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活性氧化鋁除氟原理

日期:2019年04月11日 | 17:15 作者：河南銘澤科技 瀏覽:

       活性氧化鋁物理性能好、強(qiáng)度高、無(wú)毒、無(wú)味，320m2/g左右的比表面積使活性氧化鋁有很大的接觸面積，從而有很好的離子交換能力，0.4cm3/g以上的孔容使其有很高的吸附容量，因?yàn)槠浔旧硪自偕�，壽命長(zhǎng)，成本相對(duì)便宜，在各種除氟方法中，是一種行之有效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。那么活性氧化鋁除氟原理就很有必要了解一下。活性氧化鋁除去氟離子分為兩個(gè)作用，吸附作用和離子交換作用。最后我們總結(jié)一下活性氧化鋁除氟工藝參數(shù)。
一、活性氧化鋁的吸附原理
       活性氧化鋁除氟劑本來(lái)就是一種吸附材料，高比表面積和高孔容是吸附材料的基本特征，活性氧化鋁具有一定的吸附雜質(zhì)的作用，其實(shí)活性氧化鋁可分為大孔(100~500A)、中孔（40~100A)、微孔（<40A），孔徑分布從10A~500A不等，活性氧化鋁對(duì)于小于自身孔徑的分子，都具有一定的吸附能力。水中氟主要以離子狀態(tài)存在，在除氟過(guò)程主要是從水中去除離子狀態(tài)的氟，活性氧化鋁的吸附作用占很小一部份，最重要的還是活性氧化鋁的離子交換能力。
       活性氧化鋁發(fā)生物理吸附和離子交換的化學(xué)式：
       Al₂O₃·Al₂(SO₄)₃·XH₂O+6F^-=Al₂O₃·2AlF₃·XH₂O+3SO₄^2-

二、活性氧化鋁的離子交換原理
       1、生活飲用水中所含的氟主要以離子狀態(tài)存在，其在水中的溶解度，遠(yuǎn)大于允許含氟量(1mg /L)。所以，除氟工藝主要是從水中去除離子狀態(tài)的氟。活性氧化鋁是典型的兩性化合物，在酸性條件下，活性氧化鋁為陰離子交換劑，其對(duì)水中陰離子的選擇順序?yàn)椋篛H^->PO₄^3->F^->SO₄^2- >Cl^-。
       2、用硫酸鋁再生的活性氧化鋁，在除氟過(guò)程中。但交換出的SO₄^2-離子毫克當(dāng)量數(shù)與去除的F^-和HCO₃^-離子毫克當(dāng)量數(shù)之和大致相等這一事實(shí)，這說(shuō)明活性氧化鋁除氟原理主要是離子交換的機(jī)理。將活性氧化鋁用硫酸鋁或硫酸處理，使其轉(zhuǎn)化成R₂SO₄型，則按照離子交換順序，水中的F^-離子可靠交換勢(shì)從活性氧化鋁的R₂SO₄中交換出SO₄^2-離子，從而去掉水中的F-離子。
       3、 在除氟過(guò)程中,水中的陽(yáng)離子并未同F(xiàn)-離子一起被去除，試驗(yàn)中下式成立：2NaF+R₂SO₄⇄2RF+Na₂SO₄。這就說(shuō)明了用活性氧化鋁除氟，其吸附性能是次要的。用活性氧化鋁的R₂SO₄型離子交換劑除氟，下列反應(yīng)式是成立的:
       R₂SO₄+2F^-⇄2RF+SO₄^2-
       R₂SO₄+2HCO₃^-⇄2RHCO₃+SO₄^2-

       4、活性氧化鋁交換飽和以后，用硫酸鋁再生。再生過(guò)程，是靠再生劑的高濃度戰(zhàn)勝選擇性，使上述反應(yīng)式向左進(jìn)行，從而使活性氧化鋁得到再生。也可用1%濃度的NaOH再生，再生后濾層呈堿性，必須進(jìn)行酸化，使濾層轉(zhuǎn)為酸性，才能去除水中的F-離子。
       5、實(shí)驗(yàn)證明，將原水pH值調(diào)低到5.5左右，為最佳除氟環(huán)境。國(guó)外除氟裝置多將原水pH值調(diào)至5.5～6.5之間運(yùn)行。不但除氟效果好，相應(yīng)也比較經(jīng)濟(jì)。國(guó)內(nèi)為節(jié)省酸化過(guò)程成本，通常將原水pH值小幅度調(diào)低，一般控制在6.5～7.0。

三、除氟工藝參數(shù)
       1、活性氧化鋁的吸附交換容量表示活性氧化鋁對(duì)水中氟離子吸附交換的能力。一般以每克活性氧化鋁吸附交換水中的氟離子毫克數(shù)( mgF-/g活性氧化鋁)，活性氧化鋁的吸附交換容量受原水含氟量高低、原水pH值和堿度、過(guò)濾接觸時(shí)間、活性氧化鋁濾料粒徑及再生情況等條件影響。在設(shè)計(jì)中采用活性氧化鋁的除氟容量1~2mg/g作為其設(shè)計(jì)工作交換容最是穩(wěn)妥的。
        2、活性氧化鋁濾料粒徑在實(shí)際使用中，認(rèn)為活性氧化鋁濾料的粒徑級(jí)配以0.5~2mm為宜，濾料不均勻系數(shù)K≤2 。粒徑過(guò)大， 則一定量的濾料表面積太小，影響吸附交換容量；粒徑過(guò)小，雖可提高濾料表面積，增加吸附交換容量，但在操作過(guò)程中易磨攝破碎，損耗較大。

        4、活性氧化鋁濾料層厚度,  一般采用1米~1.5米 。料層厚度過(guò)小影響過(guò)濾接觸時(shí)間，過(guò)濾時(shí)水流也容易短路， 過(guò)大則要增加水頭損失，加大反沖洗強(qiáng)度，能耗高。

 

        5、過(guò)濾接觸時(shí)間過(guò)濾時(shí)，原水與活性氧化鋁濾料的接觸時(shí)間長(zhǎng)短，對(duì)濾料的交換容量影響很大，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，其吸附交換容量越大，接觸時(shí)間一般以20~30分鐘為宜。
        6、再生周期，可采用10天左右時(shí)間，以再生周期來(lái)確定濾料的用量。 

       活性氧化鋁除氟原理一般認(rèn)為就氟離子交換和物理吸附雙重作用，其中起重要作用的是離子交換作用。