强化混凝去除饮用水原水中的氟

　　摘要：以聚铝、聚铁和硫酸铝为混凝剂，通过强化混凝对地下水中的氟化物的去除进行了研究，对比了各混凝药剂对氟的去除效果，研究了pH值、助凝剂、混凝剂投加量等因素对氟去除效果的影响。结果表明，在原始pH值和浊度条件下，硫酸铝的除氟效果明显优于聚铝和聚铁;通过调节原水pH值和提高聚铝投加量作为短期的氟轻微超标时的应急处理方法是可行的。

　　关键词：除氟;地下水;强化混凝;硫酸铝;聚铝

　　我国黄淮平原地下水资源丰富，但有研究表明其中含氟量普遍较高，并且随井深呈显著增高的趋势[1]。某市以地下水为唯一水源，长期受到氟含量超标的困扰。目前，饮用水源水除氟研究主要基于吸附、混凝沉淀、电凝聚法、化学沉淀法、离子交换、反渗透、电渗透等原理[2-5]，但离子交换和反渗透等方法的选择性较差，对水中有益的其它矿物离子也一并去除，并且运行费用高、维护管理复杂，不宜于推广应用;吸附法对低浓度的氟化物去除能力有限，吸附剂用量大且不易再生，其可行性也较差;电絮凝产生的絮体较小不容易沉淀，需要增加气浮等配套工艺等，出水水质不稳定。因此，针对原水中氟化物超标的问题，基于自来水厂原有传统工艺的除氟应用研究显得尤为重要。

　　F市某水厂地处黄淮平原，以地下水为水源，采用传统水处理工艺，以聚铝为混凝剂，在氟化物较高时期达标难度非常大。本研究基于自来水厂现有的传统工艺，采用混凝沉淀的方法，以聚铝、聚铁和硫酸铝为混凝剂，通过强化混凝对地下水中的氟化物的去除进行了研究，对比了各混凝药剂对氟的去除效果，研究了水的pH值、助凝剂、混凝剂投加量等因素对氟化物去除效果的影响，为黄淮平原以地下水为水源的水厂除氟提供了数据支持和指导。

　　1、材料与方法

　　1.1原水水质

　　试验期间原水的主要水质指标。

　　1.2混凝试验

　　混凝试验设备为ZR4-6型混凝实验搅拌机(中润，深圳市)。混凝试验参数：以200转/min快速搅拌1min，60转/min慢速搅拌5min，然后静止沉淀30min，取上清液进行检测。吸附剂、助凝剂等均在混凝试验前30min进行投加，并以200转/min快速搅拌。pH值调节均在混凝试验前完成。

　　1.3检测指标和方法

　　氟化物采用PF-1-01型氟离子电极(上海精密科学仪器有限公司)进行检测;高锰酸盐指数(CODMn)参照《生活饮用水标准检验方法(GB/T5750-2006)》检测;浊度使用便携式浊度仪(2100P，HACH，美国)检测;水温使温度计在取样时即进行测量;pH值采用pH计(PHS-3C，上海精密科学仪器有限公司)进行检测。

　　2、结果与讨论

　　2.1混凝剂投加量对除氟效果的影响

　　本实验选用了聚铝、聚铁和硫酸铝三种混凝剂进行了混凝试验，在原水条件下，聚铁和聚铝除氟效果差，而硫酸铝在除氟效果随着投加量的增加而非常明显。由于硫酸铝为强酸弱碱盐，随着其投加量增加会使反应体系的pH值迅速降低，且较低的pH值反而会影响到除氟效果[6]。因此，本研究中混凝剂的使用量均控制在50mg/L(有效成分)内进行试验。由于聚铁在现有自来水厂中应用较少，且除氟效果并不明显，因此，本研究以下内容主要针对铝盐混凝剂进行探讨。

　　2.2助凝剂投加量对除氟效果的影响

　　大量研究表明，在低浊原水的混凝处理工艺中提高原水浊度可以提高混凝效果。本研究中以聚铝和硫酸铝为混凝剂考虑助凝剂投加量对除氟效果的影响。结果表明加助凝剂对除氟的效果并不明显，因此，通过投加助凝剂去除原水中微量超标的氟化物是不可行的。

　　2.3pH值对除氟效果的影响

　　原水的pH值对混凝剂的水解、凝聚和絮凝反应速度影响显著，并且对不同混凝剂形成的絮凝体的沉降速度也有明显的影响。有研究表明，当pH值小于5.8时，以硫酸铝为混凝剂时除氟效果随pH值的增加而提高，当大于5.8时，混凝除氟效果随着pH值的增加而降低[7]。这可能是因为在弱酸性条件下单体铝离子会水解生成大量的中聚体铝形态，尤其Al13聚合体可成为优势铝形态，它被认为是铝盐的最有效絮凝成分，从而提高了铝盐的净水性能。为研究pH值的影响，使用0.1M硫酸溶液将原水水样pH值分别调整至7.4±0.1和6.7±0.1与原始条件进行对比研究。

　　pH值对除氟效果的影响较大，尤其是当混凝剂是聚铝时，弱酸性环境中，聚铝对氟化物具有较好的去除效果，而在碱性条件下去除效果差，混凝剂投加量高。而硫酸铝对氟化物的去除效果均比较明显，pH降低也在一定程度上提高了硫酸铝对氟的去除效果，这与袁西鑫等[7]人的含氟模拟原水的研究结论基本一致。

　　2.4生产试验

　　由于该自来水厂一直采用聚铝为混凝剂，故根据上述实验结果，采用浓硫酸对原水pH值进行调节，调节后原水pH值为6.8~7.1，同时调整水原定混凝剂投加量为35~40mg/L(有效成分)。原水在调节pH值后经“折板混凝池-平流沉淀池-石英砂滤池”依次处理。通过调节原水pH值和增加聚铝投加量作为短期的氟微量超标时的应急处理方法是可行的。

　　3、结论

　　(1)在原水原始条件下，硫酸铝的除氟效果优于聚铝和聚铁，通过调节原水pH值至中性或弱酸性后，聚铝和硫酸铝对原水中微量超标的氟的去除效果较好，其中硫酸铝的去除效果优于聚铝;

　　(2)投加高岭土、活性氧化铝和氧化钙等强化混凝对去除原水中微量超标的氟的效果不明显;投加过量的氯化钙对除氟有一定的效果，但过量投加会导致水中硬度随之增加;

　　(3)通过调节原水pH值和增加聚铝投加量作为短期的氟微量超标时的应急处理方法是可行的。

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　　参考文献：

　　[1]程虎,吴荣涛,胡允凯,等.阜阳市10家水厂水质含氟量分析及对策[J].安徽预防医学杂志,2000,6(5):359.

　　[2] 王树青,胡承志,杨春风,等.电絮凝-超滤除氟工艺参数优化研究[J].环境工程学报,2015,9(7):3093-3098.

　　[3] 陈良才,魏宏斌,李少林,等.石灰软化法处理高硬度含氟地下水的研究[J].中国给水排水,2007,23(13):49-55.

　　[4] 张宝军,刘泽山,袁涛,等.羟基磷灰石(HAP)除氟工艺在河南沈丘县的工程应用[J].中国给水排水,2016,32(12):79-81.

　　[5] 曹井国,顾平,朱高雄,等.混凝/微滤工艺处理含氟地下水的工程设计与运行[J].中国给水排水,2011,27(6):79-82.

　　[6] 张玲玲,李晓波,顾平.混凝—微滤工艺处理含氟地下水的试验研究[J].中国给水排水,2007,23(17):50-54.

　　作者：杨家轩1耿晨晨2张翔3罗刚1