天然沸石在農(nóng)牧區(qū)家庭飲用水除鐵錳中的應(yīng)用

孔憲清

(朝陽師范高等?？茖W(xué)校，遼寧 朝陽 122000)

天然沸石在農(nóng)牧區(qū)家庭飲用水除鐵錳中的應(yīng)用

孔憲清

(朝陽師范高等專科學(xué)校，遼寧 朝陽 122000)

本文對應(yīng)用朝陽沸石濾料處理高鐵錳水技術(shù)條件進(jìn)行了研究，并介紹了在農(nóng)牧區(qū)中的應(yīng)用效果。

天然沸石；去除鐵錳；農(nóng)牧區(qū)；飲用水

天然沸石是一種含水的具有架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，其中帶有可交換的堿或堿土金屬離子，有優(yōu)良的離子選擇交換性，廣泛應(yīng)用于水處理中。遼寧省朝陽地區(qū)盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)沸石，開采和應(yīng)用已有近20年的歷史，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷國內(nèi)外。近幾年，用天然沸石處理高鐵錳水取得了重要成果。

1 除鐵錳沸石濾料的制作

1.1 原料的化學(xué)成分

經(jīng)過地質(zhì)部門測試，沸石原料的化學(xué)成分如下(%)：SiO264.74、Al2O312.13、TiO20.19、Fe2O31.69、CaO 3.92、MgO 1.20、K2O 1.98、Na2O 0.22、LOI 11.44、CEC1.70～1.86mmol/g，經(jīng)過X-射線衍射分析證明，斜發(fā)沸石平均含量＞70%。沸石中不含有害元素砷，其他重金屬含量都在國家規(guī)定的范圍內(nèi)。

1.2 制作方法

除鐵錳沸石濾料的制作方法有多種。為了探討制作濾料的最佳工藝條件，進(jìn)行了條件試驗，最終選擇一種經(jīng)濟(jì)有效的制作方法，并在實際過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)多次試驗證明，天然沸石如不經(jīng)過處理直接用于飲用水除鐵錳效果不好，須先經(jīng)活化處理才能使用。

1.3 應(yīng)用效果

為了考察沸石在實際應(yīng)用中的效果，進(jìn)行了長達(dá)兩年多的跟蹤測試；為了考察沸石重復(fù)使用的再生性能，進(jìn)行了沸石的反復(fù)再生實驗；為了考察沸石在不同水質(zhì)的應(yīng)用情況，在朝陽、內(nèi)蒙古東烏旗等地進(jìn)行了各種水質(zhì)的應(yīng)用試驗，并且經(jīng)過了2009年極低溫度下的應(yīng)用試驗。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 水中鐵錳含量測定方法

鐵含量測定采用鄰菲羅啉分光光度法；錳含量測定采用高碘酸鉀氧化法。按國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定。所用主要儀器為722S分光光度計，上海精密儀器廠生產(chǎn)。

2.2 沸石除鐵錳濾料的制作

經(jīng)多次試驗結(jié)果表明，朝陽沸石含氧化鈣較多，直接影響交換劑的用量。雖然多家試驗指出，采用氯化鈉做交換劑的最佳濃度為0.8mmol/L，但我們在試驗中發(fā)現(xiàn)，對于含氧化鈣較多的沸石原料這樣的濃度是不夠的，不能有效的將沸石中所含的鈣離子和鎂離子及其他陽離子交換下來。尤其是朝陽沸石中含有較多的氧化鉀(1.98%～3.11%)，且多為可交換性鉀。按斜發(fā)沸石離子交換順序：Cs+＞Rb+＞K+＞NH4+＞Sr2+=Ba2+＞Ca2+＞Na+＞Fe2+＞Al3+＞Mg2+，可知在溶液中優(yōu)先交換的是K+和Ca2+，如果不加大Na+的濃度是很難將交換順序在前的K+和Ca2+交換下來的。在試驗中發(fā)現(xiàn)，用5%左右的氯化鈉做交換劑很難交換完全。在實際生產(chǎn)中用15%的氯化鈉交換效果良好。得到的活化沸石成分如下(%)：SiO264.80、Al2O313.58、Fe2O30.01、CaO 0.54、MgO 0.10、K2O 0.34、Na2O 8.60、LOI 11.44、TiO20.19，可看出此時已轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型沸石。

2.3 加熱煅燒對沸石除鐵錳效果的影響

將沸石經(jīng)常規(guī)處理后做了不同溫度下的煅燒處理，觀察除鐵錳效果，結(jié)果見表1(煅燒時間為2h)。

表1 不同煅燒溫度對沸石除鐵效果的影響

可知在不同溫度下沸石吸附量有所變化，其中尤以350～400℃煅燒吸附量最大。但和常溫相比差別不是很大。而在加熱到600℃以后吸附量呈下降趨勢。由于斜發(fā)沸石在超過600℃結(jié)構(gòu)遭到破壞，且極易破碎，已不適合于在做濾料使用。所以，煅燒溫度以不超過400℃為宜。質(zhì)量好的沸石不經(jīng)煅燒也能獲得較好的吸附效果。

沸石質(zhì)量對除鐵錳效果的比較，見表2。

表2 沸石含量與鐵吸附量的關(guān)系

可知原料中沸石含量越高，吸附量越大。所以在工作中應(yīng)盡量選擇質(zhì)量好的沸石作原料，而含量在50%以下的沸石巖是不適合做濾料原料的。

2.4 再生對沸石除鐵錳效果的影響

為了觀察濾料再生后的除鐵錳效果，將失效沸石濾料做了3次再生處理，觀察除鐵錳效果，結(jié)果見表3、表4(再生劑為氯化鈉)。

表3 再生對除鐵效果的影響

表4 再生對除錳效果的影響

可知經(jīng)再生后，沸石除鐵錳能力均有提高，在一定范圍內(nèi)有越用越好的趨勢。

我國有很多地區(qū)飲用水鐵錳含量超標(biāo)，特別是在一些居住偏遠(yuǎn)的農(nóng)村和居住相對分散的牧區(qū)家庭，至今還在飲用高鐵錳水。雖然采取了很多措施解決這一問題，但受到客觀條件的限制，解決這一問題仍有很大困難。因此，尋找一種適合農(nóng)牧區(qū)需要的小型除鐵錳裝置和濾料非常重要。

用天然沸石除鐵錳水質(zhì)能否得到保證，這是人們普遍關(guān)心的問題。為此各有關(guān)疾控部門對除鐵錳裝置出水進(jìn)行了長期質(zhì)量跟蹤監(jiān)測(見表5)，證明出水符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)，可放心飲用。

表5 水質(zhì)檢驗結(jié)果

3 應(yīng)用效果及前景

(1) 經(jīng)過多年實踐檢驗，天然沸石經(jīng)處理后作為除鐵錳材料是完全可行的，農(nóng)牧民可以自己完成整個操作過程，只要注意操作要求，選擇合適的凈化裝置，完全可以滿足農(nóng)牧民家庭用水要求。低碳環(huán)保、不浪費水資源、經(jīng)濟(jì)實惠，用得起、管得了、水質(zhì)好，適合在農(nóng)牧區(qū)推廣使用，也可以在較大型水處理廠使用。

(2) 沸石濾料制作較簡單，長期使用沒有毒害作用。沸石濾料可以使用30年以上，只要定期再生即可。

(3) 在制作濾料時，要盡可能選擇質(zhì)量好的沸石，低含量沸石影響使用效率，陽離子交換量在140mmol/100g以上為宜。煅燒與否可以綜合考慮，選擇質(zhì)量好的沸石可以不經(jīng)煅燒直接作為原料使用。

(4) 沸石再生時間受到原有水質(zhì)的制約。原水質(zhì)各項指標(biāo)較差的水再生時間可能縮短，尤其是較渾濁的水更影響使用周期，應(yīng)該采取事先經(jīng)紗布過濾的方式除去懸浮物使沸石充分發(fā)揮作用。另外，季節(jié)溫度和是否豐水期也影響沸石再生周期。

(5) 在實際使用時，采取間接通水方式可以使沸石發(fā)揮最大的吸附量，而這一點在家庭用戶中不難做到。沸石除鐵錳是一個緩慢的過程，因此出水速度不應(yīng)太快，否則可能使得濾料快速失效，影響使用周期。小型裝置濾速以不超過11L/h為宜，較大型裝置則可提高速度。

(6) 用沸石作除鐵錳材料用于農(nóng)牧區(qū)家庭處理高鐵錳水，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。據(jù)東烏旗水利隊提供材料證明，在牧區(qū)牧民居住分散的地方，打一口100m深井的費用連同配套資金在內(nèi)是71 760元，最多只能解決10戶牧民吃水問題，戶均投資為7 176元。打1眼深機(jī)電井所需投資可購買24臺家用降鐵錳凈水器，即用于打1眼深機(jī)電井的投資可解決24戶高鐵錳水用戶的飲水問題。況且，在牧區(qū)很多地方即使打100m深井也仍然找不到合格水源，因而，推廣安裝小型家用凈水設(shè)備在改善飲水水質(zhì)的同時可大幅節(jié)約一次性投入。

(7) 沸石濾料和錳砂濾料的對比。

第一，錳砂濾料使用時間短，沸石濾料時間長。錳砂濾料易破碎，經(jīng)一定時間后，需更換新的錳砂，而沸石濾料可在長時間使用而不必更換。特別是活化沸石濾料強(qiáng)度更大，這在經(jīng)濟(jì)及效益上具有更大的優(yōu)勢。

第二，錳砂濾料需要經(jīng)常沖洗，否則就會喪失過濾性能；沸石濾料不但具有很好的初始濾過性能，而且可以長時間使用而不必清洗一直保持優(yōu)良的除去能力 。自2009年10月開始在農(nóng)牧民家庭中推廣這項技術(shù)以來，采用的一種小型家庭用凈水裝置，內(nèi)裝24kg沸石濾料，一直到現(xiàn)在為止(2011年10月)，始終沒有進(jìn)行過再生處理，一直在通水使用，水質(zhì)檢查指標(biāo)仍然合格。究其原因，可能是在沸石濾料表面生成了一層優(yōu)質(zhì)鐵質(zhì)濾膜，極大地提高了沸石濾料的除鐵錳能力。在一座較大型的鹽堿水處理裝置中，采用活化沸石做前處理材料，至今已經(jīng)兩年多時間，濾膜一直保持高效處理能力，水質(zhì)合格。而在沒有用沸石作前處理的裝置中，反滲透膜已經(jīng)進(jìn)行過4次清洗，充分說明了沸石在水處理中的高效性。

第三，活化沸石再生處理簡單，只需要用一定濃度的氯化鈉溶液清洗即可達(dá)到再生目的，整個過程無毒無污染。

第四，活化沸石濾料在水處理時對水的pH值要求不高，只要在近中性范圍內(nèi)都可以發(fā)揮很好的作用。而錳砂濾料在除錳時則要求pH值在9左右才能發(fā)揮最大作用，這就限制了錳砂的應(yīng)用范圍。另外，錳砂濾料要求先經(jīng)過水的曝氣才能發(fā)揮作用，而沸石濾料則可直接通水使用。這可能與兩者的去除機(jī)制有關(guān)。沸石主要以離子交換為主，而錳砂則主要以吸附為主要方式。

因此，活化沸石濾料含鐵錳飲用水的處理中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

[1]孔憲清.遼寧朝陽沸石資源的開發(fā)應(yīng)用研究[J].化工礦物與加工，2003(10)：24-27.

[2]佘振寶，宋乃忠.沸石加工與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Application of Natural Zeolite That Removing Fe,Mn From Drinking Water in Agricultural and Pastoral Areas Family

KONG Xian-qing
(Chaoyang Teachers College, Chaoyang 122000, China)

It is researched that technology removed high Fe, Mn from water by natural zeolite filter, and result is reported in agricultural and pastoral areas.

natural zeolite; removing Fe, Mn; agricultural and pastoral areas; drinking water

P578.974；X52

A

1007-9386(2011)06-0011-02

朝陽市政府科技計劃項目(編號20101302)。

2011-10-10