氟是人体内重要的微量元素之一,是人们生长发育、新陈代谢不可或缺的物质。长期饮用氟超标水,会引起氟斑牙和氟骨症等疾病,严重影响人的身体健康。目前的含氟地下水处理工艺存在运行成本高,工艺复杂,产污泥量大,受溶解度及pH影响大等问题。针对这一现象,本研究提出使用诱导结晶法处理含氟地下水。由于地下水水质成分复杂,对诱导结晶除氟效果影响大,故本实验在实验室模拟配制不同水质的含氟地下水作为实验原水。本实验中使用磷矿石配比方解石作为混合晶种,先进行地下水中单独共存阴阳离子对除氟效果的影响,再模拟多离子共存的含氟地下水在流化床中的除氟效果。之后探究流化床中处理不同初始氟浓度、不同碱度的含氟地下水的除氟效果。然后从进水流速、磷酸盐类型、加药比、晶种粒径、晶种添加高度等方面来优化流化床工艺条件。最后,根据实验除氟效果和晶种测试结果分析诱导结晶法的除氟机理。主要成果如下:(1)单独钾离子、钠离子、硫酸根离子、氯离子、硝酸根离子对除氟效果影响不大。单独的镁离子浓度在10mg/L时除氟率开始明显下降。重碳酸根离子在50mg/L时对除氟的影响不太明显,当浓度增加到400mg/L时,除氟率从90%降到30%以下。流化床中大部分氟离子均在前25分钟内被去除。模拟含氟地下水的除氟率比自来水配制的含氟水要低,是因为受到较高浓度共存离子的影响。(2)初始氟离子浓度为9.5mg/L,出水氟离子浓度在0.3-0.7mg/L,在初始浓度为4.75mg/L,出水氟离子浓度在0.7-1.0mg/L。采用诱导结晶处理模拟地下水时,高氟地下水水中氟、磷酸根和钙离子对氟磷酸钙处于过饱和度状态,利于氟离子去除,除氟效果比低氟地下水效果好。低碱度含氟地下水在高流速条件下出水的氟离子浓度在0.9mg/L左右,高碱度地下水出水氟离子浓度只有在降低流速,增加反应时间时出水的氟离子浓度才达标。(3)初始氟离子浓度为4.75mg/L,采用流化床处理高碱度含氟地下水,最佳工艺条件为,混合晶种添加高度为120cm,钙/磷/氟加药摩尔比为10:4:1,磷酸盐为二水合磷酸二氢钠,钙盐为二水合氯化钙,流速为7.21m/h,温度为室温。在此工艺条件下,高碱度地下水的除氟效果较为稳定,出水的氟离子浓度能够达到饮用水标准。(4)含氟水中加入沉淀剂氯化钙和二水合磷酸二氢钠分别提供钙离子和磷酸根离子,当溶液中离子达到饱和状态,氟离子、磷酸根离子和钙离子发生沉淀反应,生成了氟磷酸钙;水中的钙离子、碳酸根离子生成了碳酸钙。磷矿石晶种的作用是晶种表面提供晶体生长的活性位点,促进二次成核的发生。方解石起到的主要作用是与溶液中磷酸二氢根发生反应,生成氟磷酸钙中间物,再向氟磷酸钙转化,并且起到了缓冲溶液pH的作用,溶解出的钙离子也进一步保持溶液中钙离子的浓度,保证除氟效果。