羥基磷灰石在飲水除氟中的應(yīng)用

李海濤

（商洛市水利水電工程公司，陜西 商洛 726000）

陜西地處我國(guó)西北，其中部和北部有相當(dāng)一部分地區(qū)的農(nóng)村飲水存在不同程度的氟超標(biāo)問(wèn)題，給人民群眾的健康和生活質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。近年來(lái)，各級(jí)政府對(duì)農(nóng)村飲水的除氟設(shè)施的建設(shè)非常關(guān)心，從政策到資金都給予大力支持。在此背景下，推廣應(yīng)用高效適用的除氟設(shè)施就成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。

1 中低度氟超標(biāo)飲用水處理技術(shù)簡(jiǎn)介

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外飲水除氟領(lǐng)域還沒(méi)有為各方公認(rèn)的效果顯著的技術(shù)，常用的方法有沉淀法、吸附法、離子交換法、電凝聚法、反滲透法等。

2.1 沉淀法

沉淀法[1]包括混凝沉淀法和鈣鹽沉淀法兩類(lèi)。

1）混凝沉淀法的原理是利用混凝劑在含氟的原水中水解時(shí)生成帶正電的膠粒以吸附帶負(fù)電的氟離子結(jié)合成較大的絮狀物沉淀在水中以達(dá)到除氟的目的。研究表明，在眾多的混凝劑中，通過(guò)適當(dāng)控制原水pH值和混凝劑投放量，采用FAC混凝劑可使被處理的水達(dá)到飲用水含氟標(biāo)準(zhǔn)，而其他混凝劑則效果不佳或影響水質(zhì)。

2）鈣鹽沉淀法的原理是利用鈣鹽和水中的氟離子反應(yīng)形成沉淀從而達(dá)到除氟的目的,如華東某地采用石灰軟化絮凝法對(duì)地下水除氟，有效地降低了氟含量，但處理后水的pH值較高，還需做進(jìn)一步處理。

2.2 吸附法

吸附法[1]的原理是用比表面積較大的顆粒狀或粉狀濾料對(duì)水中的氟離子進(jìn)行吸附，使其被固定在濾料上從而達(dá)到除氟的目的,是我國(guó)現(xiàn)階段研究和應(yīng)用最多的除氟方法，主要采用的濾料有：活性氧化鋁、活性炭、沸石、骨炭和羥基磷灰石等。

1）活性氧化鋁吸附法是使用活性氧化鋁濾料對(duì)水中的氟離子進(jìn)行吸附以達(dá)到除氟的目的。該方法是國(guó)內(nèi)目前采用最多的方法，具有初期成本低，耗材易得的優(yōu)點(diǎn)，但是除氟效率偏低，除氟效果受原水pH值影響，濾料再生困難的不足，還伴有鋁溶出影響出水水質(zhì)。

2）活性炭吸附法是使用活性碳濾料對(duì)水中的氟離子進(jìn)行吸附以達(dá)到除氟的目的。該方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，濾料再生困難的不足。

3）沸石吸附法是使用沸石濾料對(duì)水中的氟離子進(jìn)行吸附以達(dá)到除氟的目的。該方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，濾料再生困難的不足。

4）骨炭吸附法是使用骨炭濾料對(duì)水中的氟離子進(jìn)行吸附以達(dá)到除氟的目的。該方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，濾料再生困難的不足，處理后的水口感也較差。

5）羥基磷灰石吸附法是使用改性羥基磷灰石濾料對(duì)水中的氟離子進(jìn)行吸附以達(dá)到除氟的目的。

2.3 離子交換法

離子交換法[1]的原理是利用離子交換樹(shù)脂與水中的氟離子進(jìn)行離子交換以達(dá)到去除原水中氟離子的目的。除氟離子外，通常原水中同時(shí)存在的其他陰離子會(huì)影響陰離子交換樹(shù)脂的除氟效率，導(dǎo)致工藝復(fù)雜性加大，而較高的樹(shù)脂再生費(fèi)用又導(dǎo)致了運(yùn)行費(fèi)用增加。

2.4 電凝聚法

電凝聚法[2]的原理是用電解的方法使水中帶負(fù)電的氟離子向正電極聚集以達(dá)到除氟的目的。電凝聚法除氟設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不需調(diào)節(jié)pH值，不需添加可溶性鹽，除氟率可達(dá)80%。該方法適合分散式除氟，但除氟效率會(huì)隨著電極鈍化而降低。

2.5 反滲透法

反滲透法[2]可以認(rèn)為是采用物理手段除氟的，裝置用半透膜分為兩部分，一側(cè)為原水側(cè)，另一側(cè)為出水側(cè)。當(dāng)原水側(cè)施加高于膜的滲透壓的壓力時(shí)，水透過(guò)膜進(jìn)入出水側(cè)，而分子較大的離子則被膜阻擋留在原水側(cè)，從而達(dá)到除氟的目的。該方法除氟效率高，但膜組件付費(fèi)費(fèi)用較高，不適合農(nóng)村大面積推廣，同時(shí)留在原水側(cè)的高濃度廢水需排放，處理不當(dāng)會(huì)造成二次污染。

2.6 各方法比較

各種方法的資金投入，運(yùn)行成本，工藝復(fù)雜性，適用場(chǎng)合，除氟效果等各不相同，比較結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各中低度除氟超標(biāo)飲水處理技術(shù)比較結(jié)果表

由表1可知，現(xiàn)階段對(duì)農(nóng)村中低度氟超標(biāo)飲用水的除氟處理而言，改性羥基磷灰石除氟濾料為填料的除氟設(shè)備除氟效果好，處理成本低，非常適合目前農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)。

與傳統(tǒng)除氟工藝相比，改性羥基磷灰石除氟濾料為填料的除氟技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：①運(yùn)行費(fèi)用低、除氟效率高、吸附容量高、無(wú)有害離子溶出；②耐酸堿，適用于不同水質(zhì)，使用過(guò)程無(wú)需調(diào)節(jié)原水pH，工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；③白色晶體狀顆粒，系天然材料經(jīng)改性合成后制得，無(wú)有毒有害物質(zhì)，安全性高；④出水指標(biāo)完全符合衛(wèi)生部頒布的國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的要求；⑤再生藥劑采用1%低濃度NaOH溶液，成本低，且方法簡(jiǎn)單實(shí)用。

3 羥基磷灰石濾料吸附除氟設(shè)備及工藝流程

羥基磷灰石濾料吸附除氟設(shè)備見(jiàn)圖1，其工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖1 羥基磷灰石濾料吸附除氟設(shè)備

圖2 工藝流程圖

由圖2可知，羥基磷灰石濾料吸附除氟的工藝流程為：原水首先進(jìn)入第一級(jí)除氟過(guò)濾器進(jìn)行處理，對(duì)于氟含量較高的原水經(jīng)第一級(jí)除氟處理后，再進(jìn)入二級(jí)除氟過(guò)濾器處理，經(jīng)過(guò)兩級(jí)除氟處理，出水中氟離子濃度遠(yuǎn)低于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值，為了降低除氟負(fù)荷，延長(zhǎng)再生周期，可按合適的比例將原水和二級(jí)過(guò)濾器的出水進(jìn)行勾兌。由于整個(gè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成全密閉，壓力損失低于0.1 MPa，無(wú)需使用增壓設(shè)備。當(dāng)除氟濾料進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)，此時(shí)需進(jìn)行設(shè)備再生操作。再生時(shí)啟動(dòng)加藥系統(tǒng)將4 t濃度為1%的氫氧化鈉溶液泵入除氟過(guò)濾器的一個(gè)罐體內(nèi)，加藥采用下進(jìn)藥上排污方式，用再生液將罐體內(nèi)的水頂出，從上排污閥排出，加藥完畢后關(guān)閉加藥泵和加藥閥，讓再生溶液在罐體內(nèi)浸泡濾料12個(gè)小時(shí)。浸泡之后，啟動(dòng)原水泵將罐體內(nèi)的再生液沖洗干凈即可進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，恢復(fù)除氟能力。

4 成功案例

目前，羥基磷灰石濾料吸附除氟技術(shù)已經(jīng)在多地成功應(yīng)用，如：太和縣雙廟鎮(zhèn)張司水廠(chǎng)除氟與消毒系統(tǒng)、亳州市譙城區(qū)立德水廠(chǎng)除氟設(shè)備等。本文以靈璧縣禪堂水廠(chǎng)為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

靈璧縣禪堂水廠(chǎng)為新建規(guī)模水廠(chǎng)，廠(chǎng)區(qū)位于禪堂鄉(xiāng)禪堂村，水廠(chǎng)設(shè)計(jì)供水能力2700 m3/d。供水形式為利用中深層地下水，通過(guò)潛水泵提水，經(jīng)消毒處理后進(jìn)入清水池，二次加壓供水至用戶(hù)。

此水廠(chǎng)原水中含氟量為2.4 mg/L，故采用2級(jí)除氟+消毒工藝處理，管理方式為縣農(nóng)村管理站統(tǒng)一管理，處理水量為120 t/h。經(jīng)處理后，水中含氟量為0.3 mg/L，滿(mǎn)足飲用水規(guī)范要求。消毒處理設(shè)備見(jiàn)圖3。

圖3 靈璧縣禪堂水廠(chǎng)消毒處理設(shè)備

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)中低度氟超標(biāo)飲用水處理技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹及比較，得出改性羥基磷灰石濾料除氟工藝是經(jīng)過(guò)實(shí)際工程驗(yàn)證的適用技術(shù)。該技術(shù)的推廣，對(duì)陜西省農(nóng)村飲水的除氟工作起到促進(jìn)作用。