饮用水除氟方法综述及其利弊

2015-10-14白风余红智

卷宗 2015年10期

关键词：利弊

白风　余红智

摘要：目前，含氟水的除氟方法主要有吸附法、电凝聚法、电渗析法、反渗透法、离子交换法、化学沉淀法和絮凝沉降法等，本文对这些除氟方法进行综述，又分析每个方法的利弊。

关键词：除氟；除氟机理；除氟方法；利弊

氟是人体必需的微量元素之一，我国《生活饮用水水质卫生规范》规定，氟化物的限值为1.0mg/L。当饮用水中氟含量不足时，易患龋齿病。当人体摄入过量氟时，会导致甲状腺功能失调，肾功能障碍。氟进入体内后使得钙过量地在血管上沉积，造成血管钙化，引起动脉硬化。几乎所有的天然水中都含有氟离子，质量浓度平均在0.01～1.50mg/L之间。我国是世界上饮水型地方性氟中毒流行最广、危害最严重的国家之一，尤其是在东北、华北和西北地区。近些年来，国内外对含氟水的处理进行了大量的研究，对除氟工艺及相关的基础理论的研究也取得了一些进展。其中，离子交换法费用高，且对废水水质要求严。电凝聚法及反渗透法装置复杂，耗电量大，因而都极少采用。下面就这几种方法的研究进展情况进行综述。

1 化学沉淀法

钙盐沉淀法是除氟工艺中应用最广泛的一种方法。对于高浓度含氟废水，一般采用钙盐沉淀法，即向废水中投加石灰或可溶性钙盐（硫酸钙和氯化钙等），使氟离子与钙离子生成CaF2沉淀而除去。该工艺具有方法简单、处理方便、费用低等优点，但其除氟效果受氟化钙的溶解度大小限制，往往只能将水中的氟浓度降低到8～10mg/L的水平，且产生的污泥量大，污泥中的氟由于含水率高而难以回收利用。又由于氟化物不是废水中唯一要被除去的污染，因此要根据实际情况选择合适的处理方法。

2 絮凝沉淀法

氟离子废水的絮凝沉淀法常用的絮凝剂为铝盐。铝盐投加到水中后，利用铝离子与氟离子络合以及铝盐水解产物的配位体交换、物理吸附、卷扫作用除去水中的氟离子。常用的铝盐混凝剂有硫酸铝、聚合硫酸铝，均有较好的混凝除氟效果。与钙盐沉淀法相比，铝盐絮凝沉淀法具有药剂投加量少、处理量大、一次处理后可达国家排放标准的优点。铝盐混凝沉降法也存在缺点，即氟离子去除效果受搅拌条件、沉降时间等因素及水中阴离子浓度的影响较大，出水水质不够稳定。混凝沉降法一般只适用于含氟较低的废水处理。

3 吸附法

吸附法一般将吸附剂装入填充柱，采用动态吸附方式进行，操作简便，除氟效果稳定，用于除氟的常用吸附剂主要有活性氧化铝、斜发沸石、活性氧化镁、膨润土和骨炭等，利用这些吸附剂可将氟浓度为10 mg/L的废水处理到1 mg/L以下，达到饮用水的标准。活性氧化铝吸附过滤法是目前国内外研究较为成熟、采用较为广泛并成功地投诸于含氟水处理的一种有效方法。活性氧化铝是用天然氧化铝的水合物在 400-600℃的温度下灼烧而成的白色颗粒状多孔吸附剂，含有巨大的比表面积。其吸附过程实质上是氟离子向活性氧化铝吸附剂扩散的过程。为了提高活性氧化铝颗粒的比表面积. 增加除氟能力. 活性氧化铝在使用前需进行表面处理，通常采用水洗法、稀硫酸浸泡或加硫酸铝浸泡等。试验结果表明，用水洗法进行处理比用硫酸和硫酸铝浸泡方法进行表面处理后的除氟能力低，主要原因是水洗法不能去除氧化铝孔隙中的微粒及可溶杂质. 使孔隙表面失去除氟能力。活性氧化铝处理含氟水失效后，需进行再生。常用的三种方法是水进行动力再生. 即用在一定强度范围内的高速水流冲洗颗粒，直到冲洗出水中基本无晶状颗粒物为止；另一种方法是用氢氧化钠的水溶液进行再生，即用氢氧化钠水溶液浸泡，浸泡时多次搅拌. 然后用水洗到 pH值为7左右；还有一种方法是用氢氧化钠溶液浸泡后再加硫酸铝溶液浸泡24h. 然后水洗到pH值为7左右。

4 膜分离法

4.1 电渗析法

电渗析法是一种电场力推动的膜分离技术。它是一种有离子交换基团的网状立体结构的高分子膜，在有阳离子膜和阴离子膜交替配置的槽的两端，装上阳极和阴极，并通以直流电，形成以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性（阴膜只通过阴离子，阳膜只通过阳离子）水中离子作定向迁移，而达到分离的目的。电渗析法除氟的优点是除氟彻底，出水质量很好，可自动化操作，管理容易。缺点是投资高，运行成本太高，而且不能去除非离子性物质。

4.2 反渗透法

它是借助于比渗透压更高的压力，改变自然方向以把浓溶液的溶剂压向半透膜稀溶液一边的处理过程。由于较低的能耗和较高的效率，在水处理工程中得到广泛的应用。反渗透系统是由反渗透装置及其预处理和后处理三部分组成。反渗透的技术特点是除氟比电渗析更彻底，常温、常压下即可达到分离的目的，使用压力为动力，能耗小，出水质量更好，可自动化操作，管理容易。缺点是投资高，运行成本太高，平均产水率低。

5 电凝聚法

电凝聚除氟法是近年来我国研究开发的一种新型饮用水除氟技术，在凝聚法除氟过程中，因为没有带入新的污染物，而且有益于人体健康的元素被保留，所以越来越受到关注。它是利用电解铝过程中生成羟基铝络合物和氢氧化铝凝胶的络合凝聚作用除氟的方法。它通过铅电极电解产生铝离子，铝离子在水解过程中与氟离子反应生成一种絮体，在电凝聚阴极产生的氢气泡把这种絮体气浮到电凝聚单元表面，通过机械力将絮体从水体表面刮除，从而达到去除氟离子的目的。为了高效去除氟离子，必须要有效的去除这种絮体。然而，电凝聚工艺中阴极产生的氢气泡仅能气浮去除三分之二的絮体。因此，对剩余氟离子进一步有效去除是非常必要的。其优点是能够保持水质基本不变，可以通过调节电流的方法控制出水的含氟量，使饮用水的除氟处理达到稳定可靠，操作简单。其不足之处是影响除氟因素太多，且存在电极钝化的问题。

6 结语

目前饮水除氟研究的趋势是除对已有的经典方法进行改进外，更注重研究使用方便、除氟效果好、性能稳定新的除氟材料与技术。只有选用合适的除氟方法，才能使除氟措施有效和持久。

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