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高氟饮用水脱氟研究进展 　　【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1.0mg/L。我国高氟饮用水分布较广，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1mg/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ζ电位要比其本身絮体要低。另一证据是当水中SO42-、Cl- 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（OH）3（am）矾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（OH）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子所带的正电荷降低，从而使絮体的ζ电位值下降。AC和PAC含氟絮体的ζ电位都比本身絮体的ζ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（OH）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。 　　（2）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Al3（OH）4 5+、Al7 （OH）174+、Al13O4（OH）247+等聚羟阳离子及其水解后形成的无定性Al（OH）3（am）沉淀，其中的OH-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ζ电位也不会因此升高或降低，但这一过程中释放出的OH-，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。 　　（3）络合沉淀 F-能与Al3+等形成从AlF2+，AlF2+，AlF3到 AlF63-共6种络合物，溶液化学平衡的计算表明，在F-浓度为1×10-4～1×10-2 mol/L的铝盐混凝除氟体系中，pH为5～6的情况下，主要以AlF2+，AlF3，AlF4- 和AlF52-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）+一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/L降至0.8mg/L。国内曾进行过201#、291#、717#树脂的脱氟试验，但交换能力（约1g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、黄明元等人制备镧型阳离子交换树脂，用于水中静态除氟。利用氟与镧型树脂上的镧生成氟化物，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