飲用水除氟方法綜述及其利弊

白風　余紅智

摘 要：目前，含氟水的除氟方法主要有吸附法、電凝聚法、電滲析法、反滲透法、離子交換法、化學沉淀法和絮凝沉降法等，本文對這些除氟方法進行綜述，又分析每個方法的利弊。

關鍵詞：除氟；除氟機理；除氟方法；利弊

氟是人體必需的微量元素之一，我國《生活飲用水水質衛生規范》規定，氟化物的限值為1.0mg/L。當飲用水中氟含量不足時，易患齲齒病。當人體攝入過量氟時，會導致甲狀腺功能失調，腎功能障礙。氟進入體內后使得鈣過量地在血管上沉積，造成血管鈣化，引起動脈硬化。幾乎所有的天然水中都含有氟離子，質量濃度平均在0.01～1.50mg/L之間。我國是世界上飲水型地方性氟中毒流行最廣、危害最嚴重的國家之一，尤其是在東北、華北和西北地區。近些年來，國內外對含氟水的處理進行了大量的研究，對除氟工藝及相關的基礎理論的研究也取得了一些進展。其中，離子交換法費用高，且對廢水水質要求嚴。電凝聚法及反滲透法裝置復雜，耗電量大，因而都極少采用。下面就這幾種方法的研究進展情況進行綜述。

1 化學沉淀法

鈣鹽沉淀法是除氟工藝中應用最廣泛的一種方法。對于高濃度含氟廢水，一般采用鈣鹽沉淀法，即向廢水中投加石灰或可溶性鈣鹽（硫酸鈣和氯化鈣等），使氟離子與鈣離子生成CaF2沉淀而除去。該工藝具有方法簡單、處理方便、費用低等優點，但其除氟效果受氟化鈣的溶解度大小限制，往往只能將水中的氟濃度降低到8～10mg/L的水平，且產生的污泥量大，污泥中的氟由于含水率高而難以回收利用。又由于氟化物不是廢水中唯一要被除去的污染，因此要根據實際情況選擇合適的處理方法。

2 絮凝沉淀法

氟離子廢水的絮凝沉淀法常用的絮凝劑為鋁鹽。鋁鹽投加到水中后， 利用鋁離子與氟離子絡合以及鋁鹽水解產物的配位體交換、物理吸附、卷掃作用除去水中的氟離子。常用的鋁鹽混凝劑有硫酸鋁、聚合硫酸鋁，均有較好的混凝除氟效果。與鈣鹽沉淀法相比，鋁鹽絮凝沉淀法具有藥劑投加量少、處理量大、一次處理后可達國家排放標準的優點。鋁鹽混凝沉降法也存在缺點，即氟離子去除效果受攪拌條件、沉降時間等因素及水中陰離子濃度的影響較大，出水水質不夠穩定。混凝沉降法一般只適用于含氟較低的廢水處理。

3 吸附法

吸附法一般將吸附劑裝入填充柱，采用動態吸附方式進行，操作簡便，除氟效果穩定，用于除氟的常用吸附劑主要有活性氧化鋁、斜發沸石、活性氧化鎂、膨潤土和骨炭等，利用這些吸附劑可將氟濃度為10 mg/L的廢水處理到1 mg/L以下，達到飲用水的標準。活性氧化鋁吸附過濾法是目前國內外研究較為成熟、采用較為廣泛并成功地投諸于含氟水處理的一種有效方法。活性氧化鋁是用天然氧化鋁的水合物在 400-600℃的溫度下灼燒而成的白色顆粒狀多孔吸附劑，含有巨大的比表面積。其吸附過程實質上是氟離子向活性氧化鋁吸附劑擴散的過程。為了提高活性氧化鋁顆粒的比表面積. 增加除氟能力. 活性氧化鋁在使用前需進行表面處理，通常采用水洗法、稀硫酸浸泡或加硫酸鋁浸泡等。試驗結果表明，用水洗法進行處理比用硫酸和硫酸鋁浸泡方法進行表面處理后的除氟能力低，主要原因是水洗法不能去除氧化鋁孔隙中的微粒及可溶雜質. 使孔隙表面失去除氟能力。活性氧化鋁處理含氟水失效后，需進行再生。常用的三種方法是水進行動力再生. 即用在一定強度范圍內的高速水流沖洗顆粒，直到沖洗出水中基本無晶狀顆粒物為止；另一種方法是用氫氧化鈉的水溶液進行再生，即用氫氧化鈉水溶液浸泡，浸泡時多次攪拌. 然后用水洗到 pH值為7左右；還有一種方法是用氫氧化鈉溶液浸泡后再加硫酸鋁溶液浸泡24h. 然后水洗到pH值為7左右。

4 膜分離法

4.1 電滲析法

電滲析法是一種電場力推動的膜分離技術。它是一種有離子交換基團的網狀立體結構的高分子膜，在有陽離子膜和陰離子膜交替配置的槽的兩端，裝上陽極和陰極，并通以直流電， 形成以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性（陰膜只通過陰離子，陽膜只通過陽離子）水中離子作定向遷移，而達到分離的目的。電滲析法除氟的優點是除氟徹底，出水質量很好，可自動化操作，管理容易。缺點是投資高，運行成本太高，而且不能去除非離子性物質。

4.2 反滲透法

它是借助于比滲透壓更高的壓力，改變自然方向以把濃溶液的溶劑壓向半透膜稀溶液一邊的處理過程。由于較低的能耗和較高的效率，在水處理工程中得到廣泛的應用。反滲透系統是由反滲透裝置及其預處理和后處理三部分組成。反滲透的技術特點是除氟比電滲析更徹底，常溫、常壓下即可達到分離的目的，使用壓力為動力，能耗小，出水質量更好，可自動化操作，管理容易。缺點是投資高，運行成本太高，平均產水率低。

5 電凝聚法

電凝聚除氟法是近年來我國研究開發的一種新型飲用水除氟技術，在凝聚法除氟過程中，因為沒有帶入新的污染物，而且有益于人體健康的元素被保留，所以越來越受到關注。它是利用電解鋁過程中生成羥基鋁絡合物和氫氧化鋁凝膠的絡合凝聚作用除氟的方法。它通過鉛電極電解產生鋁離子，鋁離子在水解過程中與氟離子反應生成一種絮體，在電凝聚陰極產生的氫氣泡把這種絮體氣浮到電凝聚單元表面，通過機械力將絮體從水體表面刮除，從而達到去除氟離子的目的。為了高效去除氟離子，必須要有效的去除這種絮體。然而，電凝聚工藝中陰極產生的氫氣泡僅能氣浮去除三分之二的絮體。因此，對剩余氟離子進一步有效去除是非常必要的。其優點是能夠保持水質基本不變，可以通過調節電流的方法控制出水的含氟量，使飲用水的除氟處理達到穩定可靠，操作簡單。其不足之處是影響除氟因素太多，且存在電極鈍化的問題。

6 結語

目前飲水除氟研究的趨勢是除對已有的經典方法進行改進外，更注重研究使用方便、除氟效果好、性能穩定新的除氟材料與技術。只有選用合適的除氟方法，才能使除氟措施有效和持久。

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