四川省大骨節(jié)病區(qū)地下水氟污染及除氟工藝研究

鳳海元，吳忠忠

（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，安徽合肥230001）

氟是地層內(nèi)一種廣布性元素,具有很強(qiáng)的親和力和成礦能力。不同地區(qū)含氟礦物組分、自然條件等的差異造成氟的地區(qū)性分布不均[1]。在水中含氟量過(guò)高的地區(qū)，氟極大地危害著當(dāng)?shù)厝嗣竦纳眢w健康。長(zhǎng)期飲用含氟量高于1.0～1.5 mg/L的水時(shí),容易患斑齒病,含氟量高于3～6 mg/L時(shí),則可導(dǎo)致氟骨病[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年全國(guó)約有7 700萬(wàn)人飽受氟害之苦[3]。

對(duì)大骨節(jié)病區(qū)地下水樣分析可知，水樣含氟超過(guò)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。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(fèi)用高昂,每口井約10萬(wàn)元[7]。為解決高氟地區(qū)群眾的飲水問(wèn)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(duì)此做了很多工作，但是對(duì)含氟高于10 mg/L高氟水的處理方法少有報(bào)道。本文通過(guò)對(duì)含氟為13.57 mg/L的高氟地下水進(jìn)行混凝除氟工藝實(shí)驗(yàn)，將氟離子降至1 mg/L以下，達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，每噸水的處理成本約1元。

1 實(shí)驗(yàn)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(fù)合電極、pHs-3C數(shù)字酸度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)水樣

高氟水樣取自四川省瀘定縣得妥鄉(xiāng)南頭村，成分見(jiàn)表1。

表1 水樣成分

1.3 實(shí)驗(yàn)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(shí)間，溶液經(jīng)活性炭吸附后取其上層清液,加入離子強(qiáng)度緩沖液,再用離子選擇電極法測(cè)定水中的氟。

2 結(jié)果及討論

2.1 PAC投入量對(duì)絮凝效果的影響

照1.3節(jié)實(shí)驗(yàn)方法，加入不同體積的PAC進(jìn)行用量實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)圖1：在同等實(shí)驗(yàn)條件下，水中氟離子濃度隨PAC投入量的增加呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。當(dāng)PAC投入量為35 mL/L時(shí)，水中氟離子濃度為最低值0.95 mg/L，其F-的去除率為93%，達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但是繼續(xù)加大PAC的投入量，水中氟離子濃度反而開(kāi)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(shì)圖

2.2 pH對(duì)絮凝效果的影響

按照1.3節(jié)實(shí)驗(yàn)方法，加入定量的PAC，通過(guò)10 g/L NaOH溶液調(diào)節(jié)水樣的不同pH值，其絮凝效果如圖2。

圖2 pH與F-去除趨勢(shì)圖

當(dāng)PAC的加入量為35 mg/L時(shí)，溶液已經(jīng)呈現(xiàn)弱酸性，對(duì)氟離子的吸附能力降低。逐滴滴加10 g/L NaOH溶液調(diào)節(jié)水樣的pH值，PAC的吸附能力逐漸增強(qiáng)。當(dāng)溶液的pH在7.26～7.66時(shí)，PAC的吸附能力達(dá)到最強(qiáng)，F(xiàn)-的去除率為93.96%。繼續(xù)滴加NaOH，PAC的吸附能力隨著pH的升高急劇下降。可見(jiàn)，PAC的最佳絮凝pH范圍在7.26～7.66之間。

2.3 溫度和攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響

照1.3節(jié)實(shí)驗(yàn)方法，在同等反應(yīng)條件下，分別做了溫度、攪拌時(shí)間實(shí)驗(yàn)。

表2 靜置攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響

圖3 溫度對(duì)絮凝效果的影響

由圖3可知，當(dāng)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(dòng)，可見(jiàn)溶液的溫度對(duì)其影響極小，表明溫度不影響絮凝效果，本實(shí)驗(yàn)選擇室溫（25℃）。攪拌靜置沉淀時(shí)間對(duì)PAC絮凝效果的影響不大，在攪拌20 min時(shí)，氟離子去除率達(dá)到最大，為93.52%，繼續(xù)增加或減少攪拌時(shí)間，去除率都開(kāi)始降低。故本實(shí)驗(yàn)選擇20 min為最佳靜置攪拌時(shí)間。

2.4 PAC除氟原理

PAC是一種無(wú)機(jī)高分子化合物，化學(xué)式為[Al2（OH）nCl6-n·ⅹH2O]m，在水中極易水解，在6＜pH＜8時(shí)，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(yīng)為：

其余氟離子以物理吸附的方式被氫氧化鋁捕獲一起進(jìn)入沉淀表面。

3 應(yīng)用

因PAM具有助凝作用，可以加快沉淀反應(yīng)，更快速地促進(jìn)PAC吸附氟離子形成沉淀，活性炭含有大量微孔，具有巨大無(wú)比的表面積，能有效地去除色度、臭味，可去除二級(jí)出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無(wú)機(jī)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(zhì)達(dá)到要求，本實(shí)驗(yàn)采用PAC+PAM+活性炭過(guò)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(yùn)行參數(shù)：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(shí)間為20 min，氟離子的去除效果達(dá)到最佳，為93.52%。該方法可有效地去除水中的氟離子，出水達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，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(jīng)濟(jì)實(shí)用，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易的優(yōu)點(diǎn)[9]。