氟的水文地球化學特征分析

陳愛華

摘 要：本文分析了水中氟的化學性質與水中氟的來源；以忻州市地下水為研究對象，調研了高氟水的分布，發現該市高氟水分布呈現從盆地邊緣到盆地中心水氟含量不斷增大的趨勢，總結了淺層高氟水改善水質的主要措施。

關鍵詞：氟；水文地球化學特征；改水措施

1 前言

氟指氟元素，化學符號為F，是自然界固有的化學物質，占地球表層重量的0.03%～0.08%。地殼中平均氟含量大約是770mg/kg。氟元素在自然界中主要以無機氟化物形式存在，目前已證明存在的含氟化合物種類約有110種之多，由于氟化物的可溶性，氟能廣泛存在于土壤、礦物、水、大氣和動植物體內。水文地球化學[1]就是研究地下水的化學成分及其形成規律的一門學科。雖然水文地球化學的研究發展主要在近30年，但是早在我國古代，人們就可以根據地下水的化學性質將地下水分類使用，如淡水引用，咸水煮鹽，溫泉洗浴，礦泉治病等。鑒于地氟病的發生常常與地下水中的氟過量有關，因此，進行氟的水文地球化學特征分析至關重要。

2 氟的來源與性質

自然界中的水大致可分為海水、降水、地面水、泉水和地下水。其中海水本身就含有大量氟化物，其氟含量一般在0.1～1.4mg/L之間，海水在參與地球整體水循環的過程中，也會攜帶少量的氟及其他鹵族元素；雨、雪水的氟含量較低，世界各地的測定結果都在0.052～0.39mg/L之間，平均值為0.1mg/L；江河水中一般氟含量較低，我國南方的河水氟含量大多數在0.2～0.4mg/L之間；泉水中溫泉水的氟含量普遍都比較高。地下水分為淺層和深層兩種，其氟含量比地面水高，經石灰和白云石巖、頁巖和黏土的地下水位0～0.4mg/L，經堿質的地下水的均值為8.7mg/L，經花崗巖的地下水為9.2mg/L，但經玄武巖的地下水很低（一般為0.1mg/L）。

雨水和其他降水中的氟化物含量主要取決于空氣污染的類型和程度，而地面水和地下水中的氟含量，則同許多因素有關，其中主要的是同水接觸的含氟礦物的量和溶解度有關。多數含氟礦物一方面自身溶解度低，另一方面如果母巖也含有同樣的礦物成分，含氟礦物的溶解度也會受影響。此外巖石和土壤的透水性，水在地層中的運移速度，環境溫度，以及水中氫離子和鈣離子的濃度等均會對水中的氟含量產生一定影響。堿性水中和溫度較高的水中，氟含量也較高，例如火山活動地區水中的氟含量就很高。

3 忻州市高氟水分布特征分析

3.1 忻州市高氟水分布調研

根據《忻州地區地病辦地方性氟中毒普查匯總》（1994）對市內忻府區、原平市、定襄縣、代縣、繁峙縣、河曲縣及五臺縣重點鄉鎮進行地方性氟中毒病區分布情況的調研，地下水水氟含量超標最多的區域主要分布在忻府區、定襄縣，而在代縣、原平市等地地下水水氟含量也存在一定超標。

3.2 忻州市高氟水形成原因分析

高氟水分布區域均落在忻州盆地內，且呈現自北向南超標率逐漸升高的趨勢，綜合地下水補給、排泄、地形地貌及氣候條件，分析高氟水形成原因如下：（1）盆地區淺層地下水可直接接受多項補給，地下水水位埋藏淺，水交替積極，容易受工業或生活污水污染；（2）盆地區地下水的整體流向為盆地周邊至盆地中部，即由山前傾斜平原區向沖積平原區匯集，盆地中北部地下水以地表水形式通過界河鋪狹口進入盆地南部，而盆地南部地下水也以地表水形式最終通過濟勝橋出口排出盆地。盆地邊緣水動力條件強，盆地水循環整體呈現周邊強、中心弱的規律。自盆地北部到盆地南部，水循環強度逐漸變強，因此盆地南部地下水更易自身蒸發濃縮造成氟的富集；（3）忻州市氣候干寒，區內溫差甚大，年降雨量400至550毫米，因此氣候的干旱富集也是高氟水形成的一大原因；（4）如前文所述，盆地內地表水與地下水均有比較緊密的水力聯系，區內最大河流滹沱河由于自身季節性流量變化以及生活污水排放影響，均會導致氟的富集，從而對地下水中的氟含量產生影響。

4 淺層高氟水改水措施

目前，淺層高氟水改善水質的措施主要有兩種：一是原水水質處理[2-5]，二是更換水源。對高氟水進行水質處理的方法有很多，大致可分為物理方法和化學方法兩大類，其中物理方法包括吸附法、電凝聚法、反滲透法，化學方法包括離子交換法、混凝沉淀法、鈣鹽沉淀法。而更換水源則需要根據現場條件選擇不同的方案：對于人口集中、經濟較好地區，可采取異地取水方案；對于人口分散，深層地下水達標地區，可采取取深井水方案；對于山丘區，可采取小泉小水供水方案；對于人口分散、水源貧乏區域，可采取旱井和集雨場改水方案。

5 總結

本文描述了氟在水中的化學性質及其主要來源，分析總結了忻州市高氟水主要分布區域為忻府區、原平市、定襄縣和代縣，均落在忻州盆地內，且呈現從盆地邊緣到盆地中心水氟含量不斷增大的趨勢。區內高氟水的形成與地下水補給排泄、地形地貌及氣候有密切關系，而高氟水改進措施也需要結合地質條件和當地發展情況具體制定。

參考文獻

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[4]李雪玲，劉俊峰，李培元.石灰沉淀法除氟的應用[J].水處理技術，2000，26（6）：359-362.

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（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心）