蘇昌發(fā) 高英 劉冬梅 方曉鳳

摘 要：氟是維持機(jī)體正常生命活動(dòng)所必需的微量元，氟的攝入是通過(guò)飲食、呼吸、飲水三個(gè)主要途徑進(jìn)入人體的，此外，也可通過(guò)含氟藥物、煙塵、酒和茶等進(jìn)入體內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)飲水中的氟吸收率最高可達(dá)90%，其次是食物中的氟吸收率約20%。氟的過(guò)量攝入可導(dǎo)致氟中毒，國(guó)內(nèi)外大量調(diào)查資料證實(shí)，飲水含氟量高是地方性氟中毒的主要原因。因此，如何采用有效的方法解決氟污染問(wèn)題，是我們面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。

中圖分類號(hào)：TV文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）04（a）-0000-00

1 含氟地下水的現(xiàn)狀

氟廣泛地存在于地下水中。地下水流經(jīng)富氟巖礦,如磷灰石3Ca3(PO4)2?CaF2、水晶石Na3ALF3、螢石CaF時(shí),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年的物理、化學(xué)作用，氟由固態(tài)遷移入地下水，一般地下水含氟≤1mg/L。由于地理、環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，我國(guó)部分地區(qū)特別是礦區(qū)地下水含氟超標(biāo)，其含量為1.1mg/L到15mg/L不等，其中以≤10mg/L居多。

1.1 氟的危害

氟和其他元素一樣，過(guò)量和不足都對(duì)人體健康有害，過(guò)量的氟會(huì)導(dǎo)致氟中毒，表現(xiàn)為以侵犯牙齒和骨骼為主的全身性慢性損害。主要臨床表現(xiàn)為氟斑牙和氟骨癥。氟斑牙既不美觀，又影響咀嚼及消化功能，并可導(dǎo)致牙齒過(guò)早脫落。氟骨癥對(duì)骨骼及其他軟組織的損害，可表現(xiàn)為腰、腿及全身關(guān)節(jié)麻木、疼痛、關(guān)節(jié)變形、出現(xiàn)彎腰駝背、功能障礙乃至癱瘓、喪失勞動(dòng)力、生活不能自理。

氟化物可通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散分布到機(jī)體所有組織中，氟離子也能迅速穿透細(xì)胞膜，分布到骨骼、心肌、肝、皮膚、紅細(xì)胞。

綜上所述，過(guò)量氟化物的長(zhǎng)期攝入嚴(yán)重威脅人體健康。

1.2 高氟地下水的現(xiàn)狀

天津市涉及高氟水的共有11個(gè)區(qū)縣、110個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1652個(gè)村。在涉及高氟水的1652個(gè)村中, 含氟量在1~2 mg/L之間的有793個(gè)村, 占總數(shù)的48%；含氟量在2~5 mg/L之間的有859個(gè)村, 占總數(shù)的52%。農(nóng)村共有生活機(jī)井3518眼, 其中高氟區(qū)生活機(jī)井1 375 眼。該市涉及高氟水的11個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)縣總?cè)丝?72.45萬(wàn), 其中高氟區(qū)總?cè)丝?93.17萬(wàn)、占農(nóng)業(yè)總?cè)丝诘?1.86%。另外, 有10.95 萬(wàn)頭大牲畜飲用高氟水。高氟水已嚴(yán)重影響廣大農(nóng)村人民群眾的身體健康。

2 處理含氟地下水的意義

地下水作為水資源的重要組成部分，其開(kāi)發(fā)利用必然會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。水資源的價(jià)值是其有用性和稀缺性決定的。因此，加強(qiáng)對(duì)有限資源的科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，包括對(duì)地下水資源科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)是十分必要的，已成為水資源可持續(xù)利用，人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的迫切要求。

2.1經(jīng)濟(jì)意義

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，不僅表現(xiàn)為資源性缺水，還突出地表現(xiàn)為水質(zhì)性缺水，而且地下水資源的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，這更加劇了我國(guó)水資源短缺的態(tài)勢(shì)。水資源污染的主要原因之一，是人們長(zhǎng)期以來(lái)，受到“環(huán)境資源無(wú)價(jià)值”錯(cuò)誤觀念的影響，把水這種資源當(dāng)作無(wú)價(jià)值的資源開(kāi)發(fā)利用，而不計(jì)入生產(chǎn)成本。

2.2 社會(huì)意義

許多資料表明，除氟改水控制氟中毒的發(fā)生已成為現(xiàn)實(shí)。同時(shí)為了控制腸道傳染病的流行也起到了重要作用。氟中毒病區(qū)往往都是貧困地區(qū)，群眾長(zhǎng)期處于因病致貧，貧病交加的惡性循環(huán)之中，嚴(yán)重制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。國(guó)家也采取了治因治本的措施，對(duì)含氟地下水的處理與整治，不僅保護(hù)了高氟地區(qū)人民的健康，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且也為我國(guó)農(nóng)村實(shí)現(xiàn)世界衛(wèi)生組織提出的“2000年人人享有衛(wèi)生保健”的規(guī)劃目標(biāo)提供了可靠的保障。

2.3 生態(tài)意義

地下水水質(zhì)的好壞不僅取決于其本身的物理性質(zhì)、化學(xué)組成及生物特性，而且與其具體用途有關(guān)。某些地下水對(duì)某種用途可能是不合格的，但對(duì)另一種用途可能是優(yōu)質(zhì)水。

淺層地下水是重要的水資源。我國(guó)北方6流域片平原區(qū)地下水平均年可開(kāi)采量合計(jì)為1022.72億m3，約相當(dāng)兩條黃河的年徑流量。改善高氟地區(qū)地下水的水質(zhì)，適當(dāng)?shù)拈_(kāi)發(fā)淺層地下水，進(jìn)行灌溉，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

3目前含氟處理工藝

近二、三十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)含氟水的處理進(jìn)行了大量的研究，對(duì)除氟工藝及相關(guān)的基礎(chǔ)理論的研究也取得了一些進(jìn)展。目前，含氟水的除氟方法主要有吸附法、電凝聚法、反滲透法、離子交換法、化學(xué)沉淀法和混凝沉降法等。這些方法中，離子交換法費(fèi)用高，且對(duì)廢水水質(zhì)要求嚴(yán)格；電凝聚法及反滲透法裝置復(fù)雜，耗電量大，因而都極少采用。經(jīng)常采用的是吸附法、化學(xué)沉淀法和混凝沉降法。下面就這幾種方法的研究進(jìn)展情況進(jìn)行介紹。

3.1 吸附法

用于除氟的常用吸附劑主要有活性氧化鋁、斜發(fā)沸石、活性氧化鎂等，近年來(lái)還報(bào)導(dǎo)了氟吸附容量較高的羥基磷灰石、氧化鋯等。利用這些吸附劑可將氟質(zhì)量濃度在10mg/L以下的天然水處理至1.0mg/L以下，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。這些吸附劑的基本情況總結(jié)于表1。由于吸附劑的吸附容量隨原水中氟含量和運(yùn)行條件的不同會(huì)有所變化，表1列出的為原水氟質(zhì)量濃度為10mg/L左右和最佳運(yùn)行條件下的吸附容量變化范圍。

用濃度為1.0mol/L的HCl溶液浸泡，然后用水沖洗 至中性

吸附法一般將吸附劑裝入填充柱，采用動(dòng)態(tài)吸附方式進(jìn)行，操作簡(jiǎn)便，除氟效果穩(wěn)定，但存在如下缺點(diǎn)：

(1)吸附劑吸附容量低。由表1可見(jiàn)，常用的吸附劑如斜發(fā)沸石和活性氧化鋁的氟吸附量都不大，在0.06～2.0mg/g之間。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的H2SO4溶液對(duì)斜發(fā)沸石進(jìn)行浸泡活化處理，可提高其氟吸附容量和再生性能。新近報(bào)導(dǎo)的羥基磷酸鈣的氟吸附量可達(dá)3.5mg/g，活性氧化鎂的氟吸附量可達(dá)6～14mg/g，但使用過(guò)程中易流失；以稀土氧化鋯為主制成的氟吸附劑的吸附容量可高達(dá)30mg/g。這些新型的吸附劑雖價(jià)格較貴，但再生處理后，吸附容量下降比較緩慢，可反復(fù)使用。粉煤灰中含有活性氧化鋁，也可處理含氟水，可直接往廢水里投加，以廢治廢，成本低廉，缺點(diǎn)是氟吸附量小，投加量大，通常每升廢水需投加40～100g才能使出水氟質(zhì)量濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，就近有粉煤灰時(shí)才適用。

(2)處理水量小。當(dāng)水中氟質(zhì)量濃度為5mg/L時(shí)，每千克吸附劑一般只能處理10～1000L水，吸附時(shí)間一般都在半小時(shí)以上。吸附法只適用于處理水量較小場(chǎng)合，如飲用水的除氟處理，一般不用于含氟量較高的工業(yè)廢水的處理[11]。

3.2 化學(xué)沉淀法

對(duì)于高濃度含氟工業(yè)廢水，一般采用鈣鹽沉淀法處理，即向廢水中投加石灰和可溶性鈣鹽(硫酸鈣和氯化鈣等)使F-和Ca2+生成CaF2沉淀而除去。

用水溶性較好的CaCl2除氟，其用量一般也需維持在理論用量的2～5倍。這主要是因?yàn)椋篊a2+和F-生成CaF2的反應(yīng)速度較慢，達(dá)到平衡需較長(zhǎng)的時(shí)間。為使反應(yīng)加快，需加入過(guò)量的Ca2+，使投加的鈣鹽與水中F-的摩爾比達(dá)2倍以上，CaCl2的投加量常高達(dá)500～1200mg/L。

3.3 混凝沉降法

鐵鹽和鋁鹽是最常用的兩類無(wú)機(jī)混凝劑。據(jù)我們的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氟質(zhì)量濃度為20～50mg/L的廢水，鐵鹽混凝劑的除氟率較低，在10%～30%之間，而鋁鹽混凝劑可達(dá)50%～80%。鐵鹽要達(dá)到較高的除氟率，需配合Ca(OH)2使用，最后用酸將pH調(diào)至中性才能排放，工藝復(fù)雜。而鋁鹽則可在接近中性的條件下除氟。鋁鹽投加到水中后，利用Al3+與F-的絡(luò)合以及鋁鹽水解中間產(chǎn)物和最后生成的Al(OH)3(am)礬花對(duì)F-的配位體交換、物理吸附、卷掃等作用去除水中的氟離子。與鈣鹽沉淀法相比，鋁鹽混凝沉降法具有藥劑投加量少、處理水量大、成本低、一次處理后出水即可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，適用于工業(yè)廢水處理。

4 結(jié)論

（1）高氟水對(duì)人體的牙齒和骨骼等方面都造成損害,嚴(yán)重影響廣大農(nóng)村人民群眾的身體健康。

（2）目前存在的針對(duì)高氟水的處理方法主要有吸附法、化學(xué)沉淀法、混凝沉降法。其中吸附法中的活性氧化鋁法具有吸附容量較高，強(qiáng)度好，耐磨，使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，除氟后的水質(zhì)符合國(guó)家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

（3）活性氧化鋁的吸附交換容量EW為1.2～2.0 mg/g (Ev為960～1 600 g/m3)。粒徑級(jí)配以0.5～2.5 mm為宜，濾料不均勻系數(shù)K≤2。濾料層厚度宜采用H=700～1 000 mm。接觸時(shí)間一般以不小于20 min為宜，過(guò)濾速度v=2～3 m/h。除氟裝置的工作周期T，一般為2～4 h。

（4）針對(duì)1萬(wàn)人的用水進(jìn)行了工藝方案，日設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為96 m3/d，高峰時(shí)的小時(shí)供水量為16 m3/h，除氟池面積為1.6 m2，濾料層厚度宜采用H=1000 mm，除氟器的吸附交換工作時(shí)間160h。同時(shí)從經(jīng)濟(jì)投資上分析人均投資為20.6元即可建設(shè)該處理站。

第一作者簡(jiǎn)介：

作者：蘇昌發(fā)，男，生于1976年3月，于1996年7月畢業(yè)于天津市水利學(xué)校，現(xiàn)技術(shù)職務(wù)工程師，行政職務(wù)副科長(zhǎng)，從事水利工作。聯(lián)系地址：薊縣楊莊水庫(kù)管理處（薊縣羅莊子鎮(zhèn)楊莊村北），郵編：301913 聯(lián)系電話：13820116756單位電話：29728028

參考文獻(xiàn)

[1] 楊克敵．環(huán)境衛(wèi)生學(xué)．北京：人民衛(wèi)生出版社， 2004

[2] 劉昌漢．地方性氟中毒防治指南[M]．人民衛(wèi)生出版社．北京．1998．

[3] 王五一，李永華.氟與健康的環(huán)境流行病學(xué)研究．土壤與環(huán)境，2002

[4] 楊曉松，劉峰彪，羅泰偉．生活用水凈化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)．礦冶，2001