镁降氟剂饮水降氟影响因素的实验研究
作者:吴丽娜 于德奎 刘凤贞 吕严
单位:吴丽娜(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070);于德奎(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070);刘凤贞(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070);吕严(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070)
关键词:镁;降氟率;影响因素
中国地方病学杂志000210 摘要 目的 探讨镁降氟剂饮水降氟的实验影响因素,为镁降氟剂饮水降氟提供理论依据。方法 正交实验设计法。结果 降氟30min内Ⅱ、Ⅲ型降氟剂优于Ⅰ型。3种降氟剂24h混凝后降氟率均可达80%以上。煮沸降氟效果最好,降氟率达97%以上。结论 实验表明影响降氟效果的主要因素为降氟剂类型,水样的碱度、温度及接触时间。次要因素为水样的硫酸盐浓度、pH。实验最佳组合条件为常温下3种降氟剂经与水样24h接触,在实验条件(pH5~9,碱度:151.20~756.00mg/L,SO42-:50~250mg/L)下,可使5.0mg/L高氟水降到1.0mg/L以下。煮沸降氟在实验条件下,可使5.0mg/L高氟水降到0.5mg/L以下。煮沸降氟符合居民饮用开水的习惯,有实际应用的前景。
, 百拇医药
中图分类号 O612.7
文献标识码 A 文章编号 1000-4955(2000)02-0104-03
Experimental study on affecting factors of drinking-water defluoridation by magnesium defluoridation-agent
WU Li-na,YU De-kui,LIU Feng-Zhen,et al
(Department of Enviromental Health in Tianjin Medical University 300070,China)
[Abstract] Objective Study the affecting factors of drinking-water defluoridation by magnesium defluoridation-agent.Methods Orthogonal experimental design.Results Types Ⅱ、Ⅲ of defluoridation-agent were better than type Ⅰ,especially within 0.5hrs.The defluoridation rates in 3 types of defluoridation-agent all might reach at least 80 percent after coagulating 24 hus.Heating (100℃) defluoridation was the best,all defluoridation rates reached at least 97 percent.Conclusions The experimental results showed that primary factors affecting defluoridation rates were the types of defluoridation-agent,alkalinity,temperature of water sample,and their contact time.The sulfate concentration,pH were secondary factors.The best composite conditions in drinking-water defluoridation for this experiment were that three types of defluoridation-agent contacted with water sample for 24 hrs,under normal temperature and the experimental condition (pH 5~9,alkalinity:151.20~756.00mg/L,sulfate concentration:50~250mg/L),so as to make 5.0mg/L high fluoride in drinking-water drop below 1.0mg/L.Boiling defluoridation also might make 5.0mg/L high fluoride in drinking-water drop below 0.5mg/L by this experimental conditions.Moreover most residents were used to drink boiled water,so heating defluoridation was of great value to develop in practical use.
, 百拇医药
[Key words] Magnesium;Defluoridation rates;Affecting factors▲
地方性氟中毒是地球上分布最广的地方病之一,我国发病率较高。目前,国内外报道地方性氟中毒病区,大多属于饮水型。一些研究发现某些镁盐可降低水氟浓度并对氟毒性有拮抗作用[1,2],我教研室经过多年探索,研制成不同类型饮水降氟剂,并对其降氟效果做过初步研究[3]。本实验是在此基础上进行降氟效果的多因素干扰分析,以正交实验设计法探讨影响饮水镁降氟剂降氟效果的因素,以期为以后的实践提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 饮水降氟剂 以氧化镁为基础的3种类型降氟剂。I型(D1),Ⅱ型(D2),Ⅲ型(D3)。
, 百拇医药
1.2 干扰因素的观察项目 降氟剂类型、碱度(用含氟水样加NaHCO3配制)、硫酸盐(含氟水样加Na2SO4配制)、pH、温度、接触时间等。
1.3 检测方法 按饮水卫生标准检测法[4]。
1.4 水样配制 用蒸馏水加氟化钠配制5.0mg/L的含氟水样,根据实验要求再配制成不同组成的水样备用。实验有关因素及水平见表1。
表1 两次正交实验有关因素及其水平 水平
降氟剂类型
(D)
F∶Mg
实验用水氟
, 百拇医药
含量(mg/L)
碱度(B)
(mg/L)
硫酸盐(S)
(mg/L)
接触时间
(h)
pH
温度
(℃)
1
2
3
, 百拇医药
D1
D2
D3
1∶1000
1∶1000
1∶1000
5.0
5.0
5.0
151.2
453.6
756.0
, 百拇医药
50
150
250
0.5
4~5
24
5
7
9
25~30
8~10
100
1.5 实验按正交试验设计法L9(3)4进行比较分析[5] 各组合条件列于表1。以直观法R(极差)值和正交试验F检验水平进行评价。水质氟含量降到1mg/L及其以下,即降氟率达80%及以上为合格。
, 百拇医药
2 结果与分析
2.1 不同降氟剂类型、接触时间、pH和温度对降氟率的影响 在备好的5.0mg/L高氟水中,按表2组成9份不同的水样,水样充分混匀静置。结果见表2。由表2可见,按极差值R分析,对降氟率影响程度为温度>降氟剂>接触时间>pH。故温度是本次实验的最主要影响因素(极差值R最大)。降氟剂类型居第2位。除第1种降氟剂在低温及室温未使水氟达标外,余皆达标。且在高温条件下即水样经煮沸后降氟,3种降氟剂的降氟率均达到97%以上。说明煮沸降氟效率最高。pH在本次实验对降氟率影响最小(R值最小),说明当水质pH为5~9时对降氟效果影响不大。
表2 不同降氟剂类型、接触时间、pH、温度对降氟率影响 No
降氟剂
接触时间
pH
, 百拇医药
温度
降氟率(%)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
, 百拇医药
2
2
2
3
3
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1
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1
2
3
1
2
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3
1
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3
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3
1
3
1
2
1
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3
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1
2
2
3
1
46.4
41.3
97.6
98.0
82.6
83.8
78.2
98.2
, http://www.100md.com
90.2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
61.8
88.1
88.9
74.2
74.0
90.5
76.1
76.5
86.1
, 百拇医药
73.0
67.8
97.9
极差值R
27.1
16.3
10.0
30.1
注:降氟剂、时间、pH、温度为正交设计的排序
2.2 降氟剂类型、水样碱度、硫酸盐含量对降氟率的影响 在5.0mg/L高氟实验用水中加入不同类型的饮水降氟剂及不同浓度的硫酸盐和碱度(水平见表1),分别配成9份组成不同的水样。充分混匀静置30min、2~3h、4~5h 24h后观察降氟效果的动态变化,结果见表3。表3 不同类型降氟剂、碱度、硫酸盐含量的降氟率动态变化 No
, 百拇医药
降氟
剂D
碱度
B
硫酸
盐S
对照
降氟率(%)
0.5h
2~3h
4~5h
24h
1
, http://www.100md.com 2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
2
2
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3
3
3
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2
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1
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2
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3
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3
1
1
2
2
1
2
3
1
, 百拇医药
2
3
57.4
44.2
40.8
61.8
59.6
70.2
59.6
66.6
67.4
64.6
61.8
, 百拇医药
54.8
65.6
61.8
74.6
64.6
70.2
71.8
80.4
66.6
63.8
65.6
63.8
76.0
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65.6
73.2
71.8
91.6
90.6
93.0
77.2
76.0
88.6
76.0
81.4
80.4
由表3可见,在本次实验条件下,不同时间段内降氟率不同。初期30min为40.8%~70.2%(58.62%±10.08%),2~5h间达54.8%~80.4%(67.59%±6.17%),24h达80%以上(83.87%±7.05%),随着时间延长降氟率逐步提高。若以3种降氟剂类型的4次降氟率平均值分析(见图1),可见Ⅰ型降氟剂的降氟效果在初期(30min)明显低于Ⅱ、Ⅲ型,中期(4~5h)3者相近,24h显示,Ⅰ型降氟剂降氟率优于Ⅱ、Ⅲ型,降氟率达90%以上。
, http://www.100md.com
图1 不同类型降氟剂在L9(3)4条件下降氟率动态变化
2.3 降氟剂类型、水样碱度、硫酸盐含量的降氟率极差值R和F值结果 根据正交实验设计的统计检验法,分别计算直观法的极差值R和F值,结果见表4。
表4 不同类型降氟剂、碱度、硫酸盐含量的降氟
率极差值R和F值结果 时间
(h)
降氟剂(D)
碱度(B)
硫酸盐(S)
R
, 百拇医药 F
R
F
R
F
0.5
2~3
4~5
24
17.06
8.47
1.80
12.46
37.46*
, http://www.100md.com
11.36
0.44
5.04
11.40
9.40
12.13
5.53
13.23
12.65
16.38
0.93
5.10
3.47
, 百拇医药
4.47
2.40
2.69
1.80
2.12
0.15
注:*F(2.2)=19.0
由表4可见,水样静置30min后,按极差值R和F检验分析,影响降氟率的主要因素为降氟剂类型和碱度。硫酸盐对降氟率的影响最小。影响程度为降氟剂的类型(D)>碱度(B)>硫酸盐(S)。且30min降氟剂的F值为37.46呈显著性差别(P<0.05)。其它F值未达显著性差别。水样静置2~3h和4~5h后,按极差值R及F值分析影响降氟效果的程度分别为B>D>S和B>S>D,此时碱度影响占首位,说明在此期间碱度对降氟率的影响最大,同样硫酸盐对降氟效果影响仍较小。水样静置24h后,按R和F分析影响降氟效果的关键是降氟剂(D),影响程度D>B>S,降氟剂类型是主要因素,碱度是次要因素,硫酸盐影响不大。由以上分析可看出,降氟30min内及24h后影响降氟效果的首位因素均为降氟剂类型,降氟2~5h间则碱度居首位。综合结果可见降氟剂类型、碱度两因素均为主要因素。而硫酸盐为次要因素,在4个时间段内对降氟率影响均较小。
, 百拇医药
3 讨论
3.1 研究表明,在实验因素作用下,3种降氟剂在不同时间段内均有一定的降氟作用。不同类型的降氟剂在30min后降氟效果差别较大。降氟0.5h内Ⅰ型降氟剂降氟率为47.47%±8.77%,Ⅱ型、Ⅲ型降氟剂的降氟率为64.20%±4.47%,Ⅱ、Ⅲ型降氟剂效果优于Ⅰ型,3种降氟剂对降氟率的影响程度达到显著性差别(P<0.05)。水样混凝4~5h后,3种降氟剂降氟效果趋于一致,降氟率为67.59%±6.17%。至24h后,3种降氟剂的降氟率达到80%以上,使5.0mg/L的高氟水达到饮用水水质标准。
3.2 两次正交实验证实影响降氟效果的主要因素有降氟剂类型、水样碱度、水样温度及接触时间。而水样的硫酸盐浓度及pH对降氟效果影响较小。
3.3 综述研究结果可见,从降氟率水平分析降氟剂D2,D3优于D1,低碱度(151.20mg/L),接触24h、煮沸3个因素优于其相应的其他水平。而pH、硫酸盐两因素不同水平的影响不明显。初步认为试验用水水氟浓度为5.0mg/L,加入降氟剂量为F∶Mg为1∶1000条件下,降氟达到饮水卫生标准的最佳组合条件如下:
, 百拇医药
常温(冬、夏)下,3种降氟剂经24h与水样接触,在本次试验条件(pH:5~9;碱度:151.20~756.00mg/L;硫酸盐浓度:50~250mg/L)下,降氟率平均达83.87%±7.05%,可使5.0mg/L高氟水降到1.0mg/L及其以下。
煮沸降氟在本次实验条件下,3种降氟剂对水氟去除率均可达97%,水样氟浓度由5.0mg/L降到0.5mg/L(氟测定在煮沸后人工冷却或自然冷却后进行)。
3.4 实验表明煮沸降氟效果最好,说明温度对降氟率影响较大。若使降氟率达80%还可节约降氟剂用量。这种方法较适用于我国农村的分散式供水条件,它不仅提高了降氟速度,减少了降氟剂用量,同时也保证了饮水的流行病学安全,保证了居民的身心健康,符合我国居民的生活习惯,易于推广。本次研究因条件所限与水质降氟有关的其它水质因素和实际应用中的问题尚待今后深入研究。■
作者简介:吴丽娜,女,1966年生,主管技师
, 百拇医药
参考文献
[1] A Machoy-Mokzynska Szczecin.Fluoride-magnesium interaction[J].Fluoride,1995,28(4):175-177.
[2] 翟其善,黄承武.饮水降氟方法的进展[J].地方病译丛,1984,5(1):13-14.
[3] 于德奎,刘凤贞,吕 严.氧化镁饮水降氟效果及影响因素[J].中国地方病学杂志,1998,17(3):150.
[4] 中国预防医学科学院标准处.环境,学校与放射卫生标准汇编[M].北京:中国标准出版社,1991.270-369.
[5] 金丕焕.医用统计方法[M].上海:上海百科大学出版社,1995.90-92.
收稿日期:1998-12-07
修订日期:1999-04-21, 百拇医药
单位:吴丽娜(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070);于德奎(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070);刘凤贞(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070);吕严(天津医科大学 环境卫生教研室,天津 300070)
关键词:镁;降氟率;影响因素
中国地方病学杂志000210 摘要 目的 探讨镁降氟剂饮水降氟的实验影响因素,为镁降氟剂饮水降氟提供理论依据。方法 正交实验设计法。结果 降氟30min内Ⅱ、Ⅲ型降氟剂优于Ⅰ型。3种降氟剂24h混凝后降氟率均可达80%以上。煮沸降氟效果最好,降氟率达97%以上。结论 实验表明影响降氟效果的主要因素为降氟剂类型,水样的碱度、温度及接触时间。次要因素为水样的硫酸盐浓度、pH。实验最佳组合条件为常温下3种降氟剂经与水样24h接触,在实验条件(pH5~9,碱度:151.20~756.00mg/L,SO42-:50~250mg/L)下,可使5.0mg/L高氟水降到1.0mg/L以下。煮沸降氟在实验条件下,可使5.0mg/L高氟水降到0.5mg/L以下。煮沸降氟符合居民饮用开水的习惯,有实际应用的前景。
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中图分类号 O612.7
文献标识码 A 文章编号 1000-4955(2000)02-0104-03
Experimental study on affecting factors of drinking-water defluoridation by magnesium defluoridation-agent
WU Li-na,YU De-kui,LIU Feng-Zhen,et al
(Department of Enviromental Health in Tianjin Medical University 300070,China)
[Abstract] Objective Study the affecting factors of drinking-water defluoridation by magnesium defluoridation-agent.Methods Orthogonal experimental design.Results Types Ⅱ、Ⅲ of defluoridation-agent were better than type Ⅰ,especially within 0.5hrs.The defluoridation rates in 3 types of defluoridation-agent all might reach at least 80 percent after coagulating 24 hus.Heating (100℃) defluoridation was the best,all defluoridation rates reached at least 97 percent.Conclusions The experimental results showed that primary factors affecting defluoridation rates were the types of defluoridation-agent,alkalinity,temperature of water sample,and their contact time.The sulfate concentration,pH were secondary factors.The best composite conditions in drinking-water defluoridation for this experiment were that three types of defluoridation-agent contacted with water sample for 24 hrs,under normal temperature and the experimental condition (pH 5~9,alkalinity:151.20~756.00mg/L,sulfate concentration:50~250mg/L),so as to make 5.0mg/L high fluoride in drinking-water drop below 1.0mg/L.Boiling defluoridation also might make 5.0mg/L high fluoride in drinking-water drop below 0.5mg/L by this experimental conditions.Moreover most residents were used to drink boiled water,so heating defluoridation was of great value to develop in practical use.
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[Key words] Magnesium;Defluoridation rates;Affecting factors▲
地方性氟中毒是地球上分布最广的地方病之一,我国发病率较高。目前,国内外报道地方性氟中毒病区,大多属于饮水型。一些研究发现某些镁盐可降低水氟浓度并对氟毒性有拮抗作用[1,2],我教研室经过多年探索,研制成不同类型饮水降氟剂,并对其降氟效果做过初步研究[3]。本实验是在此基础上进行降氟效果的多因素干扰分析,以正交实验设计法探讨影响饮水镁降氟剂降氟效果的因素,以期为以后的实践提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 饮水降氟剂 以氧化镁为基础的3种类型降氟剂。I型(D1),Ⅱ型(D2),Ⅲ型(D3)。
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1.2 干扰因素的观察项目 降氟剂类型、碱度(用含氟水样加NaHCO3配制)、硫酸盐(含氟水样加Na2SO4配制)、pH、温度、接触时间等。
1.3 检测方法 按饮水卫生标准检测法[4]。
1.4 水样配制 用蒸馏水加氟化钠配制5.0mg/L的含氟水样,根据实验要求再配制成不同组成的水样备用。实验有关因素及水平见表1。
表1 两次正交实验有关因素及其水平 水平
降氟剂类型
(D)
F∶Mg
实验用水氟
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含量(mg/L)
碱度(B)
(mg/L)
硫酸盐(S)
(mg/L)
接触时间
(h)
pH
温度
(℃)
1
2
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D1
D2
D3
1∶1000
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453.6
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100
1.5 实验按正交试验设计法L9(3)4进行比较分析[5] 各组合条件列于表1。以直观法R(极差)值和正交试验F检验水平进行评价。水质氟含量降到1mg/L及其以下,即降氟率达80%及以上为合格。
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2 结果与分析
2.1 不同降氟剂类型、接触时间、pH和温度对降氟率的影响 在备好的5.0mg/L高氟水中,按表2组成9份不同的水样,水样充分混匀静置。结果见表2。由表2可见,按极差值R分析,对降氟率影响程度为温度>降氟剂>接触时间>pH。故温度是本次实验的最主要影响因素(极差值R最大)。降氟剂类型居第2位。除第1种降氟剂在低温及室温未使水氟达标外,余皆达标。且在高温条件下即水样经煮沸后降氟,3种降氟剂的降氟率均达到97%以上。说明煮沸降氟效率最高。pH在本次实验对降氟率影响最小(R值最小),说明当水质pH为5~9时对降氟效果影响不大。
表2 不同降氟剂类型、接触时间、pH、温度对降氟率影响 No
降氟剂
接触时间
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90.2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
61.8
88.1
88.9
74.2
74.0
90.5
76.1
76.5
86.1
, 百拇医药
73.0
67.8
97.9
极差值R
27.1
16.3
10.0
30.1
注:降氟剂、时间、pH、温度为正交设计的排序
2.2 降氟剂类型、水样碱度、硫酸盐含量对降氟率的影响 在5.0mg/L高氟实验用水中加入不同类型的饮水降氟剂及不同浓度的硫酸盐和碱度(水平见表1),分别配成9份组成不同的水样。充分混匀静置30min、2~3h、4~5h 24h后观察降氟效果的动态变化,结果见表3。表3 不同类型降氟剂、碱度、硫酸盐含量的降氟率动态变化 No
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降氟
剂D
碱度
B
硫酸
盐S
对照
降氟率(%)
0.5h
2~3h
4~5h
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57.4
44.2
40.8
61.8
59.6
70.2
59.6
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67.4
64.6
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54.8
65.6
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70.2
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66.6
63.8
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63.8
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65.6
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71.8
91.6
90.6
93.0
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80.4
由表3可见,在本次实验条件下,不同时间段内降氟率不同。初期30min为40.8%~70.2%(58.62%±10.08%),2~5h间达54.8%~80.4%(67.59%±6.17%),24h达80%以上(83.87%±7.05%),随着时间延长降氟率逐步提高。若以3种降氟剂类型的4次降氟率平均值分析(见图1),可见Ⅰ型降氟剂的降氟效果在初期(30min)明显低于Ⅱ、Ⅲ型,中期(4~5h)3者相近,24h显示,Ⅰ型降氟剂降氟率优于Ⅱ、Ⅲ型,降氟率达90%以上。
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图1 不同类型降氟剂在L9(3)4条件下降氟率动态变化
2.3 降氟剂类型、水样碱度、硫酸盐含量的降氟率极差值R和F值结果 根据正交实验设计的统计检验法,分别计算直观法的极差值R和F值,结果见表4。
表4 不同类型降氟剂、碱度、硫酸盐含量的降氟
率极差值R和F值结果 时间
(h)
降氟剂(D)
碱度(B)
硫酸盐(S)
R
, 百拇医药 F
R
F
R
F
0.5
2~3
4~5
24
17.06
8.47
1.80
12.46
37.46*
, http://www.100md.com
11.36
0.44
5.04
11.40
9.40
12.13
5.53
13.23
12.65
16.38
0.93
5.10
3.47
, 百拇医药
4.47
2.40
2.69
1.80
2.12
0.15
注:*F(2.2)=19.0
由表4可见,水样静置30min后,按极差值R和F检验分析,影响降氟率的主要因素为降氟剂类型和碱度。硫酸盐对降氟率的影响最小。影响程度为降氟剂的类型(D)>碱度(B)>硫酸盐(S)。且30min降氟剂的F值为37.46呈显著性差别(P<0.05)。其它F值未达显著性差别。水样静置2~3h和4~5h后,按极差值R及F值分析影响降氟效果的程度分别为B>D>S和B>S>D,此时碱度影响占首位,说明在此期间碱度对降氟率的影响最大,同样硫酸盐对降氟效果影响仍较小。水样静置24h后,按R和F分析影响降氟效果的关键是降氟剂(D),影响程度D>B>S,降氟剂类型是主要因素,碱度是次要因素,硫酸盐影响不大。由以上分析可看出,降氟30min内及24h后影响降氟效果的首位因素均为降氟剂类型,降氟2~5h间则碱度居首位。综合结果可见降氟剂类型、碱度两因素均为主要因素。而硫酸盐为次要因素,在4个时间段内对降氟率影响均较小。
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3 讨论
3.1 研究表明,在实验因素作用下,3种降氟剂在不同时间段内均有一定的降氟作用。不同类型的降氟剂在30min后降氟效果差别较大。降氟0.5h内Ⅰ型降氟剂降氟率为47.47%±8.77%,Ⅱ型、Ⅲ型降氟剂的降氟率为64.20%±4.47%,Ⅱ、Ⅲ型降氟剂效果优于Ⅰ型,3种降氟剂对降氟率的影响程度达到显著性差别(P<0.05)。水样混凝4~5h后,3种降氟剂降氟效果趋于一致,降氟率为67.59%±6.17%。至24h后,3种降氟剂的降氟率达到80%以上,使5.0mg/L的高氟水达到饮用水水质标准。
3.2 两次正交实验证实影响降氟效果的主要因素有降氟剂类型、水样碱度、水样温度及接触时间。而水样的硫酸盐浓度及pH对降氟效果影响较小。
3.3 综述研究结果可见,从降氟率水平分析降氟剂D2,D3优于D1,低碱度(151.20mg/L),接触24h、煮沸3个因素优于其相应的其他水平。而pH、硫酸盐两因素不同水平的影响不明显。初步认为试验用水水氟浓度为5.0mg/L,加入降氟剂量为F∶Mg为1∶1000条件下,降氟达到饮水卫生标准的最佳组合条件如下:
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常温(冬、夏)下,3种降氟剂经24h与水样接触,在本次试验条件(pH:5~9;碱度:151.20~756.00mg/L;硫酸盐浓度:50~250mg/L)下,降氟率平均达83.87%±7.05%,可使5.0mg/L高氟水降到1.0mg/L及其以下。
煮沸降氟在本次实验条件下,3种降氟剂对水氟去除率均可达97%,水样氟浓度由5.0mg/L降到0.5mg/L(氟测定在煮沸后人工冷却或自然冷却后进行)。
3.4 实验表明煮沸降氟效果最好,说明温度对降氟率影响较大。若使降氟率达80%还可节约降氟剂用量。这种方法较适用于我国农村的分散式供水条件,它不仅提高了降氟速度,减少了降氟剂用量,同时也保证了饮水的流行病学安全,保证了居民的身心健康,符合我国居民的生活习惯,易于推广。本次研究因条件所限与水质降氟有关的其它水质因素和实际应用中的问题尚待今后深入研究。■
作者简介:吴丽娜,女,1966年生,主管技师
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参考文献
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收稿日期:1998-12-07
修订日期:1999-04-21, 百拇医药