[发明专利]一种耦合吸附处理高含氟地下水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水处理技术，尤其涉及一种耦合吸附处理高含氟地下水的方法。

背景技术

地下水中含氟超标（>1mg/L）时，长期饮用会给人们的身体造成氟危害，如氟斑牙、氟骨症。我国有6300多万人口日常饮用水源中氟的含量超标（文献出处：中国环境监测总站2006年6月发布的《113个环境保护重点城市集中式饮用水源地水质月报》），因此，水源性氟害的治理密切关系到广大老百姓的生命健康。尤其在广大农村偏远地区，其水源往往从地下汲取，则地下水中氟超标问题不可忽视。目前，解决饮用水中氟超标问题常常采用的一个简单措施是改水，即选择那些含氟合格的水源来供给日常饮用，但是这样的办法往往受限于自然水源条件或者经济水平，因此，更普遍的对策是开发有效的脱氟技术。

常见脱除地下水中超标浓度氟离子的方法有絮凝沉淀法、吸附法、电渗析法、反渗透法等，这些方法都有不少的研究和应用报道。其中絮凝沉淀法是采用可溶性铝盐如氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝或可溶性铁盐如氯化铁、聚合氯化铁以及钙盐如氯化钙之类常见的无机絮凝/沉淀剂进行水解沉淀反应，所形成的絮凝/沉淀胶体表面积非常发达，可将水中的氟离子捕捉、共絮凝而脱除，该方法简单、易行，但是突出的缺点是常需要添加数倍于理论反应量的絮凝药剂才能达到理想除氟效果、引起水的pH值变化大、引入的可溶性盐离子浓度高（致使脱氟水盐度偏高，长期饮用可能对人体内体液的盐平衡造成危害）、沉淀絮凝含水泥渣难有效安全地处理、除氟效果不够稳定等，因此，这样传统的除氟方法一点也不简单，会引起诸多的新问题，从全系统、全流程都应该对环境友好的先进净水标准来评判，絮凝沉淀法是典型的“头疼医头，脚疼医脚”的治理方式，乃是落后的治理理念指导下必然的结果：水源被净化了，却产生了新的污染隐患。电渗析法和反渗透法是脱除地下水中高含量氟离子非常有效、脱氟效果较稳定、装置自动化程度较高的方法，一般都有现成的商业化装置可售卖，一旦安装好即可获得含氟达标的饮水。但是该类技术的缺点是设备价格高，且会同时产生几倍量的高盐度废水，致使水资源的浪费较厉害。相对而言，吸附法具有突出的综合技术优势，其原理在于寻找合适的吸附材料，对水中的氟离子具有良好的选择性吸附脱除效果，经过解吸、再生后吸附材料又可以返回重新使用，而解吸后的氟离子可以进一步浓缩回收。吸附过程操作简单，本身并不引入新的杂质，只是将水中的目标离子（如F-等）捕捉固定到固体吸附材料表面，从而可以固液分离出水溶液，且一旦选择好有效的吸附材料，轻易即可将水中的氟离子脱除达标，因此，基于吸附的脱氟理念设计的除氟方法乃是目前众多脱氟方法中研究开发最多的。总而论之，开发高效、便宜、安全、耐用的吸附材料，是解决该问题的关键。

目前除氟的吸附材料甚多，典型的就是活性氧化铝，但是其吸附容量低、受水的pH值影响大以及吸附后液中残留铝离子可能引起饮用者记忆力受损、发生老年痴呆等问题，限制了该材料在饮用水脱氟方面的应用；骨炭是一种有效的除氟吸附材料，主要用牛骨、猪骨经过高温炭化制成，其主要脱氟成分是羟基磷酸钙，也存在吸附容量偏小的问题。氧化镁是另一种有效的脱氟材料，其单位质量的脱氟效率是活性氧化铝的数倍，脱氟容量也比骨炭高，对原水的适应性强，也不会引入过多的杂质，是非常有潜力的除氟功能材料，但是其在使用过程中也存在一些问题，比如氧化镁处理后的水呈碱性，一般大约在pH 9～11之间，因此，在实际操作过程中，往往需要对脱镁后的净水添加适量酸回调水pH值，以利饮用。

随着对含氟水的关注，近年来出现了一些新型的吸附剂材料，高价金属复合吸附剂材料就是其中最典型的一类，比如稀土与铁的复合氧化物、负锆离子交换树脂、负铁离子交换树脂等，都表现出了对氟离子良好的吸附脱除效果，即吸附容量大，吸附选择性好，从而使之成为潜在的饮用水脱氟新材料。然而，很多这样的新型吸附剂材料的研究成果大多都停留在实验室研究阶段，停留在发表论文阶段，很少有能够实实在在地走向市场化、走向商品化的产品。究其原因，固然跟研究者的实践深度有关，也主要地跟这些新型吸附剂材料本身的吸附特点有关，比如这些高价金属吸附剂材料在脱氟的过程中，往往需要事先调节溶液pH至弱酸性，比如pH 2～3左右，才有利于这些吸附剂对氟离子有效地选择性吸附，鲜有能在近中性pH值下高效吸附脱除氟离子的。为此，在实际的操作过程中又需要对吸附脱氟后的水中添加适量的碱回调其pH值，以适宜饮用。