羥基磷灰石在飲水除氟中的應用

李海濤

（商洛市水利水電工程公司，陜西 商洛 726000）

陜西地處我國西北，其中部和北部有相當一部分地區的農村飲水存在不同程度的氟超標問題，給人民群眾的健康和生活質量造成嚴重的影響。近年來，各級政府對農村飲水的除氟設施的建設非常關心，從政策到資金都給予大力支持。在此背景下，推廣應用高效適用的除氟設施就成為一項迫切的任務。

1 中低度氟超標飲用水處理技術簡介

當前，國內外飲水除氟領域還沒有為各方公認的效果顯著的技術，常用的方法有沉淀法、吸附法、離子交換法、電凝聚法、反滲透法等。

2.1 沉淀法

沉淀法[1]包括混凝沉淀法和鈣鹽沉淀法兩類。

1）混凝沉淀法的原理是利用混凝劑在含氟的原水中水解時生成帶正電的膠粒以吸附帶負電的氟離子結合成較大的絮狀物沉淀在水中以達到除氟的目的。研究表明，在眾多的混凝劑中，通過適當控制原水pH值和混凝劑投放量，采用FAC混凝劑可使被處理的水達到飲用水含氟標準，而其他混凝劑則效果不佳或影響水質。

2）鈣鹽沉淀法的原理是利用鈣鹽和水中的氟離子反應形成沉淀從而達到除氟的目的,如華東某地采用石灰軟化絮凝法對地下水除氟，有效地降低了氟含量，但處理后水的pH值較高，還需做進一步處理。

2.2 吸附法

吸附法[1]的原理是用比表面積較大的顆粒狀或粉狀濾料對水中的氟離子進行吸附，使其被固定在濾料上從而達到除氟的目的,是我國現階段研究和應用最多的除氟方法，主要采用的濾料有：活性氧化鋁、活性炭、沸石、骨炭和羥基磷灰石等。

1）活性氧化鋁吸附法是使用活性氧化鋁濾料對水中的氟離子進行吸附以達到除氟的目的。該方法是國內目前采用最多的方法，具有初期成本低，耗材易得的優點，但是除氟效率偏低，除氟效果受原水pH值影響，濾料再生困難的不足，還伴有鋁溶出影響出水水質。

2）活性炭吸附法是使用活性碳濾料對水中的氟離子進行吸附以達到除氟的目的。該方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，濾料再生困難的不足。

3）沸石吸附法是使用沸石濾料對水中的氟離子進行吸附以達到除氟的目的。該方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，濾料再生困難的不足。

4）骨炭吸附法是使用骨炭濾料對水中的氟離子進行吸附以達到除氟的目的。該方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，濾料再生困難的不足，處理后的水口感也較差。

5）羥基磷灰石吸附法是使用改性羥基磷灰石濾料對水中的氟離子進行吸附以達到除氟的目的。

2.3 離子交換法

離子交換法[1]的原理是利用離子交換樹脂與水中的氟離子進行離子交換以達到去除原水中氟離子的目的。除氟離子外，通常原水中同時存在的其他陰離子會影響陰離子交換樹脂的除氟效率，導致工藝復雜性加大，而較高的樹脂再生費用又導致了運行費用增加。

2.4 電凝聚法

電凝聚法[2]的原理是用電解的方法使水中帶負電的氟離子向正電極聚集以達到除氟的目的。電凝聚法除氟設備簡單，操作方便，不需調節pH值，不需添加可溶性鹽，除氟率可達80%。該方法適合分散式除氟，但除氟效率會隨著電極鈍化而降低。

2.5 反滲透法

反滲透法[2]可以認為是采用物理手段除氟的，裝置用半透膜分為兩部分，一側為原水側，另一側為出水側。當原水側施加高于膜的滲透壓的壓力時，水透過膜進入出水側，而分子較大的離子則被膜阻擋留在原水側，從而達到除氟的目的。該方法除氟效率高，但膜組件付費費用較高，不適合農村大面積推廣，同時留在原水側的高濃度廢水需排放，處理不當會造成二次污染。

2.6 各方法比較

各種方法的資金投入，運行成本，工藝復雜性，適用場合，除氟效果等各不相同，比較結果見表1。

表1 各中低度除氟超標飲水處理技術比較結果表

由表1可知，現階段對農村中低度氟超標飲用水的除氟處理而言，改性羥基磷灰石除氟濾料為填料的除氟設備除氟效果好，處理成本低，非常適合目前農村飲水安全工程建設。

與傳統除氟工藝相比，改性羥基磷灰石除氟濾料為填料的除氟技術的優點有：①運行費用低、除氟效率高、吸附容量高、無有害離子溶出；②耐酸堿，適用于不同水質，使用過程無需調節原水pH，工藝簡單，操作簡便；③白色晶體狀顆粒，系天然材料經改性合成后制得，無有毒有害物質，安全性高；④出水指標完全符合衛生部頒布的國家《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）的要求；⑤再生藥劑采用1%低濃度NaOH溶液，成本低，且方法簡單實用。

3 羥基磷灰石濾料吸附除氟設備及工藝流程

羥基磷灰石濾料吸附除氟設備見圖1，其工藝流程圖見圖2。

圖1 羥基磷灰石濾料吸附除氟設備

圖2 工藝流程圖

由圖2可知，羥基磷灰石濾料吸附除氟的工藝流程為：原水首先進入第一級除氟過濾器進行處理，對于氟含量較高的原水經第一級除氟處理后，再進入二級除氟過濾器處理，經過兩級除氟處理，出水中氟離子濃度遠低于生活飲用水衛生標準的規定值，為了降低除氟負荷，延長再生周期，可按合適的比例將原水和二級過濾器的出水進行勾兌。由于整個系統被設計成全密閉，壓力損失低于0.1 MPa，無需使用增壓設備。當除氟濾料進入飽和狀態時，此時需進行設備再生操作。再生時啟動加藥系統將4 t濃度為1%的氫氧化鈉溶液泵入除氟過濾器的一個罐體內，加藥采用下進藥上排污方式，用再生液將罐體內的水頂出，從上排污閥排出，加藥完畢后關閉加藥泵和加藥閥，讓再生溶液在罐體內浸泡濾料12個小時。浸泡之后，啟動原水泵將罐體內的再生液沖洗干凈即可進入正常運行狀態，恢復除氟能力。

4 成功案例

目前，羥基磷灰石濾料吸附除氟技術已經在多地成功應用，如：太和縣雙廟鎮張司水廠除氟與消毒系統、亳州市譙城區立德水廠除氟設備等。本文以靈璧縣禪堂水廠為例進行簡要介紹。

靈璧縣禪堂水廠為新建規模水廠，廠區位于禪堂鄉禪堂村，水廠設計供水能力2700 m3/d。供水形式為利用中深層地下水，通過潛水泵提水，經消毒處理后進入清水池，二次加壓供水至用戶。

此水廠原水中含氟量為2.4 mg/L，故采用2級除氟+消毒工藝處理，管理方式為縣農村管理站統一管理，處理水量為120 t/h。經處理后，水中含氟量為0.3 mg/L，滿足飲用水規范要求。消毒處理設備見圖3。

圖3 靈璧縣禪堂水廠消毒處理設備

5 結論

通過對中低度氟超標飲用水處理技術進行簡要介紹及比較，得出改性羥基磷灰石濾料除氟工藝是經過實際工程驗證的適用技術。該技術的推廣，對陜西省農村飲水的除氟工作起到促進作用。