辽宁地区高氟水处理技术研究

刘克俭，潘祎男，孙 毅，陈书传，邹添丞

(辽宁省农村水利建设管理局，沈阳 110003)

辽宁地区高氟水处理技术研究

刘克俭，潘祎男，孙 毅，陈书传，邹添丞

(辽宁省农村水利建设管理局，沈阳 110003)

长期饮用高氟水可以引起地方性氟中毒，而氟超标水无法通过简单水处理来作为农村供水水源，因此研究高氟水地区水处理技术模式对实现农村饮水安全具有极其重要的意义。总结辽宁地区农村饮水安全工程建设以来存在的氟超标问题，选取合适的技术路线，形成适宜辽宁地区农村饮水安全氟超标工艺。

农村饮水安全；氟超标；混凝吸附；除氟工艺

1 概 述

辽宁省地处东北地区南部，总体的地貌格局为辽东山地丘陵、辽北康法丘陵及辽西低山丘陵，三面环绕辽河平原。省内高氟地下水的分布规律与含水层或含水岩系及地下水埋藏深度关系密切。氟离子含量普遍超标的地区主要有：中部平原和东西两侧地区，山前地带及西北部的新开河右岸，浅部(20m以上)地下水；辽东地域内沙河、柳河、秀水河、辽河流域浅层即全新统含水层(20-25m以上)，及康平以北西辽河浅层即上更新统。长期饮用高氟水可以引起地方性氟中毒，而氟超标水无法通过简单水处理来作为农村供水水源，因此研究高氟水地区水处理技术模式对实现农村饮水安全具有极其重要的意义。

目前我国高氟水处理的工程技术有诸多难点：处理规模上，药剂消耗量大；处理器材使用上，吨水分摊制水成本高、运行管理故障频出；运行费用上，化学药剂消耗高、药剂保存难等。

文章针对上述问题提出了适合辽宁地区高氟水处理技术，并提出了不同的处理模式。

2 除氟药剂研究

目前相对廉价的除氟材料有红砖粉状、煤粉、膨润土、红土壤和硅藻土等，吸附容量为0.2-4.0mg/g。文章针对低浓度(<2.0mg/L)高氟水的特点，利用当地廉价粉末原料的水处理药剂，采用市售混凝剂与廉价粉末吸附剂复配的除氟药剂，研制出适于辽宁农村的新型除氟剂。

2.1 采用混凝工艺的吸附法

混凝沉淀法是饮水除氟的方法之一，通过向水中加入混凝剂将氟离子除去。铝盐投加到水中后，通过铝离子与氟离子的络合作用或通过铝盐水解的中间产物及最后生成的无定型的AL(OH)3(am)絮体对氟离子的离子交换作用以及吸附、卷扫作用等将水中的氟离子去除[1-3]。

对于粉状吸附剂，选用不需经过复杂处理的廉价材料，使用后弃置，不需再生，可省去再生工序和费用。综合20余种吸附材料的性质及除氟性能，试验研究和实用上选择了煤粉和膨润土。

2.2 吸附剂加药方法

含粉末吸附剂的净水剂的投加方法可采用干式和溶液投加两种方法。文章研究方法为湿法投药。由混凝剂和吸附剂配合制成的净水剂可采用湿法投药，即将药剂配成一定浓度的浆液投加，这一点要求净水药剂在溶药配药时具有化学稳定性，否则药剂在溶药槽中发生水解反应，使吸附剂性能降低，同时，由于药液中颗粒物较多，普通的柱塞式加药泵不能使用，采用螺杆泵或蠕动泵可有效实现稳定加药。

2.3 吸附剂分离

在反应器中填充空隙率较大的轻质材料，如浮性塑料微珠或纤维成型体材料，使得吸附剂细颗粒被截留附着在填充材料的巨大表面上，延长了吸附剂在水中的停留时间，理论计算显示，当吸附剂的停留时间为水力停留时间的5倍时，吸附剂的吸附容量利用较为充分，通过空气反冲可排出吸附饱和的吸附剂细颗粒，该方法称为动床吸附法[4-6]。

2.4 含粉末的除氟剂

本研究的除氟剂由下列成分组成：除氟吸附剂粉末、混凝剂、稳定剂。

吸附剂采用膨润土和沸石粉，粉末细度在200目以上，用于吸附去除水中的氟化物和微量有机物，吸附剂占药剂重量的50%-75%。

混凝剂采用聚合氯化铝，混凝剂的作用是将水中的胶体微粒凝聚成较大颗粒的矾花，以利于沉降和在填料上附着，混凝剂占药剂重量的20%-35%。

为使除氟剂具有长期储存的稳定，同时，为确保药剂在溶药期间水解程度低，药液中的吸附剂和混凝剂不发生混凝沉降反应，有必要加入适量的稳定剂，稳定剂占药剂重量的5%-15%。

本研究的除氟剂的使用方法是，将药剂配成2%-5%的浆料，投入水中使用。

3 除氟设备

含氟地下水净化成套设备包含四个水处理单元，投药混合混凝单元、絮体动床接触吸附单元、过滤单元和精滤单元，净化能力5m3/h。

投药混合混凝单元的功能是实现吸附剂、絮凝剂与水的混合反应，药剂投加到安装在进水管路上的静态混合器中，经快速混合后进行进一步混合反应，形成包含吸附剂细颗粒的絮凝体[7-9]。

絮体动床接触吸附单元的功能是使来水中的颗粒物附着在填充的大比表面积的滤料上，延长吸附剂在水中的停留时间，增加水中氟化物与吸附剂的碰撞几率，提高吸附剂、吸附容量的利用率，待吸附剂饱和后或滤床水力阻力达到预定值后，通入空气搅动滤料床层，使饱和的“老龄絮凝体”排出。

过滤单元和精滤单元的功能是去除水中絮凝体及各类颗粒物，其中，粗滤采用彗星式纤维过滤材料，精滤采用活性炭滤料。

成套设备采用共壁的一体式设计与加工方法，材质为钢板涂卫生级涂层，阀门与管道开孔于设备同侧，使得全部操作在设备同侧完成，既减少了占地面积，又便于操作。

加药泵为工业级蠕动泵，具有计量准确、可输送含颗粒物的药剂的特点。

4 应用情况

本项目研究的复合吸附剂和“高速混凝-动床吸附两段法”除氟工艺，在昌图县毛家店镇建立了试点工程。试点工程设计处理水量10m3/h，日处理水量200t，为全村1000人供给生活用水。

4.1 水质净化方法

1)净化工艺：

采用投加粉末吸附剂的强化混凝法。净水剂投入水中后产生微小絮凝体，絮凝体被比表面积很大的填料截留，水中杂质与絮凝体微粒接触碰撞并附着其上，通过后续分离单元将杂质和絮凝体一并除去，可去除水中悬浮物、有机物、氟化物、砷、煤粉、胶质、色度、铁、锰、砷、油类、挥发酚、重金属等杂质，将超标地下水净化为生活饮用水。净化工艺为“使用粉末吸附剂的动床吸附工艺”[10-11]。

2)工艺特点：

集成了五项单元水处理技术，适应多种水质水源，分别为净水药剂、新型大空隙率滤料、高通孔率滤板、配制成浆料的药剂螺杆泵加药系统、水位信号远距离显示箱。

运行特点——节能式设计，系统压降小。

设备特点——预装内置件的罐体组合式设计，按工艺要求分模块制造。

安装特点——积木式成套设备，比常规净化设施减少占地40-60%。

操作特点——针对原水水质进行工艺参数预调节，简化日常操作程序。

4.2 水质处理结果

试点工程净化前后水质对比情况见表1。

表1 试点工程净化前后水质对比情况

试点工程运行情况表明，本项目研制的技术与设备可用于辽宁省高氟水地区处理。水处理成本低、效果好，适宜在类似地区进行推广应用。

5 结 论

在研发廉价除氟剂的基础上，开发了含氟地下水净化成套设备，优化了除氟设备和装置的运行操作参数，成套设备包含4个水处理单元，投药混合混凝单元、絮体动床接触吸附单元、过滤单元和精滤单元。成套设备采用共壁的一体式设计与加工方法，材质为钢板涂卫生级涂层，阀门与管道开孔与设备同侧，使得全部在设备同侧完成，既减少了占地面积，又便于操作。通过试点工程的应用，表明经除氟设备处理后，出水氟浓度达到1.0mg/L以下，符合生活饮用水卫生标准。

[1]赵印英,孟国霞,杨丽霞.山西农村饮水高氟水问题及处理措施分析[J].山西水利科技,2010(03):89-90.

[2]潘博,冯启言,李向东.沸石处理高氟水实验研究[J].水资源保护,2010(06):45-46.

[3]姜川,费学宁.冷冻分凝法处理高氟水的方法研究[J].天津城市建设学院学报,2008(02):49-51.

[4]韩银利,周惠康,余秋生，等.处理高氟水新矿物材料的试验研究[J].宁夏工程技术，2007(04)：63-65.

[5]宝迪.杭锦2～#土处理含高氟水的初探[J].内蒙古石油化工，2004(04)：99-100.

[6]罗华军,丁卫颂.高氟水改良技术及实验结果多元回归分析[J].人民黄河，1993(05)：45-46.

[7]罗昌道.处理高氟水的新方法[J].建筑知识，1988(04)：96-98.

[8]杜久成,孙雷.松原市宁江区高氟水源筛查及改水工程质量监测[J].中国地方病防治杂志，2008(03)：12-14.

[9]张志悦.沧州高氟水分布特征及饮水安全对策[J].海河水利，2007(03)：24-26.

[10]王国建,王东田,陈霞,等.吸附法除氟技术的原理与方法[J].环境科学与管理，2008(08)：46-48.

[11]卢建杭,刘维屏,郑巍.铝盐混凝去除氟离子的作用机理探讨[J].环境科学学报，2000(06)：67-68.

1007-7596(2017)07-0094-03

2017-06-16

刘克俭(1990-)，男，辽宁辽阳人，助理工程师，从事农村水利管理工作；潘祎男(1986-)，男，辽宁沈阳人，工程师，从事农村水利管理工作；孙毅(1981-)，男，辽宁大连人，高级工程师，从事农村水利管理工作；陈书传(1989-)，男，河南商丘人，助理工程师，从事农村水利管理工作；邹添丞(1990-)，男，辽宁大连人，助理工程师，从事农村水利管理工作。

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