安哥拉索約市高氟水的處理工藝設計

【摘要】長期攝入氟化物含量過高的飲水，將引起以牙齒和骨骼為主的慢性疾病，前者稱為氟斑牙，后者稱為氟骨病，是嚴重危害人類健康的疾病。安哥拉索約市飲用水水源含氟量約11mg/L，高出《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）10倍，因此必須通過合理的凈水工藝進行處理。

【關鍵詞】高氟水；硫酸鋁；活性氧化鋁；吸附過濾

1 工程概況

索約市地處安哥拉共和國的西北部、扎伊爾河入海口南岸，西鄰大西洋，北隔扎伊爾河，與剛果共和國隔河相望。索約市屬于典型熱帶海洋性氣候，常年以南風為主。年平均氣溫23℃～29℃，日氣溫變化幅度為10℃。每年的5～10月為旱季，其中6～7月最為干燥炎熱，11月至次年的4月為雨季，平均降雨量800mm。

某石油控股有限公司擬在索約市修建一座500萬噸/年原油煉化廠，為配套該煉化廠項目，業主擬修建一座60MW的自備發電廠和日供水能力為4萬m3/d的水廠，4萬m3/d供水量中2.5萬m3/d為工業用水，1.5萬m3/d為生活用水。

索約市北部的扎伊爾河為世界第二大河流，全長約4700km，流域面積約370萬km2，具有水量大及年內變化小的水情特征，河口年平均流量為4.1萬m3/s，最大流量達8萬m3/s。該工程水源取自扎伊爾河支流，2014年9月17日采集原水水樣送至當地化驗室檢測，原水主要水質數據與業主所要求的工業用水、生活用水水質標準對比見表1。

從表1能看出，原水氟含量很高，高出生活飲用水衛生標準約10倍，其余指標已基本達到生產和生活用水要求。飲用高氟水很容易引起氟中毒，必須通過合理的凈水工藝進行處理。

2 除氟常用方法

除氟的方法有吸附過濾法、膜法、絮凝沉淀法（包括原理類似的電凝聚法）和離子交換法。目前常用的方法有活性氧化鋁法、電滲析法和絮凝沉淀法。這三種方法的特點和比較，參見表2。

3 工藝設計

該工程原水取樣時間2014年9月，為當地的旱季，濁度（0.395NTU）較低，但在雨季時濁度較高，因此常規凈水處理工藝應保留，并在此基礎上，著重考慮除氟工藝。因生活用水要求氟化物含量≤1mg/L，所需的工業用水對含氟量并無要求，因此考慮分質供水，僅對砂濾后的部分水進行除氟處理，而且該工程凈水廠的位置位于生產區南側，生活區的北側，外部供水管網也適合分質供水。

工藝流程前段的常規凈水構筑物采用管道靜態混合器+網格絮凝池+平流沉淀池+V型濾池，文中不再介紹常規凈水構筑物的設計，著重介紹除氟構筑物。

該工程采用兩級串聯除氟工藝，即絮凝沉淀法+吸附過濾法。

3.1絮凝劑

原水中硫酸根離子濃度較低，該工程絮凝劑采用固體硫酸鋁（明礬），最大加注量20mg/L，混凝劑經溶解池進入溶液池，再加水稀釋，用攪拌器進行攪拌，溶液池中的礬液流到吸液池中，由隔膜計量泵根據流量變化自動調節投藥量，向管道靜態混合器中投加。硫酸鋁在去除濁度的同時，能同步降低原水中的含氟量，使得后一步活性氧化鋁吸附過濾的氟離子初始濃度得到降低，有利于降低活性氧化鋁濾池的負荷，延長再生周期。

3.2活性氧化鋁吸附濾池

該工程新建1座活性氧化鋁吸附濾池，采用V型濾池池型，設計規模1.5萬m3/d。用0.5～2.5mm粒徑，不均勻系數K80≤2的活性氧化鋁作為濾料，濾層厚1.8m，承托層采用150mm厚，2～4mm粒徑的石英砂。活性氧化鋁吸附濾池分8格，雙排對稱布置，單格過濾面積為36m2，高5m，濾速2.5m/h。再生劑采用3%的硫酸鋁溶液，再生過程分為首次沖洗、再生和二次沖洗三個階段。首次反沖洗強度16L/（m2·s），反沖洗時間15min，首次沖洗主要作用是去除吸附期間在濾料間截留的懸浮物和松動濾層，防止濾料板結。再生溶液自上而下通過濾層，采用硫酸鋁溶液，再生時間3h，再生流速1m/h，再生后濾池的再生溶液排空。二次反沖洗強度5L/（m2·s），流向自下而上通過濾層，反沖洗時間3h，二次反沖洗終點出水PH值應大于6.5，含氟量應小于1mg/L。首次反沖、二次反沖以及配制再生溶液均利用砂濾池濾后水。

4 主要結論和體會

該工程先利用絮凝沉淀法，考慮到原水中硫酸鹽含量低，采用硫酸鋁作為絮凝劑，在主要去除濁度的同時，能對原水含氟量進行一定程度的預處理，再利用活性氧化鋁吸附過濾法進一步除氟達標，同時也利用硫酸鋁溶液作為活性氧化鋁的再生液。

含氟水處理過程中，各種除氟現象均有可能同時發生，研究不同除氟方法的聯用、串聯技術，發揮協同效應，有助于提高除氟效率。

參考文獻

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