矿井水中过量的氟化物(通常以F2形式存在)主要来源于含氟矿物的溶解或地质构造渗透。其去除的核心在于通过物理、化学或生物作用实现氟离子的有效分离与固定。目前主流的
矿井水除氟技术包括以下三类:
1.混凝沉淀法
投加铝盐(如硫酸铝)、铁盐(氯化铁)等混凝剂,在水中形成带正电荷的金属氢氧化物胶体(如Al(OH)2)。这些微粒表面具有强大的吸附能力,可捕获水中游离的F并与之结合生成难溶性复合物(如AlF2),通过重力沉降实现固液分离。该过程依赖pH值调控(使用范围为6.5–7.5),需配合搅拌强化传质效率。
2.吸附法
利用多孔材料的巨大比表面积进行选择性富集:
-活性氧化铝:表面羟基基团(≡Al–OH)与F2发生离子交换反应,形成稳定的[Al–F]配位键;
-改性沸石/活性炭:通过孔道限域效应和静电引力实现高容量吸附;
-骨炭:天然磷酸钙结构中的Ca2可置换出F2,兼具低成本优势。再生时可用NaOH溶液解析负载的氟化物,实现循环使用。
3.膜分离技术
反渗透(RO)或纳滤(NF)膜凭借纳米级孔径截留离子态氟化物。在高压驱动下,水分子优先透过半透膜成为产水,而F因体积较大被截留在浓水中。此方法尤其适用于低浓度深度处理场景,但需预处理防止膜污染。
部分工艺还整合了电渗析、离子交换树脂等辅助手段,形成多级串联系统以提高去除率至90以上。例如,先经混凝粗调降低负荷,再由吸附塔精处理达标排放。
矿井水除氟的步骤:
1.取样:从矿井水中采集具有代表性的水样,确保样品能够准确反映整体水质状况。这是后续分析和处理的基础,采样过程中要注意避免污染和交叉干扰。
2.初步检测氟含量:运用专业的检测设备和方法,如离子选择电极法、比色法等,对采集的水样进行氟离子浓度的初步测定,明确水中氟的初始含量水平,以便确定合适的除氟方案和药剂用量。
3.添加除氟剂:根据测定出的氟含量以及所选用的除氟技术(例如化学沉淀法、吸附法等),按照相应的比例向矿井水中加入特定的除氟剂。常见的除氟剂包括石灰、铝盐、铁盐、活性炭、选择性离子交换树脂等。不同的除氟剂有不同的作用原理和适用条件,需根据实际情况合理选择。
4.调节pH值并混合反应:将pH值调节至适宜的范围,一般为6~7左右,使除氟剂与氟离子充分发生化学反应或物理吸附过程。然后通过搅拌等方式让水与除氟剂充分混合接触,保证反应,此过程通常需要持续一定时间,如2~5分钟。
5.絮凝沉淀或过滤分离:对于采用化学沉淀法的情况,在反应完成后加入絮凝剂,促使形成的微小颗粒聚集成较大的絮状体,便于沉降分离;而对于吸附法,则可能需要通过过滤的方式将吸附了氟离子的材料从水中分离出来。
6.再次检测氟离子浓度:取经过上述处理后的上清液或者滤液,再次使用相同的检测方法测定其中的氟离子浓度,以评估除氟效果是否达到预期标准。如果未达标,则需要调整工艺参数或重复上述步骤直至满足要求。