四川省大骨節病區地下水氟污染及除氟工藝研究

鳳海元，吳忠忠

（安徽省地質實驗研究所，安徽合肥230001）

氟是地層內一種廣布性元素,具有很強的親和力和成礦能力。不同地區含氟礦物組分、自然條件等的差異造成氟的地區性分布不均[1]。在水中含氟量過高的地區，氟極大地危害著當地人民的身體健康。長期飲用含氟量高于1.0～1.5 mg/L的水時,容易患斑齒病,含氟量高于3～6 mg/L時,則可導致氟骨病[2]。據統計,每年全國約有7 700萬人飽受氟害之苦[3]。

對大骨節病區地下水樣分析可知，水樣含氟超過國家飲用水標準。目前解決安全飲水的最好辦法是另找水源以管道引水，但含高氟水面積大,另找水源較困難,且費用高昂,每口井約10萬元[7]。為解決高氟地區群眾的飲水問題，采用合適的處理方法獲得安全可靠的飲用水源也是一條可行之路。黃玉云[4]、鄧濤聲[5]、馬玉美[6]等對此做了很多工作，但是對含氟高于10 mg/L高氟水的處理方法少有報道。本文通過對含氟為13.57 mg/L的高氟地下水進行混凝除氟工藝實驗，將氟離子降至1 mg/L以下，達到國家飲用水標準，每噸水的處理成本約1元。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

PAC溶液（3%），NaOH溶液（10 g/L）。

磁力加熱攪拌器、PF-IC型氟離子選擇復合電極、pHs-3C數字酸度計。

1.2 實驗水樣

高氟水樣取自四川省瀘定縣得妥鄉南頭村，成分見表1。

表1 水樣成分

1.3 實驗方法

在150 mL燒杯中加入100 mL水樣，定量地加入PAC，在室溫下、攪拌速度為50 r/min攪拌一段時間，溶液經活性炭吸附后取其上層清液,加入離子強度緩沖液,再用離子選擇電極法測定水中的氟。

2 結果及討論

2.1 PAC投入量對絮凝效果的影響

照1.3節實驗方法，加入不同體積的PAC進行用量實驗，其結果見圖1：在同等實驗條件下，水中氟離子濃度隨PAC投入量的增加呈現明顯的下降趨勢。當PAC投入量為35 mL/L時，水中氟離子濃度為最低值0.95 mg/L，其F-的去除率為93%，達到國家飲用水標準。但是繼續加大PAC的投入量，水中氟離子濃度反而開始增加。故PAC最佳投入量為35 mL/L。

圖1 PAC用量與F-去除趨勢圖

2.2 pH對絮凝效果的影響

按照1.3節實驗方法，加入定量的PAC，通過10 g/L NaOH溶液調節水樣的不同pH值，其絮凝效果如圖2。

圖2 pH與F-去除趨勢圖

當PAC的加入量為35 mg/L時，溶液已經呈現弱酸性，對氟離子的吸附能力降低。逐滴滴加10 g/L NaOH溶液調節水樣的pH值，PAC的吸附能力逐漸增強。當溶液的pH在7.26～7.66時，PAC的吸附能力達到最強，F-的去除率為93.96%。繼續滴加NaOH，PAC的吸附能力隨著pH的升高急劇下降。可見，PAC的最佳絮凝pH范圍在7.26～7.66之間。

2.3 溫度和攪拌時間對絮凝效果的影響

照1.3節實驗方法，在同等反應條件下，分別做了溫度、攪拌時間實驗。

表2 靜置攪拌時間對絮凝效果的影響

圖3 溫度對絮凝效果的影響

由圖3可知，當溫度由15℃變化到40℃，氟離子的去除率在92.41%～93.22%之間小幅波動，可見溶液的溫度對其影響極小，表明溫度不影響絮凝效果，本實驗選擇室溫（25℃）。攪拌靜置沉淀時間對PAC絮凝效果的影響不大，在攪拌20 min時，氟離子去除率達到最大，為93.52%，繼續增加或減少攪拌時間，去除率都開始降低。故本實驗選擇20 min為最佳靜置攪拌時間。

2.4 PAC除氟原理

PAC是一種無機高分子化合物，化學式為[Al2（OH）nCl6-n·ⅹH2O]m，在水中極易水解，在6＜pH＜8時，以（Al2O2OH）Cl形式存在，將氟離子固定在表面，形成難溶的氟化物。吸附反應為：

其余氟離子以物理吸附的方式被氫氧化鋁捕獲一起進入沉淀表面。

3 應用

因PAM具有助凝作用，可以加快沉淀反應，更快速地促進PAC吸附氟離子形成沉淀，活性炭含有大量微孔，具有巨大無比的表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除二級出水中大多數有機污染物和某些無機物，包含某些有毒的重金屬。為了更有效地使得處理后的水質達到要求，本實驗采用PAC+PAM+活性炭過濾工藝處理高氟地下水，工藝如圖4。

圖4 高氟地下水的處理工藝

主要運行參數：PAC加入量為 35 mL/L，pH在7.26～7.66之間，溫度為室溫（25℃），靜置攪拌時間為20 min，氟離子的去除效果達到最佳，為93.52%。該方法可有效地去除水中的氟離子，出水達到國家排放標準，且具有藥劑投加量少，能夠處理含氟量比較高的水，處理水量大，經濟實用，設備簡單，操作容易的優點[9]。