氟的水文地球化学特征分析

陈爱华

摘 要：本文分析了水中氟的化学性质与水中氟的来源；以忻州市地下水为研究对象，调研了高氟水的分布，发现该市高氟水分布呈现从盆地边缘到盆地中心水氟含量不断增大的趋势，总结了浅层高氟水改善水质的主要措施。

关键词：氟；水文地球化学特征；改水措施

1 前言

氟指氟元素，化学符号为F，是自然界固有的化学物质，占地球表层重量的0.03%～0.08%。地壳中平均氟含量大约是770mg/kg。氟元素在自然界中主要以无机氟化物形式存在，目前已证明存在的含氟化合物种类约有110种之多，由于氟化物的可溶性，氟能广泛存在于土壤、矿物、水、大气和动植物体内。水文地球化学[1]就是研究地下水的化学成分及其形成规律的一门学科。虽然水文地球化学的研究发展主要在近30年，但是早在我国古代，人们就可以根据地下水的化学性质将地下水分类使用，如淡水引用，咸水煮盐，温泉洗浴，矿泉治病等。鉴于地氟病的发生常常与地下水中的氟过量有关，因此，进行氟的水文地球化学特征分析至关重要。

2 氟的来源与性质

自然界中的水大致可分为海水、降水、地面水、泉水和地下水。其中海水本身就含有大量氟化物，其氟含量一般在0.1～1.4mg/L之间，海水在参与地球整体水循环的过程中，也会携带少量的氟及其他卤族元素；雨、雪水的氟含量较低，世界各地的测定结果都在0.052～0.39mg/L之间，平均值为0.1mg/L；江河水中一般氟含量较低，我国南方的河水氟含量大多数在0.2～0.4mg/L之间；泉水中温泉水的氟含量普遍都比较高。地下水分为浅层和深层两种，其氟含量比地面水高，经石灰和白云石岩、页岩和黏土的地下水位0～0.4mg/L，经碱质的地下水的均值为8.7mg/L，经花岗岩的地下水为9.2mg/L，但经玄武岩的地下水很低（一般为0.1mg/L）。

雨水和其他降水中的氟化物含量主要取决于空气污染的类型和程度，而地面水和地下水中的氟含量，则同许多因素有关，其中主要的是同水接触的含氟矿物的量和溶解度有关。多数含氟矿物一方面自身溶解度低，另一方面如果母岩也含有同样的矿物成分，含氟矿物的溶解度也会受影响。此外岩石和土壤的透水性，水在地层中的运移速度，环境温度，以及水中氢离子和钙离子的浓度等均会对水中的氟含量产生一定影响。碱性水中和温度较高的水中，氟含量也较高，例如火山活动地区水中的氟含量就很高。

3 忻州市高氟水分布特征分析

3.1 忻州市高氟水分布调研

根据《忻州地区地病办地方性氟中毒普查汇总》（1994）对市内忻府区、原平市、定襄县、代县、繁峙县、河曲县及五台县重点乡镇进行地方性氟中毒病区分布情況的调研，地下水水氟含量超标最多的区域主要分布在忻府区、定襄县，而在代县、原平市等地地下水水氟含量也存在一定超标。

3.2 忻州市高氟水形成原因分析

高氟水分布区域均落在忻州盆地内，且呈现自北向南超标率逐渐升高的趋势，综合地下水补给、排泄、地形地貌及气候条件，分析高氟水形成原因如下：（1）盆地区浅层地下水可直接接受多项补给，地下水水位埋藏浅，水交替积极，容易受工业或生活污水污染；（2）盆地区地下水的整体流向为盆地周边至盆地中部，即由山前倾斜平原区向冲积平原区汇集，盆地中北部地下水以地表水形式通过界河铺狭口进入盆地南部，而盆地南部地下水也以地表水形式最终通过济胜桥出口排出盆地。盆地边缘水动力条件强，盆地水循环整体呈现周边强、中心弱的规律。自盆地北部到盆地南部，水循环强度逐渐变强，因此盆地南部地下水更易自身蒸发浓缩造成氟的富集；（3）忻州市气候干寒，区内温差甚大，年降雨量400至550毫米，因此气候的干旱富集也是高氟水形成的一大原因；（4）如前文所述，盆地内地表水与地下水均有比较紧密的水力联系，区内最大河流滹沱河由于自身季节性流量变化以及生活污水排放影响，均会导致氟的富集，从而对地下水中的氟含量产生影响。

4 浅层高氟水改水措施

目前，浅层高氟水改善水质的措施主要有两种：一是原水水质处理[2-5]，二是更换水源。对高氟水进行水质处理的方法有很多，大致可分为物理方法和化学方法两大类，其中物理方法包括吸附法、电凝聚法、反渗透法，化学方法包括离子交换法、混凝沉淀法、钙盐沉淀法。而更换水源则需要根据现场条件选择不同的方案：对于人口集中、经济较好地区，可采取异地取水方案；对于人口分散，深层地下水达标地区，可采取取深井水方案；对于山丘区，可采取小泉小水供水方案；对于人口分散、水源贫乏区域，可采取旱井和集雨场改水方案。

5 总结

本文描述了氟在水中的化学性质及其主要来源，分析总结了忻州市高氟水主要分布区域为忻府区、原平市、定襄县和代县，均落在忻州盆地内，且呈现从盆地边缘到盆地中心水氟含量不断增大的趋势。区内高氟水的形成与地下水补给排泄、地形地貌及气候有密切关系，而高氟水改进措施也需要结合地质条件和当地发展情况具体制定。

参考文献

[1]秦松柏，欧阳正平，程天舜，等.分层聚类分析在水文地球化学分类中的应用[J].地下水，2008，30（1）：21-24.

[2]董丽君，王雨泽.含氟废水处理述评[J].哈尔滨商业大学学报，2001，17（2）：29-31.

[3]潘光镛.含氟废水处理述评[J].环境污染与防治，1983，6（5）：14-16.

[4]李雪玲，刘俊峰，李培元.石灰沉淀法除氟的应用[J].水处理技术，2000，26（6）：359-362.

[5]吴华雄，孟林珍，许维宗.反渗透法处理含氟废水的试验研究[J].电力环境保护，1998，14（3）：1-5.

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）