礦井廢水中氟離子污染問題日益突出，傳統(tǒng)處理方法存在效率低、成本高等缺陷。聚合氯化鋁（PAC）因其優(yōu)異的混凝性能，成為當前最具應用前景的除氟技術之一。本文系統(tǒng)闡述了PAC去除氟離子的作用機理、工藝優(yōu)化及工程應用效果。

一、PAC除氟的技術原理

PAC去除氟離子是一個復雜的物理化學過程，主要通過三種機制協(xié)同作用：

絮凝沉淀作用：PAC在水中水解形成多核羥基絡合物和氫氧化鋁膠體，這些物質(zhì)具有巨大的比表面積和強吸附能力，能通過吸附、架橋和網(wǎng)捕作用將氟離子富集并形成絮體沉淀。

離子交換作用：氫氧化鋁膠體表面的正電荷與氟離子發(fā)生靜電吸引，通過羥基與氟離子的交換反應將其固定。

絡合沉淀作用：氟離子能與Al3?形成多種穩(wěn)定的絡合物，如AlF2?、AlF?等，在絮凝過程中形成鋁氟絡合物沉淀。

研究表明，pH值是影響這些機制的關鍵因素。當pH為6.0-7.0時，Al3?水解生成聚合程度較大的Al(OH)?中性膠體，混凝效果最佳。

二、工藝優(yōu)化：響應面法的應用

傳統(tǒng)單因素實驗難以全面揭示各參數(shù)間的交互作用。采用響應面法（RSM）中的Box-Behnken設計（BBD），可以建立鋁氟摩爾比（r）、pH值和混凝時間三因素與氟離子去除率之間的數(shù)學模型。優(yōu)化結果表明：

最佳工藝參數(shù)為：r=19.04，pH=6.5，混凝時間2.9分鐘

在此條件下，氟離子去除率可達56.4%，與模型預測值（56.46%）基本一致

各因素影響程度排序為：r>pH>混凝時間

該模型決定系數(shù)R2=0.9943，表明其具有很高的可信度。特別值得注意的是，鋁氟摩爾比和pH值是影響除氟效果的主要控制因素。

三、工程應用效果

在山西某煤礦礦井廢水處理工程中，采用優(yōu)化后的PAC混凝工藝，取得了顯著效果：

當pH控制在6.5左右，PAC投加量為1000mg/L時，氟離子濃度可從初始的1.63mg/L降至1.0mg/L以下

處理成本較傳統(tǒng)方法降低約30%

污泥產(chǎn)生量減少，便于后續(xù)處理

工程實踐驗證了實驗室研究的可靠性，為礦井廢水除氟提供了切實可行的技術方案。

四、技術優(yōu)勢與發(fā)展趨勢

PAC混凝法具有以下突出優(yōu)勢：

處理效率高，操作簡單

投資成本低，運行費用經(jīng)濟

能同時去除多種污染物

適應性強，適合不同規(guī)模的礦井廢水處理

未來發(fā)展方向包括：

開發(fā)復合型混凝劑，如PAC與有機高分子絮凝劑聯(lián)用

探索電化學-混凝耦合技術

研究污泥資源化利用途徑

結語

聚合氯化鋁混凝法為礦井廢水氟離子污染治理提供了高效、經(jīng)濟的解決方案。通過工藝參數(shù)優(yōu)化，可實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放。隨著技術進步和工藝改進，PAC除氟技術將在礦山環(huán)境保護領域發(fā)揮更加重要的作用。