当前,煤、石油、天然气等化石能源日趋短缺,地热能作为一种可再生的新型能源日渐受到重视,其开发利用正成为全球热点。与地下冷水系统相比,地热系统中的水-岩相互作用在更高反应温度下进行,故地热水可从围岩介质中淋滤出大量化学组分,其中不乏各种有害组分,如氟、砷、硼、硫酸盐等。地热水以热泉或地热（利用后）废水的形式排入环境后,常污染地热区内或周边做为饮用水源的其他类型天然水体。开发利用干热岩型地热资源时,储层刺激过程中产生的返排液也可能富含氯、氟等有害组分,且其含量远超“地热水有害成分最高允许排放浓度标准”,如不经处理即排入环境,同样会造成严重污染问题。因此,地热能虽然可再生,但并非绝对“清洁”,对地热系统来源流体（包括天然地热流体和增强型地热系统返排液）中并存的多种有害组分进行有效处理,以避免其进入地热区周围环境后对其他环境介质的污染,具有重要实际意义。鉴于地热系统来源流体中的典型有害组分（氟、砷、硼、硫酸盐、氯化物等）在液相中往往以阴离子形式(如F^-、HAsO₄^2-/AsO₄^3-、H₂AsO₃^-/HAsO₃^2-、B（OH）₄^-、Cl^-等)存在,本文选择对阴离子组分具有良好处理效果的阴离子黏土为吸附材料,开展了不同水化学类型地热流体和增强型地热系统返排液中氟、砷、硼、氯等有害组分的同时、高效处理研究。阴离子黏土是一种层状双金属氢氧化物（LDHs）,具层状结构和“结构记忆效应”,其比表面积大、阴离子交换容量高,一定温度条件下的焙烧产物可重新吸收水分子和液相中阴离子而恢复层状结构,且容易制备、价格低廉,已广泛应用于废水或受污染水体中不同类型有害阴离子的有效处理。根据前期大量批实验研究结果,各类阴离子黏土虽结构相似,但对不同阴离子的去除效果和机理都不尽相同,故对比各类阴离子黏土去除氟、砷、硼的吸附容量后,有针对性地选择对氟、砷、硼、氯去除效果分别最佳的焙烧后水铝钙石、水氯铁镁石、水滑石等开展去除实验研究。本文结论如下:（1）以西藏当雄羊八井（ZK359）、云南龙陵邦腊掌（DFQ）和青海贵德扎仓寺（ZCS）水热区排泄的天然地热水（均同时富集氟、砷、硼）为实际处理对象,有针对性地选择对氟、砷、硼去除效果分别最佳的水铝钙石、水氯铁镁石、水滑石的混合物为填充材料,在反应柱系统中开展了以上有害组分的系统处理试验研究。在反应柱内径为30 mm、长度为40 cm,地热水渗流速率为2.7 mL/min的条件下,可有效去除ZK359、DFQ和ZCS中氟、砷、硼并使其达到生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）的最佳阴离子黏土（焙烧后）配比分别为:水铝钙石:水氯铁镁石:水滑石=15:1:20、40:3:20和40:1:40。（2）当地热水在反应柱内渗流速率增加时,其在滤层内的停留时间变短,使阴离子黏土去除水中有害阴离子的能力未得以充分利用,进而导致净水效率降低;然而,降低渗流速率虽有利于提高有害阴离子的去除率,但同时会减少给定时间内的水处理量。因此,在实际应用中,应根据待处理水体中有害组分的含量和需水量,通过反复试验选择合适的渗流速率,既要保证水处理后有害组分的含量低于生活饮用水卫生标准限值,又要保证获得足够的水处理量。而当反应柱内径发生变化时,实质上地热水的渗流路径长度同时被改变。渗流断面面积增大不影响阴离子黏土和地热水的反应时间,但渗流路径长度的减小意味着地热水在阴离子黏土滤层中的停留时间和反应时间的缩短,不利于其中有害组分的去除。因此,增大反应柱内径会降低其水处理效果。在实际应用中,应在反应柱制造工艺许可的前提下尽量减小反应柱内径,以在同等条件下最大化有害组分去除效果。（3）常见阴离子在阴离子黏土层间的交换能力顺序为CO₃^2->SO₄^2->HPO₄^2->F^->Cl^->B（OH）₄^->NO₃^-,因此,与地热水在加入阴离子黏土后其中氟、砷、硼的主要存在形式相比,CO₃^2-和SO₄^2-具有在阴离子黏土上的竞争吸附优势。而地热水中的HCO₃^2-、SO₄^2-一般为常量组分,含量较高;用阴离子黏土处理地热水时,反应系统的pH值将随阴离子黏土加入而显著上升,使水中HCO₃^2-向CO₃^2-转化——阴离子黏土对水中CO₃^2-的吸附更加剧了这种转化。因此,地热水中的CO₃^2-、SO₄^2-等主要阴离子组分更容易被阴离子黏土表面吸附或进入阴离子黏土层间,从而降低阴离子黏土对氟、砷、硼的去除率。在地热水处理实践中,必须在基于水中氟、砷、硼含量得出的阴离子黏土用量的基础上再进一步增加阴离子黏土的投加量,以折抵水中HCO₃^2-、SO₄^2-等主要阴离子的存在对氟、砷、硼去除效果的影响。（4）增强型地热系统（EGS）的水力压裂和化学刺激过程中产生的压裂返排液往往也含有大量以阴离子形式存在的有害组分,包括氯化物、硫酸盐、氟化物、砷酸盐、亚砷酸盐、硼酸盐等。根据美国Fenton Hill和法国Soultz的EGS工程所产生返排液的化学组成,在实验室配制了主要化学特征完全相同的溶液,同时在实验室以采自青海共和盆地扎仓寺地区的花岗岩为干热岩对象模拟化学刺激试验,获得扎仓寺返排液样品,开展了用阴离子黏土去除其中有害组分的实验研究,结果表明CO₃^2-插层的水滑石可用于有效处理以氯化物为主要有害组分的Soultz增强型地热系统排放的返排液和室内模拟化学刺激实验的扎仓寺样品,而对于以氟、砷、硼为主要有害组分的Fenton Hill增强型地热系统排放的返排液,水铝钙石、水氯铁镁石、水滑石仍为有效的阴离子黏土组合。