新疆喀什地区地下水氟的形成机理与除氟技术研究

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氟是人体必需的微量元素之一。氟具有负电性强、化学性质活泼、离子形态易溶于水的特点,因此容易被人体吸收。饮用水中氟含量超标将对人体健康构成危害。在中国的西北内陆干旱地区因饮用水氟含量超标引发的地方病时有发生,尤其在塔里木盆地氟中毒现象尤为严重。
  基于新疆喀什地区571个地下水样的氟离子实测含量,运用Mapgis、Suffer等软件绘制研究区地下水氟含量分布图对喀什地区地下水的空间分布规律进行了研究;运用Gibbs图、Piper三线图、SPSS分析、饱和指数等方法对研究区地下水氟的富集因素和地下水氟来源进行了研究;将La3+经浸渍、负载、煅烧等流程负载到经酸处理后天然沸石表面,得到对F-吸附性能较好的载镧天然沸石。通过静态和动态吸附实验分别研究了载镧天然沸石的吸附性能,静态吸附实验研究了pH、温度、投加量、初始浓度、共存阴离子对除氟性能的影响;动态吸附实验研究了不同填埋高度对除氟性能的影响。主要结论如下:
  (1)研究区地下水氟含量范围为0.02~8.70mg?L-1、平均为0.83mg?L-1、超标率为22.2%;呈西部、北部高于东部、南部,中部最低的特点;山麓斜坡冲洪积砾质平原区地下水氟含量表现为浅层潜水高于深层潜水,中下游河流冲积平原区地下水氟含量表现为潜水>浅层承压水>深层承压水。
  (2)研究区高氟地下水水化学类型主要为HCO3-Na和Cl?SO4-Na型,低氟地下水水化学类型主要为HCO3-Ca?Mg型;高氟地下水的形成主要是受地形因素、气候条件、水文地质条件和矿物的溶解共同作用形成的;地下水氟的主要来源为含氟矿物及土壤。
  (3)天然沸石表面上成功负载La3+,经SEM分析可看出天然沸石改性后表面粗糙度增加,孔隙率及比表面积增加;运用JADE软件对吸附剂XRD曲线进行分析,验证了改性后天然沸石表面负载了镧元素;运用FTIR分析看出引入镧元素导致天然沸石内部基团发生变化。
  (4)载镧天然沸石对F-的吸附过程符合拟二级动力学方程,为化学吸附;吸附过程更加符合Langmuir吸附等温模型,载镧天然沸石对F-的最大饱和吸附量为1.23mg?g-1;载镧天然沸石在pH为6时达到最佳吸附状态,温度升高有利于提升吸附剂的吸附能力;载镧天然沸石吸附过程受阴离子作用影响,影响程度依次为PO43->SO42->HCO3->Cl->NO3-;阴离子对除氟效果的影响随F-浓度增大而减小;载镧天然沸石经碱性溶液多次重复再生后对F-仍具有较好的吸附能力。
  (5)载镧天然沸石随着填埋高度的增加,达到吸附饱和点所需要的时间更长。随着吸附剂量的增加,总吸附点位数量也相应的增加,处理水的量也相应的增加。
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