沸石作为一种天然矿石,无毒无害,来源广泛,价格低廉,活化和再生方法简单,不需要掌握特殊的技术。根据我国居民饮用水情况和家庭规模的大小,每人每天所需的直接饮用水一般不超过5L,按三口之家计算,每天约需15L水,只需使用500g左右的沸石即可满足需要,对于较大规模的家庭使用时可适当増加沸石的体积。
初步预算处理费用为0.278元/m3,虽然初期投资较骨炭、活性氧化铝为大,但沸石有越用越好的趋势,长期使用具有优势。
沸石适用于在农村、牧区等经济技术条件较差的地区推广使用。
科学家研究了以石英砂和沸石为骨架的吸附材料经铝盐改性处理后,对饮用水中过量氟的处理行为,比较两种改性滤料处理能力的不同并对差异进行分析。
实验表明,物理空间结构性强的沸石作为改性滤料的应用有独到的优越性,除氟效率达98%以上,是一种无毒、无害的除氟处理方法。
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两种物理吸附和化学吸附,A3+除氟并不是简单的“交换”或者“吸附”。
沸石和石英砂同属于铝硅酸盐矿物,但沸石的内部具有比石英砂发达得多的空道微孔结构,形成规则的孔道和空腔结构骨架,其筛分离子和吸附交换的性能比石英砂强,故结构的不同造成了吸附效果的差别,这从原始石英砂基本没有除氟能力,而原始沸石具有一定的除氟能力也可得到证明。这说明,改性滤料处理含氟水的过程中,化学吸附不是绝对的,沸石发达的内部孔道特性使得物理吸附加强,吸附活性位增多,从而化学吸附点增多,使得F-可以比较充分地与A13+结合生成氟铝化合物,达到去除的目的;
但化学吸附在除氟中发挥主要作用,这可从改性后的沸石除氟能力大大提高得到证明,表明通过离子扩散进入沸石内部骨架的铝离子在除氟过程中发挥了重要的作用,吸附交换反应如下
R—A3+(H2O)3m+3mF- 一 -R—Al3+F3m+3mH2O
通过实验可以看出,三种滤料的除氟效果随pH值的变化趋势是一致的,都是先升后降。
改性石英砂除氟适宜的酸度范围比改性沸石窄,只在pH值为3.6~4.5时有较高的除氟率,除氟率也比改性沸石低;
当pH值<4.5时,改性沸石对氟的去除率随pH值的增加而不断提高;
当pH值在4.5~5之间时,去除率随pH值的增加而下降较快;在pH值>5时,下降趋势变缓。
改性沸石对氟离子有较好的吸附效果,pH值在4~6.5之间,出水氟含量均在1.0mgL以下,达到国家饮用水标准; 而在此酸度范围以外,改性沸石的除氟效果也达到90%以上。未改性的沸石除氟率随pH值的变化也呈现相同的趋势,但总体去除率低,在30%~40%左右,除氟效果远不如改性后的沸石。
科学家将沸石用1.0%的NaOH溶液浸泡12h,然后用2.0%的硫酸铝钾溶液浸泡36h活化,吸附饱和后用浓度为0.5%~2.0%硫酸铝钾再生12h,可以取得较好的除氟效果。
试验用沸石为天然斜发沸石经碾碎、筛分成粒径20~40目的砂砾,高氟原水为西安市自来水加氟化钠溶液配制而成。
静态试验:在大烧杯中加入含氟水及除氟剂,用六联搅拌机搅拌,pH=7.6,水温T=10℃,转速为80r/min,连续搅拌180min后静置20min,用离子选择电极法测定上层清液中氟含量。
动态试验:用内径50mm,高1000mm的有机玻璃柱装入沸石,制成吸附柱采用下向流通水,每隔一定时间测量出水氟离子浓度。
总结：石英砂吸附性能远小于沸石。
