论文摘要
我国高氟水分布广泛,危害严重,饮用水除氟是一项亟待解决的任务,寻求除氟率高、易于维护的除氟工艺具有重大意义。本文选用La2O3·nH2O及活性氧化铝作为吸附剂,进行了吸附机理及吸附-超滤工艺研究,主要结论如下:静态实验研究吸附剂的除氟机理,为连续实验提供理论依据。建立了综合pH影响的吸附等温线模型,理论计算结果与实验结果非常吻合,验证了pH对La2O3·nH2O及活性氧化铝除氟的影响分别属于离子交换型及竞争吸附型两种不同类型,同时从理论上预测了pH对吸附容量的影响,结果表明:La2O3·nH2O的吸附容量在反应后pH<8时较高,且基本不受pH的影响,pH8-9之间缓慢下降,pH>9时迅速下降;活性氧化铝在吸附反应后pH4-6的范围内吸附容量最高,pH<4或者pH>6时迅速下降。为了确定吸附容量研究中的平衡时间,从吸附反应机理出发,构建了同时考虑初始F-浓度及吸附剂投加量的动力学模型,该模型计算结果与17组实验结果非常吻合。利用该模型研究了粒径对吸附速率的影响,粒径越小吸附速率越大,粒径小于0.05mm的La2O3·nH2O其K1、K2是0.15-0.71mmLa2O3·nH2O的30倍左右。利用该模型还可以推测已知吸附剂投加量及初始F-浓度条件下,达到吸附平衡的时间,根据计算结果本文在吸附容量研究中确定吸附时间为60min,在此基础上,利用前面建立的综合pH影响的吸附等温线模型研究了粒径对两种吸附剂吸附容量的影响,结果表明:粒径对吸附容量有显著影响,La2O3·nH2O粒径从0.5-0.71mm减小到0.038-0.05mm时最大吸附容量增大了3.3倍,氟离子平衡浓度1mg/L时的吸附容量增大了5.5倍;La2O3·nH2O的吸附容量远高于活性氧化铝,是相同粒径活性氧化铝的6.4-22.2倍。在活性氧化铝吸附-超滤及La2O3·nH2O吸附-超滤连续工艺中研究了各因素对除氟效果及膜污染的影响,确定了其优化操作工艺为活性氧化铝粒径0.05-0.074mm,吸附剂投加量0.2g/L,不曝气,反冲洗周期6h。分析膜污染机理得出,吸附剂粒径较大时,过滤前期膜污染受膜孔堵塞作用控制,后期受滤饼层控制,粒径较小时全阶段受滤饼层控制。