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摘要：进入新世纪，氟污染的情况越来越严重，已经成为国内外热点的话题。为有效保护水环境，加强对含氟废水处理技术的研究刻不容缓。本文介绍了当前氟废水处理中的几种方法，有吸附法、化学沉淀法、混凝沉淀法、电凝聚法、离子交换法和反渗透法，同时介绍了纳米材料作为吸附剂的高效新型方法。通过几种方法的描述指出：水中离子的种类、含量、氟初始浓度等影响因子对除氟过程有很大影响，供同行参考。
关键词：含氟废水；氟方法；除氟机理
众所周知，氟是人体必需的微量元素之一，摄入少量的氟有助于人的成长，摄取大量的氟易引发氟中毒。近几十年来，随着现代工业的发展，水中的氟含量不断升高，我国已有大量区域饮用水使当地居民患有氟类病症[1]，高氟水给人们的身心健康带来了不可逆转的伤害，只有通过对含氟水的合理处理才能减少氟中毒给人们带来的危害。当前，对于超标的含氟水的除氟以吸附、化学沉淀、混凝沉淀、电凝聚、离子交换、反渗透等方法为主。
1、常用氟处理方法
1.1 传统的吸附法
传统的吸附法常用于处理含氟废水。吸附法的反应机理是在废水中安装含有吸附剂的设备用以吸收水中的氟离子。吸附法是将装有活性氧化铝、聚合铝盐、褐煤吸附剂、功能纤维吸附剂、活性炭等吸附剂的设备放入工业废水中，使氟离子通过与固体介质进行特殊或常规的离子交换或者化学反应，最终吸附在吸附剂上而被除去，吸附剂还可通过再生恢复交换能力。为了保证处理效果，废水的pH值不宜过高，一般控制在5左右，另外吸附剂的吸附温要加以控制，不能太高。该方法一般用于低浓度含氟废水的处理，效果十分显著。由于成本较低，而且除氟效果较好，是含氟废水处理的重要方法。王风贺、翟俊等[2]研究表明：改性活性氧化铝除氟效果较好，除氟效率可达到94.57%。但此方法产生的Al3+会对水体造成二次污染[3]。
吸附法优点是吸附剂来源广、易获取、价格低、除氟率较高，但传统吸附剂的饱和吸附容量小导致再生频繁，处理水量小，且在处理过程中流速难以控制，该方法不适用于处理水量较大和氟含量高的工业废水。
1.2 化学沉淀法
对于氟含量高的废水，通常以钙盐使其沉淀去除，但此方法所需要的药剂投加量较大。处理浓度高的工业废水时，加入石灰乳会使溶液pH值至碱性，除氟效果一般，且水中悬浮物较多，石灰乳用量较大，研究表明使用钙盐和铝盐混合去除水中的氟时，两种盐的投加量及水中氟的比为（0.8～1）∶（2～2.5）∶1效果较好[4]。
化学沉淀法操作简单、投资少、效果明显，对高浓度的含氟水去除率较高，但处理后溶液中氟仍有一定的浓度。
1.3 混凝沉淀法
在对除氟的研究进展中，对于混凝沉淀法较好的混凝剂是聚合铝、硫酸铝等铝盐。据统计使用硫酸铝进行混凝沉淀对水中氟的去除一般为每吨水投加150～1000g[5]，其中最佳pH为6.4～7.2[6，7]，而这种混凝剂缺点为使用时需要的投加量较大。而当使用其他的混凝剂例如聚合铝等聚合铝盐，出水中氟的要求达到生活饮用水的标准时，其混凝影响因素pH可以扩充到5～8，其碱化度一般为75%，水中游离的氟离子与铝离子的摩尔比为0.7左右时，其投加量较前文讨论的硫酸铝沉淀法的投加量可以减半[8]。
生产实际中使用对含氟较低的废水进行处理时，一般采用混凝沉淀法，其优点为混凝沉淀中药剂的投加量少，且可以一次性处理大量的废水。该法出水水质不够稳定，产生污泥量较多导致后续处理比较麻烦。在去除F-的同时又引入了Mg2+、Al3+、Fe3+等新污染，需要二次处理。
1.4 电凝聚法
电凝聚法进行除氟其实质是通过电解析产生絮状沉淀的静电离子与氟离子进行交换。应用此种方法最大限度处理含氟废水时，其最大可以降低到1.3～1.6ug/L。王三反、王文琴等[9]研究对去除水中的氟离子影响较大的因素是pH，除氟是在酸性条件下，建立在羟基铝吸附剂的静电吸附和离子交换吸附机理的双重作用下达到的，并提出了以铝氟比作为各种耗铝除氟法和不同电凝聚装置优劣的基本衡量标准。
电凝聚法处理含氟废水，可以通过调节电流间接控制出水的含氟量，且优点为设备比较简单、操作容易。但该法处理过程中电极表面容易发生钝化作用，使电流不能通过阳极表面形成微密的薄膜，导致合金电极不能溶解，使去氟作用停止。
1.5 离子交换法
离子交换法在处理含氟废水时，应用比较广泛的是离子交换树脂。而废水处理中常用的为氨基膦酸树脂。它对氟离子有很强的络合作用[10]。而对于地下水氟超标，其去除时存在其他的竞争离子，影响去除的效果。李永明等人[11]研究改性吸附剂，是以锆为基础的ZS-1型氟离子，而以这种吸附剂进行吸附是一种特殊的阴离子交换树脂，其吸附剂中离子交换影响因素一般为pH，基本上不受其它离子干扰。其去除效果明显，适用于对于排水比较严格的车间废水，其优点是交换容量大、使用寿命长、再生方便。但是缺点为除氟的效率较低、价格昂贵、再生费用高。
1.6 反渗透法
反渗透膜分离技术处理含氟废水，不仅能够降低有机物含量，节省费用，还能满足废水排放标准。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该方法是使用较高的压力改变离子的渗透方向，同时，反渗透法、离子交换法、电絮凝法、超滤等，对于有机工业废水，生化技术是未来污水处理的发展趋势，吴华雄、孟林珍等人[12]研究了二种膜，为醋酸纤维素膜和低压复合膜，研究发现对含氟废水（200mg/L以下）再生时，其回收率达到80%～85%，而其缺点是对高浓度的含氟废水处理欠佳。
反渗透法的优点是在常温、常压下就可以达到分离的目的。但是膜的价格普遍偏贵，使用过程中膜极易污染和堵塞，导致膜通量下降，寿命变短，渗透后浓水的排放也是一大难题。
2、新型高效氟处理方法
近几十年来经济高速发展，对氟处理的研究更注重高效的因素。其中研究较为成熟的是利用纳米材料作为吸附剂来处理含氟废水。
纳米技术作为一门新兴的多学科交叉科学，从全球范围来看，普遍公认纳米技术将带来巨大的产业变革，未来掌握并广泛应用纳米技术的国家和地区将更加具备核心竞争力。为此，发达国家和主要发展中国家均高度重视，将纳米技术创新和产业化作为国家战略积极推动。从国内发展情况来看，我国是开展纳米技术研究最早的国家之一。从20世纪80年代起就持续高度重视纳米技术研发，纳米材料的基本构成决定了它超强（10倍以上）的吸附能力，污水中通常含有有毒有害物质，悬浮物,泥沙，铁锈，异味污染物，细菌，病毒等。污水治理就将这些物质从水中去除，由于传统的水处理方法效率低，成本高，存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题，污水中的贵金属对人体极其有害的物质，但从污水中流失也是资源的浪费，新的一种纳米技术可将污水中的贵金属如金，钌，钯，铂能完全提炼出来，变废为宝。此外纳米TiO具有巨大的比表面积，与废水中有机物更充分地接触，可将有机物最大限度地吸附在它的表面，具有更强的紫外光吸收能力，因而有更强的光催化降解能力，可快速将吸附在其表面的有机物分解，用纳米TiO光催化处理含有有机物的废水被认为是最有效的手段之一。
杨丽君等人[13]制作了纳米TiO2作为吸附剂去除氟离子，通过吸附机理分析，纳米TiO2吸附氟离子起主要作用的是静电吸引力，吸附过程中当pH在2～10范围内去除率可达到97%，吸附在2min可基本达到平衡，且不受工业废水中常存在的Zn2+、Cd2+、Cu2+等重金属离子影响，该方法再生也较为简单，采用氢氧化钠溶液进行洗脱，洗脱率可达到96%。王家宏等人[14]利用ZrO2负载碳纳米管去除氟离子，当pH在4～5时，吸附效果最好，且吸附过程中温度的升高有助于吸附进行，利用NaOH溶液洗脱可使吸附剂再生4次，其吸附量仍可达到14.55mg/g。
3、结束语
综上所述，含氟废水处理过程中，在选择处理方法时要了解实际情况，根据水质情况和要求达到的标准而定，尤其要重视以废治废和综合利用.因此，在含氟废水的处理中要遵循资源化与无害化相结合的原则，以获得较好的经济效益。
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论文作者:李静雯
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：吸附剂论文; 废水论文; 离子论文; 离子交换论文; 方法论文; 水中论文; 废水处理论文; 《基层建设》2016年35期论文;