河北省清河县高氟地下水处理的试验研究

第l2卷第4期中国水利水电科学研究院学报v。1．12No．4一!竺ouofChinaInstitute。fwaterRes。urcesandHydr。p。werResearchDecember，2014文章编号：1672—3031(2014)04—0376—04河北省清河县高氟地下水处理的试验研究邬晓梅2胡孟2李晓琴’2宋卫坤(1．中国水利水电科学研究院水利研究所，北京100048；2．国家节水灌溉北京工程技术研究中心，北京100048)摘要：针对河北省清河县高氟地下水的高pH值(8．3)、高氟浓度(3．6mg／L)的水质特点，以新型高效Fe-A1一Ce除氟吸附剂为核心，设计了含预处理、活性炭吸附和超滤单元的小型吸附装置用于家庭终端高氟水的处理。在清河高氟原水现场，对不同空间流速(s)和不同运行方式条件下的Fe—Al—ce吸附剂除氟性能和装置出水安全性进行了研究评价。结果表明，在SV=Ih条件下，装置运行效果良好，Fe—A1一Ce吸附剂除氟穿透吸附容量为活性氧化铝的3倍以上，装置出水的金属浓度符合标准要求，超滤单元对微生物有截留作用，但其微生物安全性还需进一步提高。关键词：小型装置；高氟地下水；吸附；除氟中图分类号：R123．6，TU991．2文献标识码：A1研究背景氟是人体必需的微量元素，对人体的牙齿和骨骼形成，钙、磷代谢以及体内酶系统具有重要的生理作用。但氟化物摄入过量时，会对人体产生危害，长期饮用高氟水，可引起慢性中毒，导致氟斑牙和氟骨症，严重的会丧失劳动能力和失去生活自理能力。《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)规定对于供水规模大于1000m／d的集中供水的氟浓度不得超过1．0mg／L，对于农村小型集中式供水和分散式供水的氟标准为1．2mg／L。我国高氟水分布广泛，影响人口众多。其中河北省的高氟水问题较为突出，如邢台市清河县目前唯一可靠的生活饮用水水源是深层地下水，而其全县范围内的深层地下水均为高氟水，亟需采取适宜的处理措施。吸附法以其投资运行成本低、装置简便、操作方便等优点，被认为是适宜农村的除氟方法。。但传统的吸附材料活性氧化铝、活化沸石等由于吸附容量较低、适用pH偏酸性等问题，在实际工程应用中还存在再生周期短、出水偏酸性等问题，导致出水水质不合格，不能充分发挥除氟工程效用。wu等研制的新型高效除氟吸附材料Fe—A1一Ce复合氧化物以其较宽的pH适用范围和较高的除氟吸附容量，较活性氧化铝等传统吸附材料在实际高氟水处理中更有优势。对于不能进行集中供水的偏远地区或分散住户，实行分质供水，仅处理农村家庭直接饮用和做饭用的饮水部分、减少不必要的大量生活杂用水的除氟处理，开发简单易行、经济有效的小型家用吸附除氟装置更能满足实际需要，在农村地区应具有更好的应用前景。因此，本文以新型高效除氟材料Fe—Al—ce复合氧化物吸附剂(以下简称Fe—Al—ce吸附剂)为核心，设计了含预处理、活性炭吸附和超滤单元的小型家庭终端吸附装置用于清河高氟地下水的处理收稿日期：20l4一O8基金项目：“十二五作者简介：邬晓梅(---——376-·-——一12”国家科技计划项目(2012BAJ25B08)；中国水利水电科学研究院重点科研专项(节集1347)1975一)，女，新疆伊犁人，博士，高级工程师，主要从事农村饮水安全技术研究。E—mail：wuxm@iwhr．corn河北省清河县高氟地下水处理的试验研究邬晓梅胡孟李晓琴宋卫坤2材料与方法2．1材料Fe—A1一Ce吸附剂由中国科学院生态环境研究中心制备完成。活性氧化铝颗粒吸附剂来自山东氧化铝厂，吸附前经由3％硫酸铝活化处理。硫酸铝等所有使用的试剂均为分析纯。2．2清河高氟地下水水样采集与水质分析选取清河县城某小区为取样点，采样时，水样充满1000mL的聚四氟乙烯瓶。在采样现场对水样的pH值、总溶解性固体含量、电导率和水温进行了测量。pH值和水温测量用的是HM一14P型pH计，总溶解性固体含量和电导率测定使用cO150型电导率计。其余指标均在实验室测定，其中氟离子由IM一40S型氟离子选择电极分析得到，Fe、Mn、Cu、Zn、K、Na、Al、Ca、Mg和P等由Model9000型ICP—AES测定，S0和cr由ICS一200型离子色谱仪测定，TOC(总有机炭)由TOC—VCPH型总有机炭分析仪测定，菌落总数采用3M菌落总数测试片测定。2．3小型除氟装置研发研发的小型除氟装置引入前处理单元，后置了活性炭吸附和超滤单元，适合农村及家用特点和需求，用于家庭终端处理。其中前处理单元采用PP棉过滤，用于悬浮颗粒物等的过滤去除，后置的活性炭过滤可去除水中异色异味和有机物等并可改善口感，最后的超滤单元用于水中微生物的去除。工艺流程如图1所示。高氟原水PP棉过滤}-_—吸附除氟活性炭过滤}---．I超滤