除氟剂性能的比较研究第24 市政技术MunicipalEngineeringTechnology Vo1.24NO.4 July,2006 文章编号:1009—7767(2006)04—0228—03 除氟剂性能的比较研究 (北京市政工程管理处,北京100044)摘要:静态试验及对除氟量的计算表明,活性氧化铝的除氟性能好,且粒径越小,吸 附氟的能力越强;而活性炭对水中 的氟无吸附能力.动态试验表明,活性氧化铝与树脂的除氟性能相差较大,树脂适 用于对出水氟含量要求较严格的场合; 对于生活饮用水的除氟处理宜采用活性氧化铝作除氟剂.采用活性氧化铝除氟成 本较低,对北京市郊区的含氟地下水, 建议采用活性氧化铝作除氟剂. 关键词:含氟地下水;除氟剂;性能;成本 中图分类号:TU991.266 文献标识码:B OnPropertiesComparisonofFluorRemovers GUANX 氟是人体必需的微量元素,但摄取过量的氟又会 损害人体健康.我国生活饮用水卫生标准规定饮用水 中氟化物的含量不应超过1.0mg/L.但我国20 多个 省市自治区都有饮用高氟水的受害人群.如北京市郊 区一些村庄,以地下水为饮用水水源,而当地地下水 氟化物的含量严重超标.这些地区的饮用水均需进行 除氟处理.目前,饮用水除氟剂的种类很多,但它们的 性能存在很大差异.本文通过试验仅对不同粒径活性 氧化铝,活性炭及离子交换树脂的除氟性能进行比较 研究,并提出相对经济合理的除氟方法. 材料除氟剂:活性氧化铝,按粒径分有3～5mm 3mm两种;活性炭(8 炭);离子交换树脂. 试验所用分析药剂的纯度均为分析纯. 静态试验分别取5g 不同粒径活性氧化铝及活性炭于具 塞锥形瓶中,分别加入一定浓度的含氟水250mL,振 荡21h 后,分别用离子选择电极法测定含氟浓度,并 计算各除氟剂的除氟量(除氟量指在一定的时间内单 位质量除氟剂去除氟的质量,单位mg/g): 除氟量=(初始含氟浓度一21h 后含氟浓度)mg/Lx 收稿日期:2006—03—20 作者简介:关旭(1972 一),男,辽宁锦州人,T 程师,主要从事市政 工程监理. 0.25L5g 采用不同浓度含氟水做静态试验,计算得出的除 氟量如表1 所示. 不同粒径活性氧化铝及活性炭的除氟量比较(mg/g) 中可以看出:(1)活性炭对不同浓度的原水除氟量均为零,表 明活性炭尽管吸附作用很强,但对水中的氟却无能为 力.不能用作除氟剂. (2)活性氧化铝颗粒的粒径对其除氟能力的影响 很大.小粒径活性氧化铝的除氟量是大粒径活性氧化 倍.这主要是由于单位体积活性氧化铝的粒径越小,表面积越大,吸附氟的能力越强,所 以.活性氧化铝的粒径越小,除氟速率越快,相同时 间内的除氟量也就越大. 动态试验3.1 实验方法 有机玻璃管作为试验柱,其中,2个柱中装填粒径2～ 2006 期除氟剂性能的比较研究?229?3mm 的活性氧化铝,厚度为700mm.质量为764g, 个柱中装填离子交换树脂,厚度为mm,质量为420g.4 个柱的运行方式均为下流式. 3.2 试验内容 个柱均保持进水含氟浓度不变.流量不变,经过一定的时间间隔测定瞬时出水的含氟浓度.并计算 各时间段2 个活性氧化铝柱及2 个树脂柱瞬时出水 含氟浓度的平均值.因取样时间间隔较短.认为各时 间段内出水含氟浓度相对稳定.可以把瞬时出水含氟 浓度近似作为每个取样时间段的出水含氟浓度,如以 运行15rain 时的瞬时出水浓度作为0～15min 段的出水 浓度.以运行30min 时的瞬时出水浓度作为15-30min 段的出水浓度.依此类推. 每个时间段内的除氟量依下述方法计算: 除氟量=(进水含氟浓度一出水含氟浓度)流量 间隔时间除氟剂质量. 每一时刻的累计除氟量为该时刻以前各时间段 .均除氟量之和.据此可计算不同时刻活性氧化铝和树 脂的除氟量(终单位换算到mg/g). 除氟剂的除氟量将随运行时间的延长而增大,直 至出水含氟浓度与进水含氟浓度相等时将达值, 此时除氟量应为该除氟剂的累计除氟量.即总除 由于活性氧化铝的总除氟量与进水浓度无关,所以为缩短运行时间,采用含氟浓度为30mg/L 的原水 进行试验.至出水浓度达到与进水浓度相等为止,计 算得出活性氧化铝的总除氟量,见表2. 活性氧化铝与树脂的总除氟量(mg/g)活性氧化铝 3.6 树脂 2.04 (2)再生方法 活性氧化铝采用5%硫酸铝溶液再生,浸泡2 共10h,再生剂量按去除氟化物质量的60倍计算; 树脂用3%氯化铝溶液再生.再生液量按6 倍树脂体 积(6~636mL)确定.浸泡4 次共48. (3)绘制出水浓度及除氟量随时间的变化曲线 离子交换树脂和活性氧化铝的进水含氟浓度均 为8mg/L,流量保持8L/h,运行到树脂的出水含氟浓 度达到与进水含氟浓度相等止,各自的除氟量随时间的 变化曲线:出水浓度随时间的变化曲线)除氟性能比较 时间/min 除氟量随时间的变化曲线 I/~~fmin 可以看出.在除氟初始的10h内,树脂与 活性氧化铝的除氟量均随时间稳定增加,但树脂比活 性氧化铝增加得快.除氟量约为活性氧化铝的2 可以看出.在这段时间内.树脂的出水水质较好.前7h 出水含氟浓度均为零;但在10h 后树脂的 出水浓度急剧增大.而活性氧化铝的出水含氟浓度增 长缓慢:树脂在运行22h 后失效.而由表2 可知,此时 活性氧化铝的除氟量仅为其总除氟量的1,3 左右. 上述现象表明.树脂的除氟能力在除氟过程的初 期比活性氧化铝强.但这仅限于一定的时间内.随着 时间的推移.树脂在某一时刻的除氟能力急剧下降. 如图1 中树脂的除氟量曲线在临近树脂的总除氟量 时.即运行10h 后.增长非常缓慢,在图2 中则表现 为树脂的出水含氟浓度在10h 后急剧增大. 倍,可见活性氧化铝的除氟能力比树脂要强得多. 综上所述,活性氧化铝与树脂的除氟性能相差较 大,各有优势:树脂的除氟速率较高,初期出水水质较 好:而活性氧化铝的总除氟量高,除氟潜力大.树脂的 出水水质持续为零的时间较长,从有到1 的变化时间 较短,因水中含有适当的氟于人的健康是有利的,所 以树脂除氟并不适于生活饮用.活性氧化铝的出水水 的变化缓慢,持续时间长,有利于生活饮用.(2)除氟成本比较 当进水含氟浓度为8mg/L.流量为8L/h 活性氧化铝和树脂作对比试验,均至出水含氟浓度为1.0mg/L.活性氧化铝柱运行时间为165min,共除 氟166.35mg;树脂柱运行时间为675rain,共除氟 688.24mg. 活性氧化铝的再生剂量按去除氟化物质量的60 计算,再生剂采用分析纯硫酸铝,按市售价格23.40元/kg 计,由此可得去除1 氟的再生费用为: 『(166.35x60xl0)kgx23.40元/kg】+166.35mg= 0.00140 元/mg.见表3 中再生费用一栏. 树脂的再生液(3%的A1C1 溶液)量按6 倍树脂 体积(3.82L)确定,需用再生剂分析纯氯化铝207.3g, 氯化铝的市售价格为41.80 元/kg,去除1mg 生费用为:0.2073kgx41.80 元/kg+688.24mg=0.0126 元/mg, 见表3 中再生费用一栏. 可见.采用活性氧化铝除氟时除氟剂的价格较低廉,约为树脂除氟剂价格的2/5,去除等量氟所 需的再生费用为树脂除氟剂再生费用的1/9. 通过比较可以看出,用活性氧化铝作除氟剂从经 济的角度来讲比用树脂具有较大的优势. 3.4 含氟地下水的处理方法及费用 对于北京市郊区的含氟地下水,若采用活性氧化 铝作除氟剂进行处理是经济可行的.用活性氧化铝进 行处理,至出水氟含量满足饮用水卫生标准的要求, 依据试验结果可得所需增加的除氟水费.如地下水的 含氟浓度为5.0mg/L,欲使出水的含氟浓度降至1.0mgCL, 所需的再生费用为: 0.0014Yr_Jm~x(5.0—1.0)mgLxlO00IJm=5.60 m,见表4中除氟水费一栏. 可见,原水含氟浓度降低,则用活性氧化铝除氟剂处理时所需的除氟水费也会大大降低. 活性炭不能用作除氟剂;(2)活性氧化铝与树脂均能用作除氟剂,但除氟 性能差异较大.活性氧化铝的总除氟量高,除氟潜力 大;树脂的总除氟量低,但其在初期出水水质好; (3)活性氧化铝除氟剂的原料价格及再生费用均 比树脂除氟剂低,所以,活性氧化铝用于饮用水除氟 比较经济; (4)试验中所用药剂均为分析纯,生产中可适当 降低纯度,以进一步降低费用. 综合来讲,树脂可以用于对出水氟含量要求较严 格(如制纯水)的场合;对于生活饮用水的除氟处理宜 采用物美价廉的活性氧化铝作除氟剂. 参考文献: 【1】CECs46:93,饮用水除氟设计规程【S】. 【2】韩秉诰.饮水Al 一型阳离子交换树脂除氟【J].中国给水排水, 1990,6(3):51—53. (上接第206 综上所述,本文得到以下几点结论:(1)桥头路基填筑较高,较快时,对邻近桥桩的影 响较大.因此,可以采用轻质材料填筑桥头路基和分 级多步填筑的方法减少对桥桩的影响. (2)路基下卧软土层越厚,软土弹性模量越低,上 部路基填筑时,邻近桥桩受到影响越大.因此,填筑路 基前,可采用换填或搅拌桩加固的方法加固软基,但 是当软土弹性模量提高到一定程度后,再增强其弹 性模量,对控制邻近桥桩的侧向位移并没有显着的 效果. (3)路基填筑前,通过在软基中设置竖向排水通 道,改善软土的排水性能能减轻桥桩的受路基填筑的 影响. (4)当桩身弹性模量较小时,提高弹性模量能减 小桩身的变形量,但当弹性模量提高到一定程度后, 再增加其大小,不仅不能显着地减小桩身侧向位移, 反而使得桩身内力增大许多. 参考文献: 『1】李仁平.软土地基中被动桩与土体相互作用及其工程应用 『D】.杭州:浙江大学,2001. 【2】DeBeer.Pilessubjectedtostaticlateralloads【A】.Proc9th ICSMFEIC].Tokyo:SpSess,1997,(3):1-14. 『3】章定文,刘松玉,于新豹.连云港海相软土工程特性及处治 方法探讨『J].工程地质,2003(3):250—257. 『4】杨敏,朱碧堂.堆载引起某房坍塌事故的初步分析『J】.岩 土工程,2002,24f4):446—450. 【5】D.P.STEWART,R_J_JEWELL,andM.F.RAN—DOLPH.Design ofpliedbridgeabutmentsonsoficlayfodoadingfromlateral? soilmovements『J】.Geotechnique,1994,44(2):278—296. 『61 杨敏,朱碧堂.堆载下土体侧移及对邻桩作用的有限元分析 【J].同济大学,2003,31(7):727—777.

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