氟在自然界中分布極為廣泛,水源不同程度地含有氟離子。一般認為,微量的氟是人體所必需的,有利于骨骼的堅固性,有一定的防齲作用.但過量的氟對人體是有害的,主要損害牙齒的釉質、骨骼的成骨和破骨活動,并影響全身各組織器官,輕者出現氟斑牙和全身各個骨骼及關節部位疼痛等癥狀,較重者呈現關節僵硬及運動機能障礙,嚴重者呈現軀干變形和癱瘓,以致造成終生殘廢。推薦閱讀→特種水之高氟地區水處理方法
地下水的除氟方法主要有吸附過濾法、混凝法、離子交換法、電滲析法等,其中應用較多的是吸附法,作為濾料的吸附劑主要是活性氧化鋁和骨炭。
活性氧化鋁過濾法:
活性氧化鋁是兩性物質,等電點約在9.5,當水的pH值小于9.5時可吸附陰離子,對氟有極大的選擇性,大于9.5時可吸附陽離子。除氟用的活性氧化鋁為白色顆粒狀多孔吸附劑,有較大的表面積。
活性氧化鋁在使用前進行活化,活化反應為:
除氟時的反應為:
活性氧化鋁失去除氟能力后,可用1%~2%濃度的硫酸鋁溶液再生,再生反應為:
吸附容量:
吸附容量是指每1g活性氧化鋁所能吸附氟的重量,一般為1.2~4.5mgF/g。AI2O3與原水的氟濃度、pH值、活性氧化鋁的顆粒大小、接觸時間等因素有關。原水的氟濃度高,則吸附容量大;原水的pH值在5~8之間吸附量大,以5.5為最佳;我國多將pH值控制在6.5~7.0之間;顆粒小,吸附容量大,且再生容易,考慮反洗時小顆粒易流失,一般選用粒徑為1~3mm;接觸時間長,吸附容量大,一般都在15min以上。
活性氧化鋁過濾法除氟工藝比較簡單,一般采用固定床,固定床是指在操作過程中吸附劑固定填放在吸附設備中,是水處理吸附工藝中最常用的一種方式。固定床除氟工藝中濾層厚度為1.1~1.5m,濾速為3~6m/h,當運行至濾料失效,即進行反洗,使濾層膨脹率為30%~50%,去除濾層中的懸浮物后,進行再生。再生劑可用硫酸鋁或NaOH溶液,其濃度和用量應通過試驗確定,再生時間一般為1.0~1.5h,再生后須用除氟水反洗,然后進水除氟至出水合格為正式運行開始。
骨炭過濾法:
骨炭是由獸骨燃燒去掉有機質的產品,主要成分是磷酸三鈣和炭,起除氟作用的是磷酸三鈣,因此又稱磷酸三鈣過濾法。骨炭已推薦于發展中國家飲水除氟.但由于骨炭易溶于酸,只能在pH7左右運行,而且磨耗較大,美國從1971年起停止使用.我國目前應用骨炭除氟劑的數量僅次于活性氧化鋁。由于動物骨骼的來源及加工方法不同,各種骨炭對氟的吸收特性有很大的差異.對比黑色、灰色和白色骨炭的除氟效果以黑色骨炭最為有效。
骨炭吸附一定時間后需再生,再生時間間隔需根據骨炭填充量進行核算,再生利用質量分數5%的NaOH 浸泡24 h。骨炭再生后的含氟堿性廢液通過調pH,加入CaCl2沉淀去除氟。廢液去除間歇運行,建廢液池存儲廢液到一定量統一處理,可減少處理費用。工藝采用全自動控制,簡易方便,適合農村地區使用。