污水處理中的除氟技術(shù)
五種方案的經(jīng)濟(jì)性與效果評估
近年來，隨著光伏、鋰電池等新能源行業(yè)的快速發(fā)展，氟化物污染問題日益受到重視。事實上，氟化物的排放源遠(yuǎn)不止新能源行業(yè)——電子與半導(dǎo)體制造、金屬加工冶煉、氟化工生產(chǎn)以及螢石開采等行業(yè)均會產(chǎn)生含氟廢水，對除氟技術(shù)提出了明確需求。此外，部分地下水氟超標(biāo)地區(qū)的飲用水廠也面臨除氟處理的挑戰(zhàn)。
針對不同水質(zhì)、處理規(guī)模及排放標(biāo)準(zhǔn)，目前市場主流除氟技術(shù)主要包括五大類：石灰沉淀法（化學(xué)沉淀）、鋁鹽混凝法（混凝沉淀）、離子交換法、吸附法以及反滲透（RO）膜技術(shù)。每種技術(shù)各具特點，在實際應(yīng)用中需根據(jù)水質(zhì)特性、成本預(yù)算和處理要求進(jìn)行針對性選擇。
類型一
石灰除氟
石灰除氟（又稱化學(xué)沉淀法）利用石灰（CaO或Ca(OH)?）與氟化物反應(yīng)生成難溶的氟化鈣（CaF?）沉淀，其化學(xué)反應(yīng)式為：
Ca(OH)? + 2HF → CaF?↓ + 2H?O
該工藝的優(yōu)勢在于成本低廉、操作簡便，但存在明顯的局限性：
1. 除氟效率較低，尤其在處理低濃度含氟廢水時效果顯著下降；
2. 出水濃度受限，受CaF?溶解度的制約（Ksp≈3.9×10?11），最終殘留氟濃度通常難以降至10mg/L以下，最佳工況下僅能穩(wěn)定在10~15mg/L范圍。
注：實際應(yīng)用中需結(jié)合水質(zhì)參數(shù)（如pH、共存離子）優(yōu)化投加量，必要時需聯(lián)用其他深度處理技術(shù)（如吸附、反滲透）以實現(xiàn)更低排放標(biāo)準(zhǔn)。
石灰除氟法結(jié)論如下
優(yōu)點
1. 成本低廉，石灰（CaO/Ca(OH)?）價格低，運行費用經(jīng)濟(jì)，適合大規(guī)模應(yīng)用。
2. 操作簡便，工藝成熟，設(shè)備要求低，易于維護(hù)和管理。
3. 適用于高氟廢水，對高濃度含氟廢水（如工業(yè)廢水）處理效果較好，可快速降低氟含量。
缺點
1. 除氟效率有限，受CaF?溶解度限制，處理后氟濃度通常僅能降至10~15 mg/L，難以滿足更嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)（如＜1.5 mg/L）。
2. 污泥產(chǎn)量大，產(chǎn)生大量含氟污泥，處理難度大，且穩(wěn)定性差，存在二次污染風(fēng)險。
3. 需高pH條件，反應(yīng)需維持pH＞10，后續(xù)需額外中和處理，增加運行成本。
適用場景：適用于高氟廢水預(yù)處理，但需結(jié)合深度處理（如吸附、反滲透）以滿足嚴(yán)格排放要求。
類型二
鋁鹽除氟
鋁鹽除氟（又稱混凝沉淀法）是通過投加硫酸鋁（Al?(SO?)?）、聚合氯化鋁（PAC）等鋁基混凝劑，利用以下作用去除水中氟離子：
1. 絡(luò)合作用：Al3?與F?形成穩(wěn)定的鋁氟絡(luò)合物（如AlF??3????）。
2. 吸附與卷掃：鋁鹽水解生成的氫氧化鋁膠體（Al(OH)?）通過表面吸附、配體交換和網(wǎng)捕作用去除氟。
3. 共沉淀：氟離子被包裹在礬花（絮體）中隨沉淀分離。
為提升除氟效率，市場上出現(xiàn)多種專用除氟劑，其配方因廠家而異，但核心成分通常包括三類物質(zhì)：
1. 金屬鹽（鋁鹽/鐵鹽）：如PAC、硫酸鋁、氯化鐵等，提供混凝與絡(luò)合作用。
2. 吸附劑：如活性氧化鋁、沸石、改性黏土等，增強(qiáng)氟的吸附能力。
3. 助凝劑：如聚丙烯酰胺（PAM），改善絮體沉降性能。
差異性說明：不同廠家的除氟劑因成分比例和工藝不同，在加藥量、適用pH范圍、殘留氟濃度等方面存在顯著差異，需通過實驗優(yōu)選。
混凝沉淀法除氟結(jié)論如下
高密度沉淀池結(jié)合鋁鹽投加可高效除氟，出水氟濃度可穩(wěn)定低于1.0mg/L，特別適用于中低氟濃度污水處理及以高氟地下水為水源的自來水廠。該工藝具有四個顯著特點：
首先，需要采用自動化程度高的沉淀系統(tǒng)，對工藝控制要求嚴(yán)格；
其次，反應(yīng)過程需精確控制pH在弱酸性范圍（5.5-6.5），這對加藥系統(tǒng)提出較高要求；
第三，相比常規(guī)高效沉淀池，專用除氟沉淀池可顯著降低30%-50%的藥劑投加量；
最后需注意鋁鹽過量投加可能導(dǎo)致出水鋁離子超標(biāo)，存在二次污染風(fēng)險，需嚴(yán)格控制投藥量。
類型三
離子交換法
陰離子交換樹脂通過吸附去除水中氟離子（F?），經(jīng)酸堿再生可重復(fù)使用。該技術(shù)優(yōu)勢明顯：處理效果優(yōu)異，出水氟濃度可穩(wěn)定低于1mg/L，特別適用于低濃度深度處理；但存在運行成本高（需酸堿再生）、樹脂易受有機(jī)物污染等缺點，且進(jìn)水懸浮物（SS）過高會影響處理效率及樹脂壽命。因此，該工藝最適用于低氟濃度、高水質(zhì)要求的場景，如小型飲用水處理系統(tǒng)，但需配套完善的預(yù)處理設(shè)施以保證進(jìn)水水質(zhì)。
離子交換法除氟
① 運行成本較高，樹脂再生需要酸堿或鹽溶液，產(chǎn)生高鹽廢水
② 再生液氟濃度高，也需要額外處理，通常也采用混凝沉淀法處理
③ 樹脂易被有機(jī)物貨懸浮物堵塞造成污染，對預(yù)處理要求嚴(yán)格
④ 系統(tǒng)操作維護(hù)較復(fù)雜，操作要求高
整體來說，離子交換法適合低濃度含氟廢水，且對預(yù)處理要求高。由于成本也較高，整體來說更適合中小水量的飲用水處理。
類型四
吸附法
采用活性氧化鋁、骨炭、沸石等吸附材料可選擇性去除水中氟離子。不同吸附劑的除氟性能差異顯著：活性氧化鋁因吸附容量大、可化學(xué)再生，在工程實踐中應(yīng)用最廣；骨炭和沸石雖具有一定吸附能力，但普遍存在飽和快、再生困難等問題；新型納米材料雖表現(xiàn)出優(yōu)異吸附性能，但成本較高。受限于吸附容量，實際運行中需定期更換或再生吸附劑，導(dǎo)致維護(hù)成本隨材料特性波動較大。該技術(shù)特別適合中小規(guī)模飲用水除氟處理。
吸附法除氟特點
① 適用低濃度：對低氟污水（如農(nóng)村分散式飲用水）效果好。 ② 可再生性：部分吸附劑（如活性氧化鋁）可通過再生重復(fù)使用。 ③ 吸附容量有限：需頻繁更換或再生，運行成本隨材料不同波動。 ④ 預(yù)處理需求：水質(zhì)差時，如高濁度、高有機(jī)物情況時，需要做預(yù)處理。 ⑤ 材料成本差異大：如納米材料高效但昂貴，骨炭廉價但易飽和。
類型五 反滲透除氟
反滲透（RO）工藝?yán)酶邏罕闷仁刮鬯ㄟ^半透膜，有效截留氟離子及其他溶解性物質(zhì)。RO膜的選擇透過特性使其能阻隔絕大多數(shù)離子（包括氟、氯、硫酸根、鈉、鈣等），僅允許水分子通過，從而實現(xiàn)深度除氟。該技術(shù)優(yōu)勢在于出水水質(zhì)極佳，但運行成本較高（能耗大、膜組件昂貴），且會同步去除水中所有有益礦物質(zhì)，因此多用于對水質(zhì)要求嚴(yán)格的特殊場合。
反滲透法除氟特點
① 出水水質(zhì)好，可達(dá)0.1-0.5mg/L，滿足最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)（如飲用水） ② 無污泥產(chǎn)生 ③ 投資成本大、能耗高、維護(hù)費用高 ④ 需要嚴(yán)格的預(yù)處理來預(yù)防膜污染，否則極易堵塞 ⑤ 產(chǎn)生的濃水處理難度大，氟含量高，需要進(jìn)一步處理 綜合對比 針對工業(yè)園區(qū)及工業(yè)廢水除氟處理的技術(shù)選型建議，綜合考慮投資成本、運行費用及處理效果，可參照以下方案： 1. 高濃度含氟廢水（＞15mg/L），推薦采用石灰沉淀法，該工藝具有處理成本低、操作簡便的特點，適合作為高氟廢水的預(yù)處理工藝。 2. 中低濃度含氟廢水（10-15mg/L）建議選用混凝沉淀工藝，通過優(yōu)化運行參數(shù)，可將出水氟濃度穩(wěn)定控制在1.5mg/L以下，部分工況可達(dá)1.0mg/L。其中，采用高密度沉淀池（尤其專用除氟型）可顯著提升處理效率，較常規(guī)高效沉淀池節(jié)省40-50%藥劑用量。 3. 分散式/小規(guī)模低氟廢水，可考慮吸附法處理，該工藝占地面積小，操作靈活，適合處理流量較小的含氟廢水。 4. 超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求（＜1.0mg/L），推薦采用反滲透或離子交換工藝，雖然運行成本較高，但可確保出水水質(zhì)滿足最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。 需要特別說明的是，即便是看似簡單的混凝沉淀工藝，其實際運行效果也存在顯著差異。工程實踐表明，許多標(biāo)榜"高效"的沉淀池往往名不副實，真正實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運行需要專業(yè)的技術(shù)支持和精細(xì)化管理。目前，在大型工業(yè)廢水處理項目中，高密度沉淀池因其優(yōu)異的處理效果和運行經(jīng)濟(jì)性已成為主流選擇，其中專用除氟型高密度池更是在保證出水水質(zhì)（＜1.0mg/L）的同時，大幅降低了運行成本。 文章內(nèi)容轉(zhuǎn)載改編自：固廢觀察，轉(zhuǎn)載內(nèi)容版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請聯(lián)系我們修改或刪除
