如何去除水中氟离子(学年论文)

学年论文(课程设计) 题目水体中氟离子的去除方法

学生姓名陈旭

学号 ***********

学院环境科学与工程学院

专业给水排水工程

指导教师许正文

二Ｏ一五年一月一日

水体中氟离子的去除方法

学号20111362014 姓名陈旭

摘要：目前，我国水体污染情况变得日益严重，地表水体和地下水中氟离子的污染频发，因此也越来越受到人们的关注。中国是典型的大面积高氟地区，因此对水体中氟离子的去除研究十分必要。水体除氟方法主要有离子交换法、吸附法、化学沉淀法等，其中吸附法是应用最广的除氟方法。本文主要综述了当前水体中常用的除氟方法及水体除氟方法最新的研究进展，重点分析各种方法所存在的各种优势和缺陷，并探究在实际除氟应用中的可行性，指出了今后水体除氟的主要研究方向。

关键词：水体；氟离子；氟污染现状；吸附；去除方法

1. 前言

氟，卤族元素，广泛地存在于地下水中。地下水流经富氟岩矿，如萤石、磷灰石、水晶石时，经过长年的物理、化学作用，氟由固态迁移入地下水，一般地下水含氟少于I mg/L。由于地理、环境、地质构造等因素的影响，我国部分地区特别是矿区地下水含氟超标，其含量为 1.1mg/L到15mg/L不等，其中以≤10mg/L居多[]1。

氟离子和氢离子的电荷量相同，它们的离子半径也近乎一样，在很多矿物结构中它们能经常的互相取代。在自然界中岩石、土壤及矿物中都含有氟元素，在岩石中氟多以氟石,

氟磷灰石和冰晶石等化合物的形式存在[]4~2。土壤中氟化物的含量从痕量到7070mg. kg1-不等，岩石类中的磷矿石中氟化物含量在80~ 4700mg.kg1-之间。它们都是重要的化工原料，广泛应用于炼铝、磷肥、钢铁以及有机氟高级润滑油。氟化物具有一个重要环境化学特征:它有一定的水溶解性，在酸性和中性环境中也能以稳定的离子、金属络合物的状态存在，易于随着水发生迁移，所以氟的迁移性比较强。大气中的氟主要来源于扬尘、工业排放、海水蒸发、燃煤废气、火山爆发等。火山爆发产生的氟化物在世界范围内约为每年730吨[]5。负一价是自然界中的氟唯一的形式存在，而大多数氟化物都有一定的水溶性，因此天然水氟离子浓度的大小随其流经的土壤、岩石的含氟量变化而变化。且在一定程度上，含氟量也与其流经的土壤、岩石的pH值和温度等因素有关[]10~6。

1.1 水体中氟的来源

一切加含氟原料和制备含氟产品的工业企业，在未设置深度的除氟工艺流程的情况下，都是产生含氟三废的污染来源。在钢铁、铝电解、磷肥、水泥、砖瓦、陶瓷、玻璃等行业均存在不同程度的氟污染。钢铁企业的高炉、转炉等冶炼工艺中需要加入萤石作为助熔剂，冶炼过程产生的烟气和粉尘是钢铁企业氟污染的主要来源。炼铝企业的氟污染主要来自铝电解时所消耗的氟化铝和冰晶石，一般每生产1铝锭约消耗40 至50 kg氟化物盐，同时生产氟化铝和冰晶石的过程

中也有氟污染产生;磷肥工业的氟污染则是因磷矿石中普遍含氟（约2%）所致，其中约19%的氟随废水、废气、废渣进入环境;在玻璃、陶瓷、搪瓷及水泥生产中，为改善工艺条件，提高产品质量，常需添加萤石、冰晶石、氟硅酸钠等含氟原料，高温下烧制时，也会产生大量的氟污染物;砖瓦生产中，因制砖粘土含氟，在砖坯烧制过程中，会产生大量的氟污染。此外，煤炭中也含有氟，燃煤过程约有75%的氟排入大气，其对环境的影响也不小[]11。

影响地表水中氟的积累的因素主要有3个:(1)地理环境的不同会使氟的分布产生影响;(2)气候条件的影响，蒸发的浓缩作用会使地表水中形成大量的氟富集;(3)水化学特性的影响。自然环境中氟的地球化学行为在很大程度上受钙离子控制。另外，pH值是控制水中[C a+2]和[CHO3-]的重要因素，故在碱性条件下则有利于氟的富集[]12。

在自然状态下，土壤、海水、地面水、地下水都含一定量的氟。地下水含氟量一般为1.0至3.0mg/L，而高氟区可达10至20mg/L。高氟区居民被迫长期饮用这种高氟地下水，会出现牙齿和骨骼的氟中毒症状。所以氟污染导致的发病人群常有明显的地区性，因此这类氟中毒被称为地方性氟中毒。饮用水含高浓度的氟是否有致畸作用、致突变作用以及致癌作用至今尚无定论，这也是许多学者研究的方向。

此外，氟污染不仅影响人类的身体健康，还可以使动、

植物中毒，影响农业和畜牧业的生产和发展。

1.2 污染物的危害

人体内的氟的摄取，直接来自饮用水、进食和空气。如果饮用水中含有微量浓度的氟离子，这被认为对人类和动物均是一种非常重要的微量营养物质，他对于防治龋齿和促进硬组织的矿化过程具有关键作用[]14。在牙釉质和骨骼形成的钙化所允许适宜阂值范围内，氟化物尤其对8岁以下的幼童是有益的[]15。

但是，吸收氟化物过量，会让儿童的恒牙发育受到影响。当牙齿形成时，釉质表面的某些区域可能会脱色，严重时牙齿还会出现缺损。

科学家发现，牙齿的氟中毒现象在饮用氟化水的社区中极为普遍。所以，如果氟化物的含量超过一定值，它便转化为一种有害物质，能导致对人类健康非常严重的危害。

缺氟或过量摄入氟对人体健康都是不利的。缺氟会导致齿质变差，容易脱落。过量的氟会抑制体内酶化过程，破坏人体正常的钙、磷代谢，使钙从正常组织中沉积和造成血钙减少;由于氟的矿化作用有可能将骨骼中的轻基磷酸钙转变为氟磷酸钙，而破坏骨骼中正常的氟磷比;氟还能引起骨膜增生及生成骨刺等病变，使骨节硬化、骨质疏松、骨骼变形发脆，危及骨骼正常的生理机能。

解决氟污染问题成为迫切需要解决的重大任务与课题

[]16。

2. 污染物的处理方法

2.1离子交换法

离子交换法主要是通过离子交换树脂、磺化烟煤、锯屑等的离子与水中氟离子发生交换作用从而达到除氟的目的。由于原理简单，学者们很早就对该方法展开了研究。1935年英国人B. A.亚当斯和E. L.霍姆斯用苯酚和甲醛合成了有机离子交换树脂并应用于工业生产过程中。1960年美国的两家公司合成了兼具离子交换和吸附功能的大孔树脂，促进了离子交换法在水处理中的应用。

现阶段主要采用离子交换树脂作为离子交换剂，因其具有较强的交换吸附能力，可以有效降低氟的含量。目前常用的是氨基磷酸树脂，它对氟离子有很强的络合作用，吸附氟的最高量为9.31 mg/L，去除率大于75 % 。

目前，学者们也在不断的探究新的技术，探究不同种类和性质的树脂在水体除氟中的应用。P.Koilraj等[]17采用了包含Zn/Cr的层状双氢氧化物和它的聚合物除氟，研究发现这种聚合物的最大除氟能力为31 mg/g，除氟量大，性质稳定，有很高的扩散系数。

采用离子交换法可以使氟浓度有效降至1. 0mg/L以下，离子交换剂可以通过再生重复使用，对于水体的污染较小，应用离子交换法还可以回收有用的物质继续用于生产中。但