饮用水除氟技术开发应用现状-李永富

氟是人体必需的微量元素之一，但过量时会引发慢性氟中毒。WHO（WorldHealthOrganization）把饮用水中氟化物质量浓度0.5～1.5mg·L-1作为对人体有益的最佳浓度范围[1]，我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）规定，氟化物的质量浓度限值为1.0mg·L-1。目前，对高氟地下水的治理主要包括2种手段：（1）寻找和改换新水源，指采用地表水、雨雪水和深井低氟水作为新的饮用水。（2）人工除氟，在不能采用替换水源的地区，人工除氟是一种最为实际的方法。现有的除氟方法主要包括吸附法、混凝沉淀法、电化学方法、膜分离法等。近几十年来，国内外对含氟水的处理进行了大量的研究，在除氟工艺及相关的基础理论方面亦取得了一些研究进展。本文旨在综述各种人工除氟方法的原理、处理效果、优缺点等，并对各种方法进行分析对比。1吸附法吸附法是目前饮用水除氟应用最广泛的方法，吸附剂的特性是决定除氟成本和效果的重要因素。目前常用的吸附剂包括活性金属氧化物、骨炭、泥土类吸附剂、沸石、生物质类吸附剂等。吸附过程中，交换吸附、物理吸附和化学吸附往往同时存在，难以明确区分。1.1活性金属氧化物1.1.1活性氧化铝活性氧化铝法是世界上应用最广泛、最成功的除氟方法。氧化铝除氟，最佳pH为4.5～6.0，实际应用中，通入CO2调节pH至6.5～7.0也能取得较好效果。吸附容量一般为0.8～2.0mg·g-1，最高可达15.0mg·g-1。活性氧化铝使用前需用硫酸或硫酸铝预处理。(A12O3)n·2H2O失去除氟能力后，可用H2SO4或Al2(SO4)3溶液淋洗再生。我国目前60%以上的除氟点采用了活性氧化铝[2]。近年来，明矾包裹氧化铝[2]、涂层氧化铝[3]、电极性氧化铝技术[4]等方法也被用来去除氟离子，表现出更为优越的除氟性能。活性氧化铝除氟具有吸附容量高，处理费用低，运行稳定，易于再生等优点，但设备投资高，处理过程需要调节pH，另外活性氧化铝中铝的流失，可能会成为影响人体健康的不利因素[5]。1.1.2活性氧化镁镁是人体必需的元素，活性MgO具有较大的比表面积，吸附能力较强，吸附容量通常为14mg·g-1，再生后仍可稳定在6mg·g-1左右。CSairam等用氧饮用水除氟技术开发应用现状李永富1，孟范平1，姚瑞华2（1.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛266100；2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）摘要：饮用水中过量的氟会对人体造成危害。现有的人工除氟方法主要有：吸附法、混凝沉淀法、电化学方法、膜分离法等。对各种方法的原理、处理效果和优缺点等比较发现，吸附法较为成熟，应用最为广泛，但不同吸附剂均具有局限性，生物质类吸附剂具有广阔的应用前景。混凝沉淀法较多应用于含氟废水处理，因为易引入其它离子等缺点，在饮用水的降氟处理中应用较少。电化学方法和膜处理技术是较为清洁的除氟方法，但是过高的能耗和昂贵的膜组件是其推广应用的限制因素。开发一种既能克服传统除氟方法的缺点，又能全面改善饮用水质的除氟技术是亟待解决的问题。关键词：除氟；饮用水；应用中图分类号：TU991.26+8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)07-0010-004收稿日期：2009-10-20作者简介：李永富（1985－），男，硕士研究生，研究方向为水污染和控制技术；联系电话：0532-66781823；E-mail：lyf_qingdao@126.com联系作者：孟范平，博士，教授；联系电话：0532-66782875；E-mail：fanpingm@tom.com第36卷第7期2010年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.7Jul.,201010化镁与壳聚糖灼烧制得复合材料，吸附容量约为氧化镁的2倍，达到4.44mg·g-1[6]。与氧化铝相比，氧化镁除氟效果更好，处理成本更低，但该方法易使出水总硬度和pH升高，且氧化镁再生复杂，限制了它的广泛使用。1.1.3稀土金属氧化物在众多的除氟材料中，由于稀土金属氧化物吸附量大，污染小，越来越受到人们的重视。稀土在水溶液中与水配位形成水合氧化物，除氟机理是与表面羟基相关的质子化反应引起的离子交换与吸附，吸附后可用NaOH溶液洗脱再生。AMRaichur等[7]采用稀土氧化物的混合物用于含氟水的处理。结果表明，当起始氟离子质量浓度为50mg·L-1，pH为6.5，温度为303K，吸附时间为60min，饱和吸附容量为12.5mg·g-1。于桂生等用氧化锆和氧化钛处理10mg·L-1的含氟水，可使氟离子质量浓度降至1.0mg·L-1以下[8-9]。稀土金属水合氧化物虽然具有良好的除氟性能，但由于水合氧化物一般是粉末状的，难以直接应用于水处理过程，