體去除率低,在30%~40%左右,除氟效果遠(yuǎn)不如改性后的沸石。

科學(xué)家將沸石用1.0%的NaOH溶液浸泡12h,然后用2.0%的硫酸鋁鉀溶液浸泡36h活化,吸附飽和后用濃度為0.5%~2.0%硫酸鋁鉀再生12h,可以取得較好的除氟效果。

試驗用沸石為天然斜發(fā)沸石經(jīng)碾碎、篩分成粒徑20~40目的砂礫,高氟原水為西安市自來水加氟化鈉溶液配制而成。

靜態(tài)試驗:在大燒杯中加入含氟水及除氟劑,用六聯(lián)攪拌機(jī)攪拌,pH=7.6,水溫T=10℃,轉(zhuǎn)速為80r/min,連續(xù)攪拌180min后靜置20min,用離子選擇電極法測定上層清液中氟含量。

動態(tài)試驗:用內(nèi)徑50mm,高1000mm的有機(jī)玻璃柱裝入沸石,制成吸附柱采用下向流通水,每隔一定時間測量出水氟離子濃度。