高氟地下水的致病风险与处理技术

收 稿 日 期 ：2010-04-20 作 者 简 介 ：陈 维 杰 (1964 —)，男 ，高 级 工 程 师 。
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饮水安全
CHINA WATER RESOURCES 2010.13
染型。 这类病区的特点是地处煤矿 矿区， 一般饮用水含氟量不一定很 高， 但由于燃用高氟煤而造成食物 及室内空气含氟量较高， 如湖北恩 施、贵州毕节、陕西紫阳、云南镇雄、 四川兴文等。 ⑥高氟茶水型。 在四川 阿坝和甘孜一些半农半牧区由于饮 用高氟茶而引起氟中毒。
harmful to human body. Long-term drinking of high-Fluorine water can cause chronic poisoning, result in dental fluorosis
and fluorosis of bone, and cause loss of working capacity and living skills seriously. Alternative technologies to deal with
一、氟的性质及分类
氟的化学性质十分活泼，除惰气 （如氦）和氧、氮以外，几乎能与所有 的金属和非金属结合成各种化合物。 目前 已 知 的 含氟 矿 物 约 有 150 种 ，其 中最常见的三种氟化物是矿物萤石、 冰晶石和氟磷灰石。
水中的氟污染分为天然污 染 和 人为污染两大类。 天然污染指自然 界中的萤石、冰晶石、氟磷灰石、云 母等含氟矿物在物理风化作用和水 流长期冲刷、 溶蚀下而不断迁移分 散到水体之中， 从而造成水中 （主 要是地下水） 氟化物含量超标。 人 为污染主要是含氟产品的制造、焦 灰生产、电子元件生产、电镀、玻璃 和硅酸盐生产、 钢铁和铝的制造、
Key words: Fluorine exceeding the standards; risk of disease; treatment technology
中 图 分 类 号 ：TU991.112+TU991.2
文 献 标 识 码 ：B
文 章 编 号 ：1000-1123 （2010 ）13-0049-03
我国现行生活饮用水卫生标准 规 定 水 体 中 氟 化 物 浓 度 限 值 为 1.0 mg/L（农村饮水放宽为 1.2 mg/L）。
三、处理技术
1.吸附法 （1）活 性 氧 化 铝 法
活性氧化铝是将氧化铝的水化 物 经 400℃～600℃灼 烧 而 成 或 用 普 通 的氧化铝投加碱性金 属 离 子 在 400℃ ～500℃下煅烧而成， 其除氟工艺主要 包 括 活 化 、除 氟 及 再 生 三 个 环 节 ：①活 化。 首先将筛去粉粒的 600 g 氧 化 铝 分批装柱， 自下而上通过原水进行冲 洗 ；之 后 分 别 用 600 mL 的 50 mg/mL、 37 mg/mL 和 20 mg/mL 硫 酸 铝 溶 液 以 4～5 mL/min 的 流 量 自 上 而 下 通 过 滤 层 4～5 次进行处理，最 后 再 用原 水 反 冲洗滤料使其体积膨 胀 30%以 上 ，当 洗水 pH 值接近 5 时， 可用与除氟过 滤 相 同 的 流 量 通 过 滤 层 且 出 水 ，pH 值亦保持为 5 时，氧化铝的活化即完
二、对人体健康的影响
国内若干地区调查资料表明：水 中 氟 含 量 在 0.5 mg/L 以 下 的 地 区 ，人 群龋齿率为 50%～60%；水中含氟量为 0.5～1.2 mg/L 的地区， 人群氟病很少； 氟含量为 1.2～1.5 mg/L 时， 多数 地 区 氟斑牙患病率达 45%以 上 ；氟 含 量 大 于 1.5 mg/L 时， 中度与重度氟斑牙患 者明显增多；氟含量大于 4.5 mg/L 时， 会引发“氟骨症”并使神经和肌肉组 织 受 损 ；氟 含 量 大 于 6 mg/L 时 ，会 导 致酶系统活力降低， 骨的形成受阻； 氟含量大于 20 mg/L 时则可导致骨骼 变形、肢体残废。
替相地层， 深层地下水含氟量普遍较 高， 一般可达 7 mg/L， 个别甚至超过 20 mg/L。 ③高氟温泉型。 此类病区主 要受地质构造运动的控制，多分布于 大陆板块边缘地带和断裂带，如广东 的丰顺、福建的南靖、山东的栖霞、河 南的鲁山等地，其中河南省鲁山县下 汤镇温泉的含氟量高达 24.8 mg/L。 ④ 高氟岩矿型。 这类病区主要分布在萤 石矿、 磷灰石矿等富氟岩矿的出露 区，致使水源受污染而含氟量居高， 如辽宁义县、浙江义乌、江西宁都， 河南省从西北到东南依次贯穿洛 宁、嵩县、栾川、汝阳、南召、鲁山、方 城、泌阳、桐柏、信阳、光山、罗山、新 县 13 个 县 （市 ）500 余 km 的 萤 石 矿 脉沿线分布了比较密集的星点状或 小片状高氟水村庄。 ⑤生活燃煤污
金属加工、 木材防腐及农药化肥生 产等过程中排放的含氟废水进入自 然水体后造成的氟化物含量超标。 一般的饮用水水源氟污染多为天然 污染类型。
地下水中的含氟量取决于地质、 地貌及水文地质条件。 就全国而言， 大致可以按照区域地质环境特点分 为以下类型： ①浅层高氟地下水型。 这是我国地方性氟中毒病区范围最 大的一种类型，主要分布在淮河—秦 岭—昆 仑 山 一 线 以 北 的 广 大 干 旱 半 干旱地区。 ②深层高氟地下水型。 此 类病区主要分布在渤海湾滨海平原， 如天津的汉沽和塘沽、河北的沧州和 黄骅、山东的德州和惠民等地，此外 新疆的准噶尔盆地南部地区也有分 布， 这类地区的地质条件都是海陆交
（2）骨 炭 法 骨炭法也称磷酸三钙过滤法。 骨 炭是兽骨燃烧去掉有机质后形成的 一种黑色、 多孔的颗粒状吸附剂，是 仅次于活性氧化铝而在我国应用较
多的除氟方法。 其除氟流程基本与活 性氧化铝相同，都是将骨炭除氟剂装 入到交换罐内，由含氟水自上而下进 行过滤，水与骨炭的接触时间一般可 掌握为 10 min 左右，相应水流滤速为 3.5～4 m/h，除氟 容 量 一 般 不 低 于 1.5～ 1.7 mgF-/g 骨 炭，高 的 可 达 3～4 mgF-/g 骨炭 （进水 pH 值与水温对此均有影 响 ，pH 值 越 低 ， 水 温 越 高 ， 除 氟 容 量 越 大 ，但 在 pH 值 为 6.5～8.5 时 ，除 氟 容量并无明显差异。 由于高氟地下水 的 pH 值大多在 8.0 左右，故没有必要 调节原水的 pH 值）。
成。 ②除氟。 除氟装置有固定床和流 动床两种形式，固定床一般采用升流 式，滤层厚度 1.1～1.5 m，滤速 3～6 m/h； 移 动 床 滤 层 厚 度 1.8 ～2.4 m ， 滤 速 10～12 m/h。 当然，设计滤层厚度时还 应考虑原水的含氟浓度，一般含氟浓 度 小 于 4 mg/L 时 ， 滤 层 厚 度 宜 大 于 1.5 m；含氟浓度为 4～10 mg/L 时，滤层 厚 度 宜 大 于 1.8 m。 同 时 还 应 注 意 的 是，如在原水流进除氟装置前已先用 硫 酸 或 盐 酸 调 低 了 pH 值 （ 常 用 此 法），则滤层厚度可降为 0.8～1.2 m。 除 氟装置与原水的接触时间一般保持 为 15 min 以上。 ③再生。 当出水氟含 量超 过 1mg/L 时 ，应 停 止 除 氟 处 理 而 启动再生程序。 再生前应首选洗脱 剂，一般洗脱剂以 2%的苛性钠 最 佳 ， 其他依次为 0.188 mol/L 的明矾（硫 酸 铝 ）、0.125 mol/L 的 明 矾 加 1.2 mol/L 的 硫 酸 、2 mol/L 的 硫 酸 以 及 氯 化 铝 等。 再生步骤是：先用原水自下而上地 进行反冲洗（初冲洗），然后用 2%的苛 性 钠 或 2% 的 明 矾 再 生 ， 之 后 用 0.2 mol/L 的硫酸中和，使滤料尽快恢复微 碱性，最后用原水反洗滤料（终冲洗）， 8～10 min 后即可开始新的除氟周期。
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Fra Baidu bibliotek
高氟地下水的致病风险与处理技术
陈维杰 （河 南 省 汝 阳 县 前 坪 水 库 项 目 工 作 组 ，471200，汝 阳 ）
摘 要：氟是人体必需的微量元素，对人体的牙齿和骨骼形成，钙、磷代谢以及体内酶系统具有重要的生理作用。
氟化物摄入过量时，则对人体产生危害，长期饮用高氟水，可引起慢性中毒，产生氟斑牙和氟骨症，严重的会丧失
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及放射性物质）。 常用的活化方法是 先将沸石破碎至一定粒度后再用碱 （如苛性钠） 和铝盐 （如明矾或硫酸 铝）处理，最后烘干备用 。 沸石的除氟 容量与沸石本身的类型、质量、粒径、 滤 料 厚 度 、 滤 速 以 及 原 水 pH 值 、氟 离子浓度、水中其他离子含量等综合 因素有关。 一般是滤料粒径越小，除 氟容量越大 （但过小反冲时易于流 失），通常多选粒径 0.5～2 mm 为宜；原 水含氟浓度越高，沸石吸附容量也越 大 ；降 低 原 水 pH 值 （在 pH 值 4～9 范 围内，随 pH 值升高吸附量反而减小 ） 和 水 温 （在 温 度 13℃～30℃范 围 内 ，随 水温升高吸附量反而降低）， 增加滤 料厚度、减小滤速、延长接触时间（一 般需 20～40 min）等都可有效提高除氟 效果。
劳动能力和失去生活自理能力，处理高氟水的备选技术有滤层吸附法、絮凝沉淀法、电化学法、膜滤法、离子交换
法、化学沉淀法等，各地可根据不同情况选用。
关键词：氟超标；致病风险；处理技术
The disease risk of high-Fluorine groundwater and its treatment technology//Chen Weijie
目前影响活性氧化铝除氟装置 长效发挥作用的主要问题是滤罐反 冲洗排渣不畅、 滤料随反冲洗水流 失、出水含氟量超标等故障。 要有效 消除这些故障， 延长装置使用寿命， 最根本的措施应是改进传统的除氟 工艺。 据最新研究成果表明，在常规 活性氧化铝吸附法的基础上，通过在 吸附床中设置电场以强化吸附剂的 再生过程，可以减少 90%再 生 剂 的 消 耗量，同时还可使工艺耗水量降至处 理水量的 6%以下， 这对降 低 活 性 氧 化铝除氟成本及延长装置使用年限 大有益处。
骨炭再 生 一 般 用 1%苛 性 钠 溶液 浸 泡 ， 然 后 再 用 0.5%的 硫 酸 溶 液 中 和。 基本步骤为：反冲洗→碱再生→ 淋洗→酸中和→淋洗。 滤层得到再生 后又成为羟基磷酸钙，即可再次开始 除氟运行。
需要注意的是，当用骨炭法处理 含氟而又含砷的水质时，砷也能够被 骨炭去除， 但除砷过程是不可逆的。 由于砷同氟的竞争，砷不能通过正常 的碱再生过程被洗掉，因此造成骨炭 在被使用一段时间后其除氟容量会 逐渐降低，最终需要更换。 所以，从除 氟的角度看，骨炭法不适于处理含砷 的高氟水。
骨炭法具有操作方便的明显优 点， 适合于农村分散式的家庭使用， 不足之处是机械强度低， 磨损快，易 破碎，出水水质物理感官不佳，有的 还存在漂浮杂质。
（3）沸 石 法 沸石又名分子筛，是沸石族矿物 的总称，通常包括斜发沸石、菱沸石、 方沸石、毛沸石、片沸石、辉沸石、钙 十字沸石和丝光沸石等（目前已发现 的 天 然 沸 石 族 矿物 有 80 种 ），其 均 属 含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸 盐矿物，具有多孔性、筛分性、离子交 换性、耐酸性和对水的吸附性。 天然 沸石本身除氟容量很低，必须经过一 定的预处理，即所谓“活化”后才能用 于除氟（还可除氨氮、重金属、有机物
high -Fluoride water include filter layer adsorption, flocculation precipitation, electrochemistry, membrane filtration, ion
exchange, chemical precipitation, etc., which can be selected according to local condition.
Abstract: Fluorine, essential trace element for human body, plays an important physiological role in the formation of teeth
and bones, metabolism of phosphorus and calcium, as well as internal enzyme system. Inputting overdosed Fluoride is