高氟饮用水脱氟探究进展

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1、高氟饮用水脱氟探究进展【摘要】本文阐述了高含氟饮用水的处理方法，并对各种方法的优缺点，除氟机理进行了探讨。【关键词】脱氟；混凝沉淀；吸附法；电凝聚；电渗析;离子交换膜氟是自然界中广泛存在的一种元素，也是人体维持正常生理活动不可缺少的物质，人体组织器官中大约含210mg的氟，主要来源于饮用水。但是，长期饮用含氟量过高的水将对人体造成严重危害，轻者则患牙斑症使牙齿发黄，早期脱齿；重者则患氟骨症，使骨骼密度增加而变形，骨质发脆、瘫痪，甚至死亡。中国饮用水标准规定氟含量低于1.Omg/Lo我国高氟饮用水

2、分布较广，遍及27个省、市、自治区，约有2亿多人饮用氟含量超标的饮用水。据调查，我国高氟饮用水多数还具有含盐量大、碱度偏高、硬度偏低和缺乏人体必需的矿化营养元素的特征。现代卫生学认为，这种水质特征，不仅易患氟病，且有引发高血压、心血管疾病、骨质增生等疾病的可能性。面对高氟水对人体的危害，必须对高氟地区生活饮用水采取有效的改水降氟措施。目前国内外采用的物理、化学降氟方法有：混凝沉淀法、吸附和离子交换法、电凝聚法、电渗析法、反渗透法和纳滤等。1.混凝沉淀法利用铝盐作为混凝剂时，水中氟离子与铝盐生成一

3、系列络合物，经混凝作用在含氟水中产生的絮状氢氧化铝沉淀吸附脱氟。据报道，投药量应按含氟量的高低选用不同的比值,若含氟量在5mg/L以下，投铝量应比氟量大10倍，若水中含氟量在5〜9mg/L时，投铝量应比氟量大14倍，此时，可将水体中氟降至lmg/L以下。而含氯化物高的地下水源，适宜用硫酸铝脱氟，混凝时间一般为5〜60min,pH控制在6.5〜7.5,可收到良好的脱氟效果。铝盐混凝去除氟离子机理较复杂，主要有吸附、离子交换、络合沉降三种。(1)吸附铝盐混凝沉淀除氟过程为静电吸附，最直接的证据是AC

4、或PAC含氟絮体由于吸附了带电荷的氟离子，正电荷被部分中和，相同pH条件下匕电位要比其本身絮体要低。另一证据是当水中S042-、C1-等阴离子的浓度较高时，由于存在竞争，会使混凝过程中形成的Al(0H)3(am)矶对氟离子的吸附容量显著减少。铝盐混凝除氟过程中生成的具有很大表面积的无定性的Al(0H)3(am)絮体，对氟离子产生氢键吸附。氟离子半径小，电负性强，这一吸附方式很容易发生，这已在铝盐除氟絮体红外光谱中得到证实。不管是化学吸附还是物理上的静电吸附，只要是离子吸附方式，就会使铝盐水解阳离

5、子所带的正电荷降低，从而使絮体的g电位值下降。AC和PAC含氟絮体的乙电位都比本身絮体的乙电位低，说明铝盐除氟过程中离子吸附是一重要的作用方式。XPS试验表明，絮体Al(0H)3(am)对NaF和HF的吸附为分子吸附。这两种吸附的具体方式尚有待于进一步研究，最有可能的是氟离子先以氢键或静电作用方式吸附到絮体上，然后钠离子和氢离子作为电荷平衡离子吸附到上面而构成分子吸附。(1)离子交换氟离子与氢氧根离子的半径及电荷都相近，铝盐混凝除氟过程中，铝盐水解生成A13(0H)45+、A17(0H)174+

6、、A11304(0H)247+等聚轻阳离子及其水解后形成的无定性Al(0H)3(am)沉淀，其中的0H-与F-发生交换，这一交换过程是在等电荷条件下进行的，交换后絮体所带电荷不变，絮体的乙电位也不会因此升高或降低，但这一过程中释放出的0H-,会使体系的pH升高，说明离子交换也是铝盐除氟的一个重要的作用方式。(2)络合沉淀F-能与A13+等形成从A1F2+,A1F2+,A1F3到A1F63-共6种络合物，溶液化学平衡的计算表明，在F-浓度为1X10-4〜IX10-2mol/L的铝盐混凝除氟体系中，

7、pH为5〜6的情况下，主要以A1F2+,A1F3,A1F4-和A1F52-等形态存在，这些铝氟络合离子在混凝过程中会形成铝氟络合物(AlFx(OH)(3-x)和Na(x-3)AlFx)或夹杂在新形成的Al(OH)3(am)絮体中沉降下来，絮体的IR和XPS谱图最终观察到的铝氟络离子AlFx(3-x)+—部分是络合沉降作用的结果，另一部分则可能是离子交换的产物。2.离子交换树脂法据国外报道有几种强碱性树脂具有一定的除氟效果。一种以亚氨醋酸为官能团的螯合型树脂与三价铝螯合后，可将水中含氟从10mg/

8、L降至0.8mg/Lo国内曾进行过201#、291#、717#树脂的脱氟试验，但交换能力(约lg氟/kg树脂)和除氟效率均低，再生费用大，价格昂贵，尚未有工业化实例。吕昌银、黄明元等人制备繚型阳离子交换树脂，用于水中静态除氟。利用氟与镉型树脂上的錮生成氟化物，静态法除去水中的氟。方法所用的主要原材料强酸性离子交换树脂价格便宜，再生后降氟容量高，降氟过程中pH值几乎不变,对设备无腐蚀，从而降低了除氟成本。阴离子交换树脂能吸附交换脱氟，并能降低氟至lmg/L以下，但由于地下水中含有其它阴离子，影响脱