磁性多孔水合氧化锆复合材料去除水中氟离子的应用研究(3)
1.3 水体中氟的来源
水体氟污染这一全球性的污染问题是由自然过程和人类活动共同引起的[5,6]。其中，含氟工业废水的排放是造成氟污染的主要原因。许多岩石，如萤石、冰晶石和氟磷灰石等，都含有丰富的氟化物。岩石及土壤与水发生的相互作用会导致矿物质溶解，从而进入水体。一般而言，地表水的氟含量不高，而地下水的氟含量较高。这正是富含氟化物的岩石中的氟进入水体而引起的。
炼铝、炼铜、钢铁和磷肥等工业生产会产生大量的含氟废水和废气。这些含氟的废水和废气会对环境造成非常严重的氟污染。电解铝的过程中会产生大量的氢氟酸和四氟化硅等气体及氟化铝、氟化钙等粉尘。炼铜过程中使用萤石作为助熔剂，所以烟尘中会含有大量的氟化氢和氟化钙等物质。在制砖和制陶工业中，粘土在高温烧结过程中会逸出氟化钙、四氟化硅和氟化氢等气体。这些气体和粉尘进入大气后，会通过将降雨进入水体，对水体造成严重的氟污染。
1.4 除氟的方法
饮用水除氟的传统方法是用石灰与萤石进行共沉淀。使用三价铁、活性氧化铝、明矾和碳酸钙等来进行絮凝沉淀的工艺也被广泛应用。此外，离子交换、反渗透和电渗析等方法也正被尝试用于去除水中过量的氟化物。然而，绝大多数的方法有着操作文护成本高，会产生二次污染（产生有毒污泥等）和处理流程复杂的缺点。在用于除氟的各种方法中，吸附工艺是使用最广泛的。正是由于吸附工艺拥有除氟效果好、设计操作简便和处理成本低等优点，它比其他处理方法更加具有吸引力。
1.4.1 混凝沉淀
混凝沉淀工艺包括药剂的投加和氟化物沉淀的形成两部分。这些方法使用石灰和硫酸铝与氟化物进行共沉淀，或者利用碳酸钙和磷酸盐来沉淀氟化物。投加石灰可以使氟与石灰反应生成不容性的氟化钙沉淀，而且会使水的pH值升高到11~12。混凝沉淀拥有技术成熟、应用广泛的优点。但是这种方法处理效率低（约为70%）、药剂使用量大、操作人员要求高，并且溶解的氧化铝可能进入水中造成二次污染[7]。
1.4.2 膜处理工艺
膜处理工艺如反渗透（RO）、纳滤（NF）和电渗析也已经用于去除水中的氟离子[8-10]。反渗透是一个物理过程。它通过对进水施加压力，使进水透过半透膜，从而去除进水中的污染物。因为这个过程需要对浓度较高的一侧施加压力来克服渗透压，所以它可以看作是自然渗透的逆作用。阴离子是否能通过反渗透膜取决于它的大小和电荷。与反渗透相比，纳滤是一种主要用于去除高浓度溶解性固体的操作压力较低的膜处理工艺。与之相反，反渗透较高的操作压力会阻止所有溶解性固体通过。影响膜的选择的主要因素有处理成本、膜的再生、过滤效果和原水的特性等。有很多因素会影响该方法的处理效率，如原水的特性、操作压力、温度、保养文护和其他因素。
膜处理过程拥有处理效果好、不需要投加化学试剂、不受其他阴离子干扰和适用于较宽的pH范围的优点。然而，膜处理过程不宜用于处理盐度和总溶解度高的废水。此外，膜处理的成本较高，并且需要专业的人员进行操作。
1.4.3 离子交换法
离子交换树脂也被用于去除饮用水中的氟化物。饮用水中的氟离子可以利用含季铵盐基团的阴离子交换树脂来去除。氟离子会取代树脂中的氯离子。这一过程会持续到树脂上的位点全部都被占据为止。然后，用过饱和的氯化钠溶液对树脂进行反冲洗。新的氯离子会取代树脂上的氟离子，从而使树脂再生，重新开始离子交换过程。因为氟离子具有更强的电负性，所以它会取代树脂上的氯离子。
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