农村降氟改水的研究

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摘要：1 1 1 2 2 3 2 3 2 0 引言 氟作为机体生命活动必需的微量元素，具有多方面的生理作用，但是如果摄氟量过高，将对机体产生一系列毒副作用，严重危害人的健康。地方性氟中毒（简称地氟

1 1 1 2 2 3 2 3 2 0 引言 氟作为机体生命活动必需的微量元素，具有多方面的生理作用，但是如果摄氟量过高，将对机体产生一系列毒副作用，严重危害人的健康。地方性氟中毒（简称地氟病）是十分广泛的一种生物地球化学性疾病，饮水型地氟病是我国病区分布最广、患病人数最多的一种类型。我国有近1亿的人居住在高氟地区,病区分布29个省区。 改水即停止饮用致病水和改为饮用符合“生活饮用水卫生标准（TJ20-76）”的水，是防治水致疾病的有效手段。目前，氟中毒没有特效药治疗，对于饮水型氟中毒最好的防治措施就是改水。世界卫生组织建议饮用水中氟化物限值为1.5mg/L。我国生活饮用水卫生标准（GB5749/85）规定，氟化物含量不得高于1mg/L。 1989年，农村改水的降氟技术和设备调查协作组调查研究认为，化学沉淀法降氟成本高且水质差，不宜推广。 1 降氟改水的研究现状及要解决的问题 目前，我国饮水型高氟区降氟改水主要采用家用除氟器、集中式改水降氟设施和打深井等方法。但是，由于我国的高氟区绝大多数是在农村，属于贫困地区，饮用高氟水的居民比较分散，加上经济、文化、习惯等多方面原因，在这些地区推广合适的降氟改水方法需要具备以下特点：一是降氟改水设备投资少，价格低；二是效果要可靠、稳定，设备易于操作；三是没有安全隐患，不涉及或不常涉及有损人体健康的化学药剂；四是设备使用寿命长；五是运行费用低；六是能够保证设备一年四季正常运行。 2 实验研究方法及实施 2.1 降氟方法及工艺路线设计 本研究采用的降氟方法是絮凝沉淀法，即在高氟水中加入絮凝剂，采用机械或人工搅拌，使原水充分混合，静止沉淀；然后对上清液进行过滤，对滤后的水进行降氟效果检测。常用的絮凝剂有硫酸铝、氯化铝和聚合氯化铝（简称PAC）等铝盐。本研究其具体工艺路线如图1所示。 2.2 含氟水的来源和水质 本实验采样自配含氟水（4mg/mL）和天然含氟地下水。天然含氟地下水取自江苏徐州地区含氟超标压地井水，作为含氟原水用。 3 试验研究 3.1 试验方法设计 首先，取一定量的上述原水置于玻璃烧杯中，加入一定量的絮凝剂，人工搅拌或电磁搅拌后进行静止沉淀；然后，检测上清水中氟含量或者对上清水进行过滤（用定性滤纸）；再测定滤后水中氟含量，同一种絮凝剂不同投加量的降氟效果，pH值变化、搅拌时间、沉淀时间、搅拌速度以及原水水温对絮凝剂的降氟效果的影响；最后，分析絮凝剂对原水水质的影响。 3.2 几种絮凝剂的降氟效果 3.2.1 氯化铝、硫酸铝及聚合铝的降氟效果 硫酸铝（Al 2 3 2 3 2 2 n Cl 6- n · X 2 m ， - - 3.2.2 WS-F降氟剂和MR高分子絮凝剂的降氟效果 WS-F降氟剂是针对净化含氟地下水设计制造的。MR高分子絮凝剂是国家发明专利产品，它是以食用菌作主要原料加工制作的产品，在降氟改水试验中作为助凝剂。以上两种药剂经江苏省疾病预防控制中心毒性检验，结论为无毒级。 1)人工配制高氟水WS-F降氟剂和MR高分子絮凝剂降氟实验。WS-F投加量与出水F - - 2)MR高分子絮凝剂在降氟改水试验中作用。MR高分子絮凝剂作助凝剂，如单用MR高分子絮凝剂并没有除氟效果，但其与WS-F联合使用时，可使WS-F产生的絮凝体颗粒明显增大，澄清速度加快。通常需要4～6h才能絮状物沉淀到底的WF-F投加MR高分子絮凝剂,其沉淀时间可减少到30min以内，上清水清辙透明，过滤速度加快。收取上清水和滤后水进行检测，对同一种含氟原水试验经处理后水中氟含量都很接近。 对不同浓度的天然含氟水，在投加相同量WS-F和MR情况下的降氟效果见图6所示。 - 3.3 几种絮凝剂试验结果的分析和对比 以上各絮凝剂的试验结果都是在较佳条件下进行的。试验表明，以下因素对絮凝沉淀和最终处理都有一定影响。 3.3.1 水样pH的影响 pH值对絮凝沉淀的效果有直接影响。把同一种水样调成不同pH值，投加/L,MR 1mg/L，其除氟效果见图7所示。 饮用水适宜的pH值范围为6.5～8.5，而降氟效果最佳pH值范围为7.5～8.5。pH值对硫酸铝、氯化铝和聚合氯化铝等铝盐絮凝剂在降氟改水时同样也有显著的影响。当pH＞8.5时，Al(OH) 3 4 2- 3.3.2 搅拌时间的影响 絮凝剂加到水中时，为了加速与水中F - 3.3.3 絮凝剂沉淀时间的影响 1) 采用硫酸铝进行絮凝沉淀试验时，所产生的絮凝体很细且疏松，沉淀效果很差，上清液出现很慢，需静止沉淀4h以上，上层清水分层才明显。但即使如此，上清水仍有较细小颗粒，而且稍有晃动下沉的絮花又会上浮。因此，这种水测处理后的氟都需要经滤纸过滤。 2) 采用氯化铝进行絮凝沉淀，所产生的絮凝体比采用硫酸铝要好些，上清水的分层比较快，但形成的絮凝体仍然较轻，清水层的细小颗粒仍较多，测量上清水氟含量需过滤。 3) 聚合氯化铝进行絮凝沉淀产生的絮凝体比氯化铝还要好些，形成的絮状物比较大，沉降时间亦较快，但仍然有较多的细小颗粒在上清水中。试验杯中，絮凝体沉降后稍有晃动絮花容易翻起，但比沉降速度比硫酸铝和氯化铝都快。 4) 用WS-F除氟剂进行絮凝沉淀试验，形成的絮凝体密实，沉淀速度快，特别是与MR高分子絮凝剂配合使用。在搅拌停止后，可看到成片状的絮状物随着没有停止的水流转动，同时快速地下沉。在水体停止转动约3～5min内，絮状物基本都已沉到底部，而且沉淀物体积小，上清水中细小颗粒少，水质清澈透明，沉淀物少，有晃动时也不翻起，如用玻璃棒强行再搅拌，二次沉淀速度仍然较快。 3.3.4 搅拌速度的影响 投加硫酸铝和氯化铝后，搅拌速度不宜过快。这是因为硫酸铝和聚合铝产生的絮花本来就细松，搅拌过快会打碎絮花，沉淀效果会差。采用人工搅拌时，控制搅拌速度为30～60r/min。搅拌开始时需稍快些，搅拌停止前要慢些。 投加聚合氯化铝和WS-F与MR药剂的搅拌速度比前述两种药剂要快些。其原因是这些药剂分子量大，为了均匀分散于水中与F - 3.3.5 原水水温的影响 试验表明，各种絮凝剂在冬天试验时絮凝效果差，絮凝速度慢。其原因是由于上述铝盐絮凝剂在水解时是吸热反应，水温低时，水解困难；其次，水温低粘度大的情况下，水中的其它物质如（F - 3.3.6 絮凝剂对原水水质的影响 1) 投加硫酸铝，使水中增加了SO 4 2- 3+ 4 2- 投加硫酸铝作为絮凝剂除氟时，应控制被处理水的pH值，并对处理的水进行过滤，可以使出水的Al 3+ 2) 投加氯化铝和聚合氯化铝作絮凝剂降氟改水时，需注意原水中Cl - - 3+ 3) 在用WS-F和MR进行降氟改水时，对经过絮凝沉淀、过滤以后的出水进行检测处理结果，表明水中硫酸盐和氯化物都小于50mg/L，Al 3+ 3.3.7 几种絮凝剂降氟效果的比较 4种絮凝剂降氟改水的优缺点如表1所示。 结果表明，聚合氯化铝的处理效果尚可，尤其新型絮凝剂WS-F，MR絮凝剂在絮花密实、沉淀时间、投加量和受温度影响小等方面具有明显的优势。 4 生产性试验实例 为进一步了解WS-F，降氟剂和MR高分子絮凝剂在高氟区生产性能设备的反应、絮凝、沉淀和固液分离的性能，在徐州高氟区某镇的水厂进行了生产性试验。 试验采用间歇处理工艺，即原深井水用泵提升至反应沉淀池，加入定量的除氟剂和助凝剂，开动搅拌机进行混凝、反应与吸附；然后停止搅拌，静止沉淀与分层，放出上清水，经过滤池打入压力罐，然后送到用户。 现场试验时间是在冬季，平均室外温度为7℃，试验在两座反应沉淀池交替进行。试验程序：首先在反应沉淀池放满水；然后开始搅拌，随后投加定量的WS-F；随着药剂溶解、混合、反应、絮凝、沉淀，反应池内出现明显的絮凝体；此时，再投加定量的高分子絮凝剂继续搅拌，可看到池内絮凝体越来越大，颗粒起来越密实；停止沉淀，观察沉淀效果，并取上清水进行检测；随着沉淀时间延长，上清水高度增加，絮凝体不断下沉，通过阀门即可分层放上清水进过滤池过滤，滤后水即进入清水池。 现场试验的系列数据表明：WS-F降氟剂和MR高分子絮凝剂降氟效果与室内小试结果是一致的。用它进行降氟改水可以有效地控制出水的含氟量。 5 结论 1) 实用性。絮凝沉淀法处理高氟水相比活性氧化铝法、电渗析法和电解絮凝法的工艺设备简单，操作工艺简单，设备运行稳定，维修率低，容易实现自动化。 2) 经济可行性。絮凝沉淀法降氟的改水主要费用是药剂费用和设备运行费用（电费、设备维修及折旧等）。采用WS-F降氟剂和MR高分子絮凝剂进行降氟改水，其水处理费用低于0.1元/m 3 3) 可操作性。絮凝沉淀法的每个工序都有成熟的工艺，技术难度较小。如用WS-F和MR操作起来更方便，且目前这种处理工艺完全可以用自控来代替人工操作。 参考文献： [1] 国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,1989． [2] 许保玖,龙腾锐.当代给水与废水处理原理[M].北京:高等教育出版社,2000. [3] 许保玖.给水处理理论[M].北京:中国建筑工业出版社,2000. [4] 严瑞瑄.水处理剂应用手册[M].北京:化学工业出版社,2003. [5] 严煦世.水和废水技术研究[M].北京:中国建筑工业出版社,1991. [6] 郑 铭.环保设备-原理设计应用[M].北京:化学工业出版社,2001. 1 1 1 2 2 3 2 3 2

文章来源：《农业工程技术》 网址: http://www.nygczz.cn/qikandaodu/2020/1124/940.html

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