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天然沸石在农牧区家庭饮用水除铁锰中的应用

作者:波涛净水      来源:www.cddii.com     浏览:      发布时间:20/07/30

天然沸石是一种含水的具有架状结构的铝硅酸盐矿物,其中带有可交换的碱或碱土金属离子,有优良的离子选择交换性,广泛应用于水处理中。辽宁省朝阳地区盛产优质沸石,开采和应用已有近20年的历史,产品远销国内外。近几年,用天然沸石处理高铁锰水取得了重要成果。

天然沸石在农牧区家庭饮用水除铁锰中的应用

1除铁锰沸石滤料的制作

1.1原料的化学成分

经过地质部门测试,沸石原料的化学成分如下(%):SiO2 64.74、A12O3 12.13、TiO2 0.19、Fe2O3 1.69、CaO 3.92、MgO 1.20、K2O 1.98、Na2O 0.22、LOI 11.44、CEC 1.70-1.86mmol/g,经过X一射线衍射分析证明,斜发沸石平均含量>70%。沸石中不含有害元素砷,其他重金属含量都在国家规定的范围内。

1.2制作方法

除铁锰沸石滤料的制作方法有多种。为了探讨制作滤料的较佳工艺条件,进行了条件试验,最终选择一种经济有效的制作方法,并在实际过程中得到了广泛的应用。

经多次试验证明,天然沸石如不经过处理直接用于饮用水除铁锰效果不好,需要先经活化处理才能使用。

1.3应用效果

为了考察沸石在实际应用中的效果,进行了长达两年多的跟踪测试;为了考察沸石重复使用的再生性能,进行了沸石的反复再生实验;为了考察沸石在不同水质的应用情况,在朝阳、内蒙古东乌旗等地进行了各种水质的应用试验,并且经过了2009年极低温度下的应用试验。

2试验结果及讨论

2.1水中铁锰含量测定方法

铁含量测定采用邻菲罗啉分光光度法;锰含量测定采用高碘酸钾氧化法。按国家标准方法进行测定。所用主要仪器为722S分光光度计,上海精密仪器厂生产。

2.2沸石除铁锰滤料的制作

经多次试验结果表明,朝阳沸石含氧化钙较多,直接影响交换剂的用量。虽然多家试验指出,采用氯化钠做交换剂的较佳浓度为0.8mol/L,但我们在试验中发现,对于含氧化钙较多的沸石原料这样的浓度是不够的,不能有效将沸石中所含的钙离子和镁离子及其他阳离子交换下来。尤其是朝阳沸石中含有较多的氧化钾(1.98%-3.11%),且多为可交换性钾。按斜发沸石离子交换顺序:Cs+>Rb+>K+>NH4+>Sr2+=Ba2+>Ca2+>Na+>Fe2+>A13+>Mg2+,可知在溶液中优先交换的是K+和Ca2+,如果不加大Na+的浓度是很难将交换顺序在前的K+和Ca2+交换下来的。在试验中发现,用5%左右的氯化钠做交换剂很难交换完全。在实际生产中用15%的氯化钠交换效果良好。得到的活化沸石成分如下(%):SiO2 64.80、 A12O3 13.58、Fe2O 0.01、CaO 0.54、MgO 0.10、K2O 0.34、Na2O 8.60、LOI 11.44、TiO2 0.19,可看出此时已转变为钠型沸石。

2.3加热煅烧对沸石除铁锰效果的影响

将沸石经常规处理后做了不同温度下的煅烧处理,观察除铁锰效果。

可知在不同温度下沸石吸附量有所变化,其中尤以350-400℃煅烧吸附量较大,但和常温相比差别不是很大。而在加热到600℃以后吸附量呈下降趋势。由于斜发沸石在超过600℃结构遭到破坏,且较易破碎,已不适合于在做滤料使用。所以,煅烧温度以不超过400℃为宜。质量好的沸石不经煅烧也能获得较好的吸附效果。

沸石质量对除铁锰效果的比较。

可知原料中沸石含量越高,吸附量越大。所以在工作中应尽量选择质量好的沸石作原料,而含量在50%以下的沸石岩是不适合做滤料原料的。

2.4再生对沸石除铁锰效果的影响

为了观察滤料再生后的除铁锰效果,将失效沸石滤料做了3次再生处理,观察除铁锰效果。

可知经再生后,沸石除铁锰能力均有提高,在一定范围内有越用越好的趋势。

我国有很多地区饮用水铁锰含量超标,特别是在一些居住偏远的农村和居住相对分散的牧区家庭,至今还在饮用高铁锰水。虽然采取了很多措施解决这一问题,但受到客观条件的限制,解决这一问题仍有很大困难。因此,寻找一种适合农牧区需要的小型除铁锰装置和滤料非常重要。

用天然沸石除铁锰水质能否得到保证,这是人们普遍关心的问题。为此各有关疾控部门对除铁锰装置出水进行了长期质量跟踪监测,证明出水符合国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006),可放心饮用。

3应用效果及前景

(1)经过多年实践检验,天然沸石经处理后作为除铁锰材料是完全可行的,农牧民可以自己完成整个操作过程,只要注意操作要求,选择合适的净化装置,完全可以满足农牧民家庭用水要求。低碳环保、不浪费水资源、经济实惠,用得起、管得了、水质好,适合在农牧区推广使用,也可以在较大型水处理厂使用。

(2)沸石滤料制作较简单,长期使用没有毒害作用。沸石滤料可以使用30年以上,只要定期再生即可。

(3)在制作滤料时,要尽可能选择质量好的沸石,低含量沸石影响使用效率,阳离子交换量在140mmol/100g以上为宜。煅烧与否可以综合考虑,选择质量好的沸石可以不经煅烧直接作为原料使用。

(4)沸石再生时间受到原有水质的制约。原水质各项指标较差的水再生时间可能缩短,尤其是较浑浊的水更影响使用周期,应该采取事先经纱布过滤的方式除去悬浮物使沸石充分发挥作用。另外,季节温度和是否丰水期也影响沸石再生周期。

(5)在实际使用时,采取间接通水方式可以使沸石发挥最大的吸附量,而这一点在家庭用户中不难做到。沸石除铁锰是一个缓慢的过程,因此出水速度不应太快,否则可能使得滤料快速失效,影响使用周期。小型装置滤速以不超过llL/h为宜,较大型装置则可提高速度。

(6)用沸石作除铁锰材料用于农牧区家庭处理高铁锰水,经济效益十分明显。据东乌旗水利队提供材料证明,在牧区牧民居住分散的地方,打一口lOOm深井的费用连同配套资金在内是71 760元,最多只能解决10户牧民吃水问题,户均投资为7 176元。打l眼深机电井所需投资可购买24台家用降铁锰净水器,即用于打1眼深机电井的投资可解决24户高铁锰水用户的饮水问题。况且,在牧区很多地方即使打lOOm深井也仍然找不到合格水源,因而,推广安装小型家用净水设备在改善饮水水质的同时可大幅节约一次性投入。

(7)沸石滤料和锰砂滤料的对比。

第一,锰砂滤料使用时间短,沸石滤料时间长。锰砂滤料易破碎,经一定时间后,需更换新的锰砂,而沸石滤料可在长时间使用而不必更换。特别是活化沸石滤料强度更大,这在经济及效益上具有更大的优势。

第二,锰砂滤料需要经常冲洗,否则就会丧失过滤性能;沸石滤料不但具有很好的初始滤过性能,而且可以长时间使用而不必清洗一直保持优良的除去能力。自2009年10月开始在农牧民家庭中推广这项技术以来,采用的一种小型家庭用净水装置,内装24kg沸石滤料,一直到现在为止(2011年10月),始终没有进行过再生处理,一直在通水使用,水质检查指标仍然合格。究其原因,可能是在沸石滤料表面生成了一层优质铁质滤膜,极大地提高了沸石滤料的除铁锰能力。在一座较大型的盐碱水处理装置中,采用活化沸石做前处理材料,至今已经两年多时间,滤膜一直保持高效处理能力,水质合格。而在没有用沸石作前处理的装置中,反渗透膜已经进行过4次清洗,充分说明了沸石在水处理中的高效性。

第三,活化沸石再生处理简单,只需要用一定浓度的氯化钠溶液清洗即可达到再生目的,整个过程无毒无污染。

第四,活化沸石滤料在水处理时对水的pH值要求不高,只要在近中性范围内都可以发挥很好的作用。而锰砂滤料在除锰时则要求pH值在9左右才能发挥最大作用,这就限制了锰砂的应用范围。另外,锰砂滤料要求先经过水的曝气才能发挥作用,而沸石滤料则可直接通水使用。这可能与两者的去除机制有关。沸石主要以离子交换为主,而锰砂则主要以吸附为主要方式。

因此,活化沸石滤料含铁锰饮用水的处理中有着十分广阔的应用前景。

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