遼寧地區高氟水處理技術研究

劉克儉，潘祎男，孫 毅，陳書傳，鄒添丞

(遼寧省農村水利建設管理局，沈陽 110003)

遼寧地區高氟水處理技術研究

劉克儉，潘祎男，孫 毅，陳書傳，鄒添丞

(遼寧省農村水利建設管理局，沈陽 110003)

長期飲用高氟水可以引起地方性氟中毒，而氟超標水無法通過簡單水處理來作為農村供水水源，因此研究高氟水地區水處理技術模式對實現農村飲水安全具有極其重要的意義。總結遼寧地區農村飲水安全工程建設以來存在的氟超標問題，選取合適的技術路線，形成適宜遼寧地區農村飲水安全氟超標工藝。

農村飲水安全；氟超標；混凝吸附；除氟工藝

1 概 述

遼寧省地處東北地區南部，總體的地貌格局為遼東山地丘陵、遼北康法丘陵及遼西低山丘陵，三面環繞遼河平原。省內高氟地下水的分布規律與含水層或含水巖系及地下水埋藏深度關系密切。氟離子含量普遍超標的地區主要有：中部平原和東西兩側地區，山前地帶及西北部的新開河右岸，淺部(20m以上)地下水；遼東地域內沙河、柳河、秀水河、遼河流域淺層即全新統含水層(20-25m以上)，及康平以北西遼河淺層即上更新統。長期飲用高氟水可以引起地方性氟中毒，而氟超標水無法通過簡單水處理來作為農村供水水源，因此研究高氟水地區水處理技術模式對實現農村飲水安全具有極其重要的意義。

目前我國高氟水處理的工程技術有諸多難點：處理規模上，藥劑消耗量大；處理器材使用上，噸水分攤制水成本高、運行管理故障頻出；運行費用上，化學藥劑消耗高、藥劑保存難等。

文章針對上述問題提出了適合遼寧地區高氟水處理技術，并提出了不同的處理模式。

2 除氟藥劑研究

目前相對廉價的除氟材料有紅磚粉狀、煤粉、膨潤土、紅土壤和硅藻土等，吸附容量為0.2-4.0mg/g。文章針對低濃度(<2.0mg/L)高氟水的特點，利用當地廉價粉末原料的水處理藥劑，采用市售混凝劑與廉價粉末吸附劑復配的除氟藥劑，研制出適于遼寧農村的新型除氟劑。

2.1 采用混凝工藝的吸附法

混凝沉淀法是飲水除氟的方法之一，通過向水中加入混凝劑將氟離子除去。鋁鹽投加到水中后，通過鋁離子與氟離子的絡合作用或通過鋁鹽水解的中間產物及最后生成的無定型的AL(OH)3(am)絮體對氟離子的離子交換作用以及吸附、卷掃作用等將水中的氟離子去除[1-3]。

對于粉狀吸附劑，選用不需經過復雜處理的廉價材料，使用后棄置，不需再生，可省去再生工序和費用。綜合20余種吸附材料的性質及除氟性能，試驗研究和實用上選擇了煤粉和膨潤土。

2.2 吸附劑加藥方法

含粉末吸附劑的凈水劑的投加方法可采用干式和溶液投加兩種方法。文章研究方法為濕法投藥。由混凝劑和吸附劑配合制成的凈水劑可采用濕法投藥，即將藥劑配成一定濃度的漿液投加，這一點要求凈水藥劑在溶藥配藥時具有化學穩定性，否則藥劑在溶藥槽中發生水解反應，使吸附劑性能降低，同時，由于藥液中顆粒物較多，普通的柱塞式加藥泵不能使用，采用螺桿泵或蠕動泵可有效實現穩定加藥。

2.3 吸附劑分離

在反應器中填充空隙率較大的輕質材料，如浮性塑料微珠或纖維成型體材料，使得吸附劑細顆粒被截留附著在填充材料的巨大表面上，延長了吸附劑在水中的停留時間，理論計算顯示，當吸附劑的停留時間為水力停留時間的5倍時，吸附劑的吸附容量利用較為充分，通過空氣反沖可排出吸附飽和的吸附劑細顆粒，該方法稱為動床吸附法[4-6]。

2.4 含粉末的除氟劑

本研究的除氟劑由下列成分組成：除氟吸附劑粉末、混凝劑、穩定劑。

吸附劑采用膨潤土和沸石粉，粉末細度在200目以上，用于吸附去除水中的氟化物和微量有機物，吸附劑占藥劑重量的50%-75%。

混凝劑采用聚合氯化鋁，混凝劑的作用是將水中的膠體微粒凝聚成較大顆粒的礬花，以利于沉降和在填料上附著，混凝劑占藥劑重量的20%-35%。

為使除氟劑具有長期儲存的穩定，同時，為確保藥劑在溶藥期間水解程度低，藥液中的吸附劑和混凝劑不發生混凝沉降反應，有必要加入適量的穩定劑，穩定劑占藥劑重量的5%-15%。

本研究的除氟劑的使用方法是，將藥劑配成2%-5%的漿料，投入水中使用。

3 除氟設備

含氟地下水凈化成套設備包含四個水處理單元，投藥混合混凝單元、絮體動床接觸吸附單元、過濾單元和精濾單元，凈化能力5m3/h。

投藥混合混凝單元的功能是實現吸附劑、絮凝劑與水的混合反應，藥劑投加到安裝在進水管路上的靜態混合器中，經快速混合后進行進一步混合反應，形成包含吸附劑細顆粒的絮凝體[7-9]。

絮體動床接觸吸附單元的功能是使來水中的顆粒物附著在填充的大比表面積的濾料上，延長吸附劑在水中的停留時間，增加水中氟化物與吸附劑的碰撞幾率，提高吸附劑、吸附容量的利用率，待吸附劑飽和后或濾床水力阻力達到預定值后，通入空氣攪動濾料床層，使飽和的“老齡絮凝體”排出。

過濾單元和精濾單元的功能是去除水中絮凝體及各類顆粒物，其中，粗濾采用彗星式纖維過濾材料，精濾采用活性炭濾料。

成套設備采用共壁的一體式設計與加工方法，材質為鋼板涂衛生級涂層，閥門與管道開孔于設備同側，使得全部操作在設備同側完成，既減少了占地面積，又便于操作。

加藥泵為工業級蠕動泵，具有計量準確、可輸送含顆粒物的藥劑的特點。

4 應用情況

本項目研究的復合吸附劑和“高速混凝-動床吸附兩段法”除氟工藝，在昌圖縣毛家店鎮建立了試點工程。試點工程設計處理水量10m3/h，日處理水量200t，為全村1000人供給生活用水。

4.1 水質凈化方法

1)凈化工藝：

采用投加粉末吸附劑的強化混凝法。凈水劑投入水中后產生微小絮凝體，絮凝體被比表面積很大的填料截留，水中雜質與絮凝體微粒接觸碰撞并附著其上，通過后續分離單元將雜質和絮凝體一并除去，可去除水中懸浮物、有機物、氟化物、砷、煤粉、膠質、色度、鐵、錳、砷、油類、揮發酚、重金屬等雜質，將超標地下水凈化為生活飲用水。凈化工藝為“使用粉末吸附劑的動床吸附工藝”[10-11]。

2)工藝特點：

集成了五項單元水處理技術，適應多種水質水源，分別為凈水藥劑、新型大空隙率濾料、高通孔率濾板、配制成漿料的藥劑螺桿泵加藥系統、水位信號遠距離顯示箱。

運行特點——節能式設計，系統壓降小。

設備特點——預裝內置件的罐體組合式設計，按工藝要求分模塊制造。

安裝特點——積木式成套設備，比常規凈化設施減少占地40-60%。

操作特點——針對原水水質進行工藝參數預調節，簡化日常操作程序。

4.2 水質處理結果

試點工程凈化前后水質對比情況見表1。

表1 試點工程凈化前后水質對比情況

試點工程運行情況表明，本項目研制的技術與設備可用于遼寧省高氟水地區處理。水處理成本低、效果好，適宜在類似地區進行推廣應用。

5 結 論

在研發廉價除氟劑的基礎上，開發了含氟地下水凈化成套設備，優化了除氟設備和裝置的運行操作參數，成套設備包含4個水處理單元，投藥混合混凝單元、絮體動床接觸吸附單元、過濾單元和精濾單元。成套設備采用共壁的一體式設計與加工方法，材質為鋼板涂衛生級涂層，閥門與管道開孔與設備同側，使得全部在設備同側完成，既減少了占地面積，又便于操作。通過試點工程的應用，表明經除氟設備處理后，出水氟濃度達到1.0mg/L以下，符合生活飲用水衛生標準。

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1007-7596(2017)07-0094-03

2017-06-16

劉克儉(1990-)，男，遼寧遼陽人，助理工程師，從事農村水利管理工作；潘祎男(1986-)，男，遼寧沈陽人，工程師，從事農村水利管理工作；孫毅(1981-)，男，遼寧大連人，高級工程師，從事農村水利管理工作；陳書傳(1989-)，男，河南商丘人，助理工程師，從事農村水利管理工作；鄒添丞(1990-)，男，遼寧大連人，助理工程師，從事農村水利管理工作。

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