四川省大骨节病区地下水氟污染及除氟工艺研究

凤海元，吴忠忠

（安徽省地质实验研究所，安徽合肥230001）

氟是地层内一种广布性元素,具有很强的亲和力和成矿能力。不同地区含氟矿物组分、自然条件等的差异造成氟的地区性分布不均[1]。在水中含氟量过高的地区，氟极大地危害着当地人民的身体健康。长期饮用含氟量高于1.0～1.5 mg/L的水时,容易患斑齿病,含氟量高于3～6 mg/L时,则可导致氟骨病[2]。据统计,每年全国约有7 700万人饱受氟害之苦[3]。

对大骨节病区地下水样分析可知，水样含氟超过国家饮用水标准。目前解决安全饮水的最好办法是另找水源以管道引水，但含高氟水面积大,另找水源较困难,且费用高昂,每口井约10万元[7]。为解决高氟地区群众的饮水问题，采用合适的处理方法获得安全可靠的饮用水源也是一条可行之路。黄玉云[4]、邓涛声[5]、马玉美[6]等对此做了很多工作，但是对含氟高于10 mg/L高氟水的处理方法少有报道。本文通过对含氟为13.57 mg/L的高氟地下水进行混凝除氟工艺实验，将氟离子降至1 mg/L以下，达到国家饮用水标准，每吨水的处理成本约1元。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

PAC溶液（3%），NaOH溶液（10 g/L）。

磁力加热搅拌器、PF-IC型氟离子选择复合电极、pHs-3C数字酸度计。

1.2 实验水样

高氟水样取自四川省泸定县得妥乡南头村，成分见表1。

表1 水样成分

1.3 实验方法

在150 mL烧杯中加入100 mL水样，定量地加入PAC，在室温下、搅拌速度为50 r/min搅拌一段时间，溶液经活性炭吸附后取其上层清液,加入离子强度缓冲液,再用离子选择电极法测定水中的氟。

2 结果及讨论

2.1 PAC投入量对絮凝效果的影响

照1.3节实验方法，加入不同体积的PAC进行用量实验，其结果见图1：在同等实验条件下，水中氟离子浓度随PAC投入量的增加呈现明显的下降趋势。当PAC投入量为35 mL/L时，水中氟离子浓度为最低值0.95 mg/L，其F-的去除率为93%，达到国家饮用水标准。但是继续加大PAC的投入量，水中氟离子浓度反而开始增加。故PAC最佳投入量为35 mL/L。

图1 PAC用量与F-去除趋势图

2.2 pH对絮凝效果的影响

按照1.3节实验方法，加入定量的PAC，通过10 g/L NaOH溶液调节水样的不同pH值，其絮凝效果如图2。

图2 pH与F-去除趋势图

当PAC的加入量为35 mg/L时，溶液已经呈现弱酸性，对氟离子的吸附能力降低。逐滴滴加10 g/L NaOH溶液调节水样的pH值，PAC的吸附能力逐渐增强。当溶液的pH在7.26～7.66时，PAC的吸附能力达到最强，F-的去除率为93.96%。继续滴加NaOH，PAC的吸附能力随着pH的升高急剧下降。可见，PAC的最佳絮凝pH范围在7.26～7.66之间。

2.3 温度和搅拌时间对絮凝效果的影响

照1.3节实验方法，在同等反应条件下，分别做了温度、搅拌时间实验。

表2 静置搅拌时间对絮凝效果的影响

图3 温度对絮凝效果的影响

由图3可知，当温度由15℃变化到40℃，氟离子的去除率在92.41%～93.22%之间小幅波动，可见溶液的温度对其影响极小，表明温度不影响絮凝效果，本实验选择室温（25℃）。搅拌静置沉淀时间对PAC絮凝效果的影响不大，在搅拌20 min时，氟离子去除率达到最大，为93.52%，继续增加或减少搅拌时间，去除率都开始降低。故本实验选择20 min为最佳静置搅拌时间。

2.4 PAC除氟原理

PAC是一种无机高分子化合物，化学式为[Al2（OH）nCl6-n·ⅹH2O]m，在水中极易水解，在6＜pH＜8时，以（Al2O2OH）Cl形式存在，将氟离子固定在表面，形成难溶的氟化物。吸附反应为：

其余氟离子以物理吸附的方式被氢氧化铝捕获一起进入沉淀表面。

3 应用

因PAM具有助凝作用，可以加快沉淀反应，更快速地促进PAC吸附氟离子形成沉淀，活性炭含有大量微孔，具有巨大无比的表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。为了更有效地使得处理后的水质达到要求，本实验采用PAC+PAM+活性炭过滤工艺处理高氟地下水，工艺如图4。

图4 高氟地下水的处理工艺

主要运行参数：PAC加入量为 35 mL/L，pH在7.26～7.66之间，温度为室温（25℃），静置搅拌时间为20 min，氟离子的去除效果达到最佳，为93.52%。该方法可有效地去除水中的氟离子，出水达到国家排放标准，且具有药剂投加量少，能够处理含氟量比较高的水，处理水量大，经济实用，设备简单，操作容易的优点[9]。