羟基磷灰石在饮水除氟中的应用

李海涛

（商洛市水利水电工程公司，陕西 商洛 726000）

陕西地处我国西北，其中部和北部有相当一部分地区的农村饮水存在不同程度的氟超标问题，给人民群众的健康和生活质量造成严重的影响。近年来，各级政府对农村饮水的除氟设施的建设非常关心，从政策到资金都给予大力支持。在此背景下，推广应用高效适用的除氟设施就成为一项迫切的任务。

1 中低度氟超标饮用水处理技术简介

当前，国内外饮水除氟领域还没有为各方公认的效果显著的技术，常用的方法有沉淀法、吸附法、离子交换法、电凝聚法、反渗透法等。

2.1 沉淀法

沉淀法[1]包括混凝沉淀法和钙盐沉淀法两类。

1）混凝沉淀法的原理是利用混凝剂在含氟的原水中水解时生成带正电的胶粒以吸附带负电的氟离子结合成较大的絮状物沉淀在水中以达到除氟的目的。研究表明，在众多的混凝剂中，通过适当控制原水pH值和混凝剂投放量，采用FAC混凝剂可使被处理的水达到饮用水含氟标准，而其他混凝剂则效果不佳或影响水质。

2）钙盐沉淀法的原理是利用钙盐和水中的氟离子反应形成沉淀从而达到除氟的目的,如华东某地采用石灰软化絮凝法对地下水除氟，有效地降低了氟含量，但处理后水的pH值较高，还需做进一步处理。

2.2 吸附法

吸附法[1]的原理是用比表面积较大的颗粒状或粉状滤料对水中的氟离子进行吸附，使其被固定在滤料上从而达到除氟的目的,是我国现阶段研究和应用最多的除氟方法，主要采用的滤料有：活性氧化铝、活性炭、沸石、骨炭和羟基磷灰石等。

1）活性氧化铝吸附法是使用活性氧化铝滤料对水中的氟离子进行吸附以达到除氟的目的。该方法是国内目前采用最多的方法，具有初期成本低，耗材易得的优点，但是除氟效率偏低，除氟效果受原水pH值影响，滤料再生困难的不足，还伴有铝溶出影响出水水质。

2）活性炭吸附法是使用活性碳滤料对水中的氟离子进行吸附以达到除氟的目的。该方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，滤料再生困难的不足。

3）沸石吸附法是使用沸石滤料对水中的氟离子进行吸附以达到除氟的目的。该方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，滤料再生困难的不足。

4）骨炭吸附法是使用骨炭滤料对水中的氟离子进行吸附以达到除氟的目的。该方法具有初期成本低，但是除氟效率偏低，滤料再生困难的不足，处理后的水口感也较差。

5）羟基磷灰石吸附法是使用改性羟基磷灰石滤料对水中的氟离子进行吸附以达到除氟的目的。

2.3 离子交换法

离子交换法[1]的原理是利用离子交换树脂与水中的氟离子进行离子交换以达到去除原水中氟离子的目的。除氟离子外，通常原水中同时存在的其他阴离子会影响阴离子交换树脂的除氟效率，导致工艺复杂性加大，而较高的树脂再生费用又导致了运行费用增加。

2.4 电凝聚法

电凝聚法[2]的原理是用电解的方法使水中带负电的氟离子向正电极聚集以达到除氟的目的。电凝聚法除氟设备简单，操作方便，不需调节pH值，不需添加可溶性盐，除氟率可达80%。该方法适合分散式除氟，但除氟效率会随着电极钝化而降低。

2.5 反渗透法

反渗透法[2]可以认为是采用物理手段除氟的，装置用半透膜分为两部分，一侧为原水侧，另一侧为出水侧。当原水侧施加高于膜的渗透压的压力时，水透过膜进入出水侧，而分子较大的离子则被膜阻挡留在原水侧，从而达到除氟的目的。该方法除氟效率高，但膜组件付费费用较高，不适合农村大面积推广，同时留在原水侧的高浓度废水需排放，处理不当会造成二次污染。

2.6 各方法比较

各种方法的资金投入，运行成本，工艺复杂性，适用场合，除氟效果等各不相同，比较结果见表1。

表1 各中低度除氟超标饮水处理技术比较结果表

由表1可知，现阶段对农村中低度氟超标饮用水的除氟处理而言，改性羟基磷灰石除氟滤料为填料的除氟设备除氟效果好，处理成本低，非常适合目前农村饮水安全工程建设。

与传统除氟工艺相比，改性羟基磷灰石除氟滤料为填料的除氟技术的优点有：①运行费用低、除氟效率高、吸附容量高、无有害离子溶出；②耐酸碱，适用于不同水质，使用过程无需调节原水pH，工艺简单，操作简便；③白色晶体状颗粒，系天然材料经改性合成后制得，无有毒有害物质，安全性高；④出水指标完全符合卫生部颁布的国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求；⑤再生药剂采用1%低浓度NaOH溶液，成本低，且方法简单实用。

3 羟基磷灰石滤料吸附除氟设备及工艺流程

羟基磷灰石滤料吸附除氟设备见图1，其工艺流程图见图2。

图1 羟基磷灰石滤料吸附除氟设备

图2 工艺流程图

由图2可知，羟基磷灰石滤料吸附除氟的工艺流程为：原水首先进入第一级除氟过滤器进行处理，对于氟含量较高的原水经第一级除氟处理后，再进入二级除氟过滤器处理，经过两级除氟处理，出水中氟离子浓度远低于生活饮用水卫生标准的规定值，为了降低除氟负荷，延长再生周期，可按合适的比例将原水和二级过滤器的出水进行勾兑。由于整个系统被设计成全密闭，压力损失低于0.1 MPa，无需使用增压设备。当除氟滤料进入饱和状态时，此时需进行设备再生操作。再生时启动加药系统将4 t浓度为1%的氢氧化钠溶液泵入除氟过滤器的一个罐体内，加药采用下进药上排污方式，用再生液将罐体内的水顶出，从上排污阀排出，加药完毕后关闭加药泵和加药阀，让再生溶液在罐体内浸泡滤料12个小时。浸泡之后，启动原水泵将罐体内的再生液冲洗干净即可进入正常运行状态，恢复除氟能力。

4 成功案例

目前，羟基磷灰石滤料吸附除氟技术已经在多地成功应用，如：太和县双庙镇张司水厂除氟与消毒系统、亳州市谯城区立德水厂除氟设备等。本文以灵璧县禅堂水厂为例进行简要介绍。

灵璧县禅堂水厂为新建规模水厂，厂区位于禅堂乡禅堂村，水厂设计供水能力2700 m3/d。供水形式为利用中深层地下水，通过潜水泵提水，经消毒处理后进入清水池，二次加压供水至用户。

此水厂原水中含氟量为2.4 mg/L，故采用2级除氟+消毒工艺处理，管理方式为县农村管理站统一管理，处理水量为120 t/h。经处理后，水中含氟量为0.3 mg/L，满足饮用水规范要求。消毒处理设备见图3。

图3 灵璧县禅堂水厂消毒处理设备

5 结论

通过对中低度氟超标饮用水处理技术进行简要介绍及比较，得出改性羟基磷灰石滤料除氟工艺是经过实际工程验证的适用技术。该技术的推广，对陕西省农村饮水的除氟工作起到促进作用。