铝铁床除氟性能的试探性研究

喻 勇

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430000)

铝铁床除氟性能的试探性研究

喻 勇

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430000)

提出了一种新的除氟方法，即铝铁床除氟，对该方法的除氟性能进行了试探性研究，比较了不同停留时间对除氟效果的影响，实验结果表明，在EBCT=8 h时，氟的去除率最大，可达到77.1%，但随着反应时间的增长，去除率随之下降，简单的水力冲洗对铝铁床的除氟性能有一定的再生作用。

铝铁床，除氟，饮用水

1 背景介绍

氟是人体生命活动必需的微量元素之一，吸入适量的氟可以起到防龋齿作用，但是，长期饮用氟浓度超过1.5 mg/L饮用水时，则会造成氟斑牙或氟骨症，发生慢性氟中毒[1]，引发地方性氟病。在我国，饮水型地方性氟病分布很广泛，尤其在西北、华北等地，由于水资源缺乏，高氟水地区饮水困难或无水可饮，人们不得不饮用高氟水，造成不同程度的氟中毒。我国生活饮用水卫生标准规定饮用水中的氟化物不得超过1 mg/L[2]。饮用高氟水引发的地方性氟中毒，其发病地区之广，病人之多，病情之严重，对人们身体健康和经济发展的影响，已经成为我国一个不可忽视的社会发展问题。

本论文首次在实验室水平上提出以铝铁为填充床的材料进行除氟实验，为除氟研究提供了一条新的思路，并进行了一些试探性研究。

2 实验材料与方法

所用含氟饮用水为分析纯级NaF配制所得，铁屑与铝屑先经过酸洗除去表面的氧化膜，之后用丙酮浸泡除油。HCl与NaOH调节pH值。氟离子选择电极法测定水中的氟离子浓度。

实验装置如图1所示，原水经流量计从上端进入，通过铁铝床之后溢流出水。在贮水箱中可调节进水的pH值，研究初始的pH值对氟去除率的影响；也可配制不同浓度的氟离子浓度溶液，研究氟离子浓度的高低对去除率的影响。

3 结果与讨论

3.1 铝铁床除氟原理

当铁屑与铝屑在水中混合后，由于氧化还原电位的差异，铝屑将作为阳极电离出铝离子，并有微小的电流产生，化学反应如式(1)，式(2)所示。铝盐常用作除氟的吸附剂或混凝剂，当含氟水中存在Al3+时，发生如化学式(3)所示的反应，Al3+与氟离子形成络合物，并产生一定的OH-,使得pH值升高[3]。Feng Shen等人[4]对电混凝中氟离子与铝离子形成的络合物的微观结构做了研究，其微观结构如图2所示。形成的络合物最终在电流的作用下沉积在金属表面上，达到除氟的目的。

Al→Al3++3e-

(1)

2H2O+2e-→2OH-+H2

(2)

Aln(OH)3n+mF-→AlnFm(OH)3n-m+mOH-

(3)

3.2 不同停留时间的除氟效果比较

在进水CF-0=20 mg/L,pH=6.3，铁铝体积比1∶1的条件下，分别比较了停留时间为2 h,4 h,8 h的除氟效果，如图3所示，实验表明，停留时间越长，氟的去除率越高，去除率最大时为77.1%。随着反应的进行，氟的去除率随之降低，pH趋于恒定。分析其原因，氟离子与铝离子形成的络合物覆盖在铝片与铁片之上，阻挡了反应的继续进行；铝片表面发生钝化，降低了铝片的活性。

3.3 再生实验

分别对上述EBCT=4 h,8 h,10 h的填充床进行了水力冲刷再生实验，具体过程为先将填充床灌满水，之后快速的将水放出，达到将覆盖在铝片与铁片表面上的络合物物理冲刷掉的目的，之后再按照原定的停留时间进行除氟实验，其结果分别如图4与图5所示，再生之后的除氟效率有所提高，但pH值随着反应的进行逐渐降低，之后达到稳定。

3.4 低浓度长停留时间的除氟实验

进行了低浓度长停留时间的除氟实验，进水CF-0=10 mg/L,pH=6.3，EBCT=10 h，实验结果如图6所示，与上述CF-0=20 mg/L相比，去除率反而更低，分析其原因为，当进水氟离子浓度较大时Al离子与氟离子形成的络合物对氟离子有吸附作用，故增加了氟离子的去除率。高低浓度条件下反应稳定后的pH基本相同。

4 结语

铝铁床除氟是本文首次提出的除氟方法，本文对此技术的除氟性能进行了试探性研究，实验表明，在EBCT=8 h的时候，去除率可达到77.1%，但随着反应的进行，去除率随之下降，简单的水力冲洗对铝铁床的除氟性能有一定的再生作用。低浓度进水的除氟效率低于高浓度进水，分析其原因主要为进水氟离子浓度较大时Al离子与氟离子形成的络合物对氟离子有吸附作用，故增加了氟离子的去除率。

[1] Organization W H. Fluoride in drinking water, WHO Guidelines for Drinking Water Quality[M].2006.

[2] GB 5749—2006，生活饮用水卫生标准[S].

[3] Hu C Y, Lo S L, Kuan W H, et al. Removal of fluoride from semiconductor wastewater by electrocoagulation-flotation[J]. Water Research,2005,39(5):895-901.

[4] Shen F, Chen X, Gao P, et al. Electrochemical removal of fluoride ions from industrial wastewater[J].Chemical Engineering Science,2003,58(3-6):987-993.

Investigative research on removing fluorine performance of aluminum iron berth

Yu Yong

(WuhanMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Wuhan430000,China)

The paper introduces the new method for removing fluorine method, the aluminum iron berth, undertakes the investigative research on its removing fluorine performance, compares the different dwell time on the removing fluorine effect, proves by the experiment result that the removal ratio is the highest, 77.1%, when EBCT is 8 h， however, the ratio falls along with increasing reaction time, and hydraulic clearing has certain regeneration role in the removing fluorine performance.

aluminum and iron berth, removing fluorine, drinking water

2015-02-07

喻 勇(1983- )，男，工程师

1009-6825(2015)12-0129-02

O6-3

A