赵剑锋, 赵亚平
(煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030001)
1 项目背景煤炭开采业对地层，地表水和矿区的表层环境造成破坏，导致地表水断流[1]。由于地表水源缺失，该地区地下水及采矿产生的矿井水长期作为当地饮用水的主要来源[2]。西部大多属于高氟地层，大规模高强度的开发使地层中的氟转移至地下水，造成地下水及矿井水氟含量超标[3]，对该地区人体健康造成潜在的危害。煤矿所在的地区对矿井水处理的水质提出了更高的标准。
2 含氟矿井废水工艺介绍目前，国内含氟废水的处理方法有多种，主要有化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、电化学法、反渗透法，前三种方法运行费用低、应用最广。
2.1 钙盐沉淀法沉淀法的主要原理是利用水中溶解态的钙离子和氟离子形成氟化钙沉淀，将氟离子从水中分离，通常应用于含氟量较高的电镀废水中，该种废水的水质特点是呈现酸性，因此可以直接投加较为廉价的石灰来进行反应沉淀。若原水呈现中性时，一般要采用更容易溶于水的氯化钙进行反应沉淀。
该种方法去除氟离子的量是由氟化钙的溶解度决定的，理论计算，在常规条件下，经过加钙盐反应沉淀后，氟离子的最小质量浓度为7.19 mg/L，加之在污水处理过程中，pH、SS、温度等一系列干扰因素的影响，污水中氟离子浓度远高于理论计算值。该方法用于给水处理或地表三类水处理时其要求是无法达到的，除此之外，该方法会大幅增加水处理中污泥量，且污泥沉降速度较慢，导致整个污泥处理系统的投资和运行成本会显着增加。
2.2 混凝沉淀法该工艺的原理是向水中投加絮凝剂形成带有正电荷的胶体，通过吸附、络合反应分离水中的氟离子，特定的水力反应条件下形成颗粒较大的絮凝体从而实现将氟离子从水中分离。铝盐类混凝剂除氟效率可达50%～80%[4]，为了达到理想的去除效果，絮凝剂的投加量一般为去除量的8倍～10倍，一般在中性或弱酸条件下使用。该方法相比钙盐沉淀法，去除效果较好，投加量少，成本低，但会导致出水中含有一定量的对人体健康有害的溶解铝。
2.3 吸附法该方法是利用专门的吸附材料，材料中含有可与氟离子发生置换反应的自由基，通过与水接触将污水中的氟离子置换吸附在材料表面从而达到去除的效果，然后利用药剂再生实现吸附材料的再生和利用，目前使用较多的吸附材料为活性氧化铝、羟基磷灰石、骨炭等。该方法在处理含氟废水应用最广，但在具体实施过程中应注意以下几点。
1)吸附设备的选型与设计
在实际应用中，为了保证良好的吸附效果和再生效果，常采用滤池或滤罐的形式装载吸附填料，具体的参数包括：水经过装置的空床停留时间、过滤滤速、粒径大小、粒径的均匀度、吸附层厚度、滤池类型的选择等。
2)吸附材料的特性
吸附材料在选择时主要从以下几个方面考虑：强度、抗污染性、吸附寿命、广谱性及价格等。第185页表1、表2对以常见的吸附材料进行对比。
表1 吸附工艺设计选型表
表2 吸附材料对比表
2.4 除氟新方法介绍近些年来，随着废水除氟要求越来越高，为了克服除氟工艺投资高、运行复杂等缺点，越来越多的科研机构、厂家考虑在原有工艺和药剂的基础上开发新的应用于煤矿井下废水除氟的工艺。目前比较常见的是将多种除氟药剂按一定的比例进行配比，利用原有的混凝、沉淀工艺实现对氟离子的高效去除。主要的配比思路是：多种絮凝剂进行组合提高絮凝效果；增加比重较大的絮凝提高沉降效果；配置一定比例的诱导剂形成诱导结晶体的快速形成；配置一定比例的高效吸附剂，表面发生吸附和离子交换双重反应，同时，在吸附剂的吸附作用下，水体局部的氟离子浓度增加，利于促进其他组分絮凝剂与氟离子的快速结合，从而进一步提高对氟离子的去除速率和去除效果；配置一定比例的助凝剂，可以消除各絮凝组分之间的静电排斥作用，有利于水体中形成的细小松散的絮凝体变大从而快速沉降，提高对氟离子的去除效率。经过实验和实际运行效果可知，新型药剂可以替代原有的吸附、再生的方法。
3 结论调查除氟工艺实际运行情况，吸附法可以应用于除氟废水处理工艺中，但会面临以下几个问题：1)除氟工艺占地大，对预处理有一定的要求，随着近些年来煤矿的矿井废水整体呈现出污染物浓度高、成分复杂等特点，若预处理不稳定很容易造成后续除氟滤料污染，这样会造成滤料的吸附性能衰减特别快，有的甚至直接造成了吸附材料不可逆的污染；2)吸附法最大的弊端是要配套再生系统，相应地需要投加一定量的化学药剂，比如碱和一定量的酸，再生后还需将大量的高氟废液进行处理，整个系统运行较为复杂；3)相关工作人员水平有限，很少的使用单位可以较稳定的运行。新的除氟工艺在不增加基建投资的基础上可以实现氟化物的稳定去除且实际操作非常简单，仅仅通过控制药剂量的投加就可把控好出水水质，除此之外，随着新的除氟药剂的推广和使用，除氟变得更为简单，运行费用不高，吨水药剂费一般为1.2元～1.5元。
