摘要:飲用高氟水危害人體健康是個(gè)世界性問(wèn)題，已越來(lái)越受到人們的重視�；诮陙�(lái)飲用水除氟技術(shù)的研究進(jìn)展，本文就目前主要飲用水除氟技術(shù)如混凝沉淀、吸附過(guò)濾、電凝聚、電滲析和反滲透等及除氟技術(shù)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了闡述，并提出了飲用水除氟技術(shù)向綠色技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:飲用水；除氟；混凝；吸附；電凝聚；電滲析；反滲透

氟廣泛存在于自然水體中，是人體必需的微量元素之一。我國(guó)規(guī)定生活飲用水中適宜的氟含量為0．5—1．0mg／L，當(dāng)飲用水缺氟時(shí)，易患齲齒病。但若長(zhǎng)期飲用氟濃度大于lmg／L的水，易引起氟斑牙病，長(zhǎng)期飲用氟濃度為3—6mg／L的水，則會(huì)引起氟骨病。地方性氟病是由于長(zhǎng)期飲食當(dāng)?shù)馗叻蚴澄锒鸬囊环N慢性氟中毒病，據(jù)統(tǒng)計(jì)，分布在我國(guó)約占二億六千萬(wàn)人口的地區(qū)，是一種嚴(yán)重危害人民健康的地方病。大量的研究資料表明，在我國(guó)北方地區(qū)飲用水除氟與人民健康密切相關(guān)。

飲用高氟水危害人體健康是個(gè)世界性問(wèn)題，已越來(lái)越受到人們的重視。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們研究了多種除氟方法，并取得了一定進(jìn)展。目前主要除氟方法有：混凝沉淀、吸附過(guò)濾、電凝聚、電滲析和反滲透等。而吸附過(guò)濾和混凝沉淀法的研究與應(yīng)用較多。

1 混凝沉淀

鋁鹽混凝法是飲用水除氟的常用方法之一。鋁鹽混凝除氟是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，鋁鹽投加到水中后，可通過(guò)Aln與F一的絡(luò)合、鋁鹽水解的中間產(chǎn)物及最后生成的無(wú)定型的Al(oH)，絮體對(duì)F一的離子交換、吸附及卷掃等作用去除水中的F一。研究表明，鋁鹽混凝除氟的主要作用機(jī)理有吸附、離子交換、絡(luò)合沉降及網(wǎng)捕和機(jī)械卷掃等…。常用除氟藥劑有鋁鹽混凝劑(包括聚合氯化鋁和單體氯化鋁等)、CF一1型飲用水除氟劑和PC85—3型除氟劑等。影響混凝沉淀除氟效果的因素比較復(fù)雜。pH值對(duì)除氟效果影響顯著，這主要與除氟藥劑在不同pH值條件下產(chǎn)生不同的水解產(chǎn)物有關(guān)，因此，選擇適宜的pH值是非常重要的。水溫也是影響除氟效果的一個(gè)重要因素。如水溫過(guò)高，氫氧化鋁的水合作用增加，沉淀下沉慢，甚至漂于水面，影響除氟效果；如水溫過(guò)低，盡管投加大量混凝劑也難獲得良好的混凝效果，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細(xì)小、松散。水溫在l0—30℃，除氟效果較好[2]。此外，混凝沉淀除氟效果還受原水含氟量、堿度、鹽度、混凝攪拌時(shí)間等因素的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中均應(yīng)予以考慮。

混凝沉淀除氟的主要缺點(diǎn)是處理后產(chǎn)生大量的沉淀污泥以及除氟后水中的氯離子和硫酸根有增加趨勢(shì)。此外，以鋁鹽為混凝劑，處理后水中含有大量溶解鋁引起人們對(duì)健康的擔(dān)心。該方法適用于須同時(shí)去除濁度的低氟水處理，其應(yīng)用越來(lái)越少。

2 吸附過(guò)濾

我國(guó)飲用水除氟方法中，目前研究應(yīng)用最多的是吸附過(guò)濾法，其除氟機(jī)理主要有吸附、離子交換、絡(luò)合作用等。常用的吸附濾料有活性氧化鋁、骨炭、UR一3700螯合樹(shù)脂，還有某些天然巖石材料如沸石等作為濾料。此外，對(duì)新型濾料如氧化鐵涂層砂改性濾料、鑭氧化膜硅膠、負(fù)載鑭纖維吸附劑、活性炭纖維及活性氧化鈰／介孔篩除氟劑等的研究也取得了進(jìn)展。

活性氧化鋁是白色顆粒狀多孔吸附劑，有較大的比表面積。但是活性氧化鋁是兩性物質(zhì)，等電點(diǎn)約在9．5，當(dāng)水的pH值小于9．5時(shí)可吸附陰離子，大于9．5時(shí)可去除陽(yáng)離子，因此，在酸性溶液中活性氧化鋁為陰離子交換劑，對(duì)氟離子有極大的選擇吸附性�；钚匝趸X除氟的能力與原水的pH值有密切關(guān)系，在pH=5．5時(shí)，吸附容量最大，因此如將原水的pH值調(diào)節(jié)到5．5左右，可以增加活性氧化鋁的吸附效率。其次與原水的氟濃度、活性氧化鋁的顆粒大小、接觸時(shí)間、原水中離子的種類(lèi)及含量等有關(guān)，原水的氟濃度越高，吸附量越大，因此適用于高氟水處理；活性氧化鋁的顆粒大小與吸附容量成線性關(guān)系，顆粒小則吸附量大，一般為1．2～4．5mg／gE9]。但小顆粒會(huì)在反沖洗時(shí)流失，并且容易被再生劑NaOH溶解。國(guó)內(nèi)常用的粒徑是1～3mm，但也有粒徑為0．5～1．5mm的產(chǎn)品。

活性氧化鋁使用前可用硫酸鋁溶液活化，使其轉(zhuǎn)化成硫酸鹽型，反應(yīng)如下：

(AI203)·2H20+so24一一(AI203)·H2SO4+20H一

除氟的反應(yīng)為：

(AI203)·H2SO4+2F一一(AI203)·2HF+so24一

活性氧化鋁失去除氟能力后，可用l％～2％濃度的硫酸鋁溶液再生：

(AI203)·2HF+sol一一(AI203)·H2sO4+2F一

骨炭是由獸骨燃燒去掉有機(jī)質(zhì)的吸附劑，僅次于活性氧化鋁而在我國(guó)應(yīng)用較多的除氟方法。骨炭的主要成份是羥基磷酸鈣，其分子式國(guó)外認(rèn)為是ca，(PO)·CaCO，，國(guó)內(nèi)認(rèn)為是ca。(PO)(OH)，交換反應(yīng)如下：

Cal0(PO4)6(OH)2+2F一一Ca10(PO4)6。F2+20H一．

研究表明，骨炭的吸附容量明顯高于活性氧化鋁；水中常見(jiàn)的陽(yáng)離子可提高骨炭的除氟效果，卻使活性氧化鋁的吸附容量下降，陰離子對(duì)骨炭的除氟效果無(wú)明顯影響，卻降低活性氧化鋁的除氟效果；在相同的條件下，骨炭的濾水量遠(yuǎn)大于活性氧化鋁。此外，用活性氧化鋁處理后的水中Al及sol一含量大大增加，不但影響水的感官性狀，且給人體健康帶來(lái)潛在的危害。為此，對(duì)硬度較高或鹽度較多的高氟水采用骨炭除氟更合理¨。骨炭?jī)r(jià)格比較便宜，但機(jī)械強(qiáng)度較差，吸附性能衰減較快。天然沸石是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，具有多孔性、篩分性、離子交換性、耐酸性以及對(duì)水的吸附性能等。經(jīng)預(yù)處理之后，對(duì)氟離子具有高選擇交換性能。試驗(yàn)研究表明，沸石交換吸附除氟過(guò)程中，同時(shí)交換吸附了部分鈣、鎂，從而降低了水的硬度，進(jìn)一步改善了水質(zhì)；且沸石的吸附性能具有越用越好的趨勢(shì)¨¨，這是其它吸附劑無(wú)法比擬的。但沸石的吸附容量有待于提高。

吸附過(guò)濾除氟在我國(guó)研究應(yīng)用最多，同時(shí)也是目前國(guó)內(nèi)外飲用水除氟研究的熱點(diǎn)之一。但仍存在濾料的再生及再生廢液的處理比較麻煩，吸附容量低，吸附性能衰減較快等缺點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)新型高效濾料也是飲用水除氟研究的方向之一。

3 電凝聚

電凝聚法即電化學(xué)凝聚法，主要利用電解原理對(duì)水進(jìn)行電化學(xué)處理。在直流電場(chǎng)的作用下，電凝聚裝置中陽(yáng)極上的鋁板表面向溶液中定量溶出鋁離子，同時(shí)陰極板產(chǎn)生等當(dāng)量的OH一離子。這些電解出的Al¨，具有極強(qiáng)活性，在電極表面與水產(chǎn)生不可逆的化學(xué)吸附，形成[Al(HO)]。的水合絡(luò)合物，通過(guò)電極反應(yīng)的表面催化作用，在不同pH值條件下，形成含有單核或多核的水解縮聚物，最終形成表面第3期黃富民等飲用水除氟技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)含有羥基的高分子線性物。這些羥基的存在是鋁的氫氧化物具有各種吸附作用的根本原因。電凝聚除氟的實(shí)質(zhì)是利用鋁吸附劑對(duì)水中氟離子進(jìn)行吸附，其作用機(jī)理是基于靜電吸附和離子交換吸附¨。研究表明，pH在影響電凝聚除氟效果的眾多因素中最為顯著，電凝聚除氟必須在溶液為酸性條件下才具有較強(qiáng)的除氟功能。在pH<7的情況下，電凝聚中電解出的鋁離子的最終形成物為低聚合度帶有高電荷的水解產(chǎn)物，從而對(duì)水中氟離子同時(shí)進(jìn)行靜電吸附和離子交換吸附。水的pH值越低，羥基鋁的水解產(chǎn)物所帶正電荷越多，因而對(duì)氟離子的靜電吸附容量越大，除氟效果越好。電凝聚除氟的pH值一般控制在6．5左右，處理后出水可基本接近中性¨。在一定范圍內(nèi)水溫對(duì)除氟效果的影響不是十分明顯，但是當(dāng)水溫大幅度變化時(shí)，對(duì)氟去除率的影響有時(shí)可達(dá)15％～20％，當(dāng)水溫處于lO～25cC時(shí)可
取得較好的處理效果。此外，電凝聚除氟效果還受原水中其它離子的種類(lèi)和含量、電流密度、原水含氟量、水流速度等多種因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用中均應(yīng)予以考慮。

電凝聚除氟所產(chǎn)生的氫氧化物具有的活性比鋁鹽混凝除氟產(chǎn)生的氫氧化物更大，具有更大的吸附能力。因此與鋁鹽法相比，電凝聚法具有鋁劑用量少(電凝聚法所需的鋁劑量約為鋁鹽混凝法的1／3～1／10)，泥渣量少，出水的剩余鋁劑量少，減少了處理后水中含有溶解鋁引起人們對(duì)健康的擔(dān)心，同時(shí)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、運(yùn)行穩(wěn)定、可連續(xù)制水、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等特點(diǎn)。在電凝聚過(guò)程中，陽(yáng)極上發(fā)生OH一放電而生成氧化作用很強(qiáng)的新生態(tài)[0]，使有機(jī)物或氰化物氧化分解成無(wú)害成分，使氯化物氧化成氯氣或次氯酸鹽，能起到殺菌作用。實(shí)踐證明，對(duì)高氟地?zé)崴迫★嬘玫V泉水，電凝聚除氟是一種穩(wěn)定、可靠且經(jīng)濟(jì)的方法¨引，適用于含高鐵、高錳的高氟水地區(qū)的飲用水除氟。盡管鋁板電極鈍化問(wèn)題還沒(méi)有得到完全的解決，但隨著各種高效電化學(xué)反應(yīng)器的出現(xiàn)，電凝聚法對(duì)地下水除氟具有較好的應(yīng)用前景。

4 電滲析

電滲析(ED)是在直流電場(chǎng)作用下利用荷電離子膜的反離子遷移原理(與膜電荷相反的離子透過(guò)膜，同名離子則被膜截留)，使水溶液中陰、陽(yáng)離子作定向遷移，從而達(dá)到帶電離子從水溶液中分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。

電滲析的最早應(yīng)用(1954年)是苦咸水淡化；20世紀(jì)7O～8O年代電滲析技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模推廣、應(yīng)用階段，8O年代中國(guó)在苦咸水淡化、工業(yè)用純水、超純水制造方面應(yīng)用得到迅速發(fā)展。電滲析應(yīng)用于飲用水除氟是在2O世紀(jì)7O～8O年代電滲析技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模推廣、應(yīng)用階段。電滲析除氟可同時(shí)除鹽，適宜于苦咸高氟水地區(qū)的飲用水除氟。但由于能耗大，運(yùn)行不夠穩(wěn)定以及隨著反滲透技術(shù)的快速發(fā)展等原因，8O年代后，電滲析在國(guó)外的發(fā)展進(jìn)入了萎縮期，其應(yīng)用越來(lái)越少。

5 反滲透

反滲透(Ro)技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的膜分離技術(shù)，該技術(shù)是利用反滲透膜選擇性的只能透過(guò)溶劑(通常是水)而截留離子物質(zhì)的性質(zhì)，以膜兩側(cè)壓力差為推動(dòng)力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過(guò)反滲透而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)行分離的膜過(guò)程。反滲透屬于壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離技術(shù)，其操作壓差一般為1．5～10．5MPa，截留組分為(1～10)×10”m小分子溶質(zhì)。

RO技術(shù)于2O世紀(jì)8O年代初在我國(guó)得到應(yīng)用，首先用于電子工業(yè)超純水及飲料業(yè)用水的制備，而后用于電廠用水處理。9o年代起在飲用水處理方面獲得普及。反滲透除氟不僅能有效去除飲用水中的氟以及鹽，還能對(duì)水中的有機(jī)物、微生物、細(xì)菌和病毒等進(jìn)行分離控制，不存在二次污染；而且具有分離效率高、節(jié)能、易于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。適宜于苦咸高氟水地區(qū)的飲用水除氟。盡管目前反滲透膜組件價(jià)格較高、易污染、使用壽命較短(一般只有1～3年)，但隨著低壓、耐污染、高通量膜的開(kāi)發(fā)，RO技術(shù)應(yīng)用于飲用水除氟有著廣闊的應(yīng)用前景。74后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)2002芷

6 發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，世界各國(guó)環(huán)保呼聲日益高漲，水處理技術(shù)正朝著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色技術(shù)方向發(fā)展，因此尋求高效節(jié)能、不產(chǎn)生二次污染和經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)應(yīng)是飲用水除氟研究的重要課題。膜污染是制約膜技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。目前反滲透膜的開(kāi)發(fā)正向耐污染、低壓及高通量型方向發(fā)展，膜材料及技術(shù)領(lǐng)域所取得的研究成果為RO技術(shù)應(yīng)用于飲用水除氟創(chuàng)造了良好的條件。雖然由于經(jīng)濟(jì)等原因在工程實(shí)踐中應(yīng)用較少，但卻顯示了該技術(shù)應(yīng)用于飲用水除氟的巨大潛力。新型反滲透膜的開(kāi)發(fā)必將促進(jìn)RO技術(shù)在飲用水除氟中廣泛的應(yīng)用。此外，新型除氟濾料的研究還處于探索性階段，尚未應(yīng)用于工程實(shí)踐，對(duì)其除氟機(jī)理、再生陛能等有待于進(jìn)一步研究。但其良好的吸附性能有取代傳統(tǒng)除氟濾料的發(fā)展趨勢(shì)同時(shí)開(kāi)發(fā)高效電凝聚反應(yīng)器也是飲用水除氟研究的方向之一。

參考文獻(xiàn)
1 盧建杭，劉維屏，等．鋁鹽混凝去除氟離子的作用機(jī)理探討．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20(6)：709—713
2 曲長(zhǎng)菱，姜兆春，等．飲用水除氟的試驗(yàn)評(píng)估．環(huán)境科學(xué)，1994，15(4)：19—22
3 王焰新，郭華明，袁曦明．利用某些天然巖土材料降氟的實(shí)驗(yàn)研究．水處理技術(shù)，1999，25(5)：281—285
4 高乃云，徐迪民，等．氧化鐵涂層砂改性濾料除氟性能研究．中國(guó)給水排水，2000，16(1)：1—4
5 馬剛平，劉振儒，趙春祿．鑭氧化膜硅膠吸附除氟性能研究．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1999，19(4)：345—348
6 劉瑞霞，湯鴻霄．負(fù)載鑭纖維吸附劑對(duì)氟離子的吸附性能．環(huán)境科學(xué)，2000，21(4)：34—37
7 曹守仁．活性炭纖維在地方性氟中毒方面的應(yīng)用展望．衛(wèi)生研究，1994，23(2)：77—79
8 徐應(yīng)明，金家志，等．用于水體中氟凈化的活性氧化鈰／介孔篩除氟劑的制備．農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2000，19(5)：293～295
9 嚴(yán)煦世，范瑾初．給水工程(第三版)．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995：377—379
10 李迎凱，李君文，李平．骨炭與活性氧化鋁除氟性能比較．中國(guó)給水排水，1994，10(3)：37—39
11 劉文質(zhì)，張玉杰．飲用水沸石除氟．水處理技術(shù)，1995，21(3)：166—170
12 王三反，王文琴，等．電凝聚除氟條件的研究．水處理技術(shù)，1990，16(4)：298—303
13 胡勇有，等．電凝聚法去除地?zé)崴蟹膽?yīng)用試驗(yàn)．環(huán)境污染與防治，1998，20(2)：18—20

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”