氟是人体必须的微量元素，但是摄入过高的氟会引起龋齿，甚至氟中毒，而且会导致智力和身体的发育受阻，影响人体健康。玻璃及陶瓷制造厂、半导体制造出、电镀厂、砖和铁制造业等工业都会产生高氟废水，其含氟量远超过自然水中含氟量。工业排放的含氟废水会透过土壤层渗入地下，造成地下水污染，影响人类的身体健康。
目前，国内外对含氟废水常用的处理方法有沉淀法、混凝法、离子交换法、电渗析法、反渗透法和吸附法等。其中，吸附法是一种简单易操作的废水处理技术，应用最为广泛。处理含氟废水中常用的吸附剂主要有离子交换纤维及离子交换树脂、金属氧化物及金属氢氧化物、沸石、碳质吸附剂、天然材料及工业副产品等。寻找低廉、高效的除氟吸附剂是目前最为关注的问题。山西某煤厂进水量为100m3/h，采用三级混凝沉淀的方式处理氟离子，原工艺一级加石灰，二三级加入除氟剂联合处理，但是由于存在石灰投加量过大，产泥较多，pH值值难以调控等问题，因此在原有的工艺基础上，对系统进行进一步优化改用三级混凝沉淀的方式高效去除F－。
1、工艺原理
1.1 化学反应
废水中的F－与加入的Al3+发生化学反应形成一种由元素F、Al、Ca组成的化合物。
1.2 吸附
硫酸铝水解产物有3+、2+、4+、4+等多种高价阳离子，通过静电作用吸附废水中的F－。其中水解产物A1(OH)3是胶体，由于表面积大，易吸附F－而形成共存。
本次试验采用的改性硫酸铝能够更有使F－跟A13+有效地结合，降低整体用量。
1.3 生成络合物
卤族元素F是常见的配位体，F－能与A13+形成络合物，夹杂在硫酸铝的水解产物A1(OH)3中沉降下来。
1.4 电中和及吸附
带正电的铝离子，对离子半径小、负电性强的氟离子具有很强的电中和及吸附作用，使水中的氟产生电中和后在布朗运动作用下相互碰撞并由于氢氧化铝的吸附性使它们凝聚在一起形成沉淀。
2、工艺流程及参数
2.1 原有工艺流程
通过输送泵将氟含量120mg/L的反渗透浓水输送至调节池，设计进水100m3/h，进入调节池后，通过提升泵打入一级除氟池，加入石灰，PAC控制pH值为11，再经过二级除氟池，加入除氟剂和液碱，控制pH值为6.5，进入三级除氟池，加入除氟剂和液碱，控制pH值为6.5，直至出水F－降至1mg/L。现场工艺流程图如下图1所示。
2.2 原有药剂投加量
根据现场以前每日药剂使用情况记录统计，现场每日需使用石灰4.8t/d，PAC0.768t/d，除氟剂5.76t/d，液碱2.88t/d，具体参数如下表1所示。
2.3 各级参数
根据现场原始记录单统计的现场不同阶段工艺出水情况如下表2所示。
2.4 原有工艺问题
(1)产泥量特别大导致现场排泥排不过来。
(2)整体药剂投加偏大，成本较高。
(3)CaF2容易粘在pH计上，需要每天清洗等，工人操作频繁。
3、小试分析
3.1 小试思路
摒弃石灰－PAC＆除氟剂联合法，直接采用PAC－改性硫酸铝联合絮凝法在使得出水稳定降至1mg/L以下的情况下，降低产泥量，降低成本，降低工人工作量。
3.2 小试步骤
小试采用便携式多联搅拌器，混凝沉淀试验步骤如下:
(1)取废水用雷磁F－监测计测F－浓度。
(2)取1L废水，置于1L烧杯中，加入800mg/LPAC，以500r/min转速均匀搅拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min转速均匀搅拌5min后，沉淀，测上清液F－。
(3)取步骤2上清液500mL置于500mL烧杯中，加入5500mg/L改性除氟剂，用液碱将pH值调至6.5，以500r/min转速均匀搅拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min转速均匀搅拌5min后，沉淀，测上清液F－。
(4)取步骤3上清液250mL置于250mL烧杯中，加入3000mg/L改性除氟剂，用液碱将pH值调至6.5，以500r/min转速均匀搅拌20min，加入5滴1‰PAM，以100r/min转速均匀搅拌5min后，沉淀，测上清液F－。
3.3 小试数据
根据3.2小试步骤做了如下几组对比试验，不同药剂之间存在着不同的差距，具体数据如下表3所示。
3.4小试结论
(1)以小试分析得投加量需要800mg/LPAC，8500mg/L改性硫酸铝才能够将F－降低至1mg/L以下，虽然整体要比原有工艺的产泥量还是投加量都要节省，但是投加量还是较大。
(2)根据实验分析，越低浓度F－去除效率越低，二级三级污泥没有得到完全利用，因此通过将二级三级污泥直接回流至调节池，充分利用药剂性能，以此降低投加量和成本。
4、现场大试
4.1 改进后现场工艺
通过输送泵将氟含量120mg/L的反渗透浓水输送至调节池，进入调节池后，通过提升泵打入一级除氟池，加入PAC控制pH值为6.5～7，再经过二级除氟池，加入改良除氟剂和液碱，控制pH值为6.5，进入三级除氟池，加入改良除氟剂和液碱，控制pH值为6.5，直至出水F－降至1mg/L，并减少成本，将二级三级化学污泥通入调节池，充分利用药剂性能，减少投加量，后话后工艺流程图如下图2所示。
4.2 大试调控参数
根据小试的情况分析，选择最佳投加方案，具体数据如下表4所示。
4.3 各反应段F－情况
现场经过9d的连续运行记录各阶段出水氟化物的指标，记录数据如下表5和图3所示。
连续观察9d发现，通过污泥回流能够明显地降低调节池F－指标，充分利用二三级的污泥，并且在投加量不变的情况下，从第七天开始药剂用量明显过剩，因此后续试验准备降低投加量，精准控制成本。
4.4 二段大试调控参数
根据前9d数据调试后发现投加药剂过多，导致指标过低，因此，调整加药量，进一步优化成本，调整后各段加药量如下表6所示。
4.5 各级F－指标
调整后5d各阶段出水F－数据如下表7所示。
根据进一步大试数据的，现场运行投加800mg/LPAC和3500mg/L改性硫酸铝就能将出水F－降低至1mg/L以下。
5、三种方案药剂成本对比
根据三种方案的药剂成本分析，采用污泥回流的PAC－改良硫酸铝能够节省很多成本，并且产泥量也最少，具体数据如下表8所示。
6、结论
(1)原先采用的石灰－PAC＆除氟剂联合法虽然也能够有效地去除F－，并且出水F－能够小于1mg/L，但是经过现场运行1个月发现，由于石灰产泥量过大，并且后端由于采用叠螺机，石灰产泥过于结实会导致叠片磨损加剧，并且控制pH值不稳定，药剂整体费用偏高，导致此方法不经济实惠。
(2)小试采用的PAC－改良硫酸铝联合法，采用三级工艺代替原有的石灰，此法从药剂成本上算与石灰－PAC＆除氟剂联合法基本接近，但是整体产泥相对较小，对后端叠螺机负荷小。
(3)大试在小试的基础上进行了进一步优化采用污泥回流的PAC－改良硫酸铝工艺，此工艺系统充分利用深度处理污泥没有完全发挥药剂性能的问题，变废为宝，降低了整体的药剂投加量，产泥量，从而使整体费用降低接近一倍有余，实际运行中工人操作也更加简便。（来源：上海万狮环保科技有限公司）
