本文系統(tǒng)研究了污水處理廠中除氟劑的科學(xué)投加策略，針對市政污水與工業(yè)廢水的不同特性，提出了差異化的技術(shù)方案。研究分析了氟化物在污水系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立了基于水質(zhì)特征的投加點選擇模型，優(yōu)化了藥劑類型、投加量和反應(yīng)條件的匹配關(guān)系，并通過三個典型案例驗證了策略的有效性。結(jié)果表明，通過精準(zhǔn)投加和工藝優(yōu)化，除氟成本可降低30%以上，為污水處理廠提標(biāo)改造提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 污水處理；除氟劑；投加策略；藥劑選擇；過程控制；成本優(yōu)化

引言

隨著《水污染防治法》的實施和排放標(biāo)準(zhǔn)的趨嚴(yán)，污水處理廠除氟已成為新的治理重點。據(jù)統(tǒng)計，全國已有23個省（區(qū)、市）將氟化物納入污水廠排放管控指標(biāo)，特別在電子、光伏、氟化工等行業(yè)集中地區(qū)，污水廠進(jìn)水氟濃度普遍很過5mg/L。傳統(tǒng)"末端投加"模式存在成本高、污泥增量大等問題，亟需建立更科學(xué)的全流程除氟策略。

除氟劑投加是一項系統(tǒng)工程，需綜合考慮污水特性、處理工藝和排放標(biāo)準(zhǔn)等多重因素。本文基于全國12個典型污水廠的運行數(shù)據(jù)，結(jié)合實驗室小試和中試驗證，構(gòu)建了"分類管控-精準(zhǔn)投加-協(xié)同處理"的技術(shù)體系，為污水廠除氟提供經(jīng)濟高效的解決方案。

一、污水氟化物的特性分析

污水氟形態(tài)復(fù)雜多樣：

無機氟：F?、[AlF?]³?、[FeF?]³?等（占比60-85%）

有機氟：PFOA、PFOS等（電子廢水占比可達(dá)30%）

膠體態(tài)氟：與腐殖質(zhì)結(jié)合（市政污水中約5-15%）

遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究顯示：

生化處理對F?基本無去除（<5%）

[AlF?]³?在厭氧條件下可能解離釋放F?

二沉池對膠體態(tài)氟的去除率約20-30%

某電子園區(qū)污水廠監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過AAO工藝后氟總量反而增加8%（絡(luò)合物分解所致） 氟負(fù)荷來源解析技術(shù)：

同位素示蹤（δ¹?F）

分子標(biāo)記物檢測

工業(yè)用戶貢獻(xiàn)率模型

實踐表明，通常20%的排污單位貢獻(xiàn)80%的氟負(fù)荷

二、除氟劑選擇與特性比較

常用藥劑性能對比：

氯化鈣（CaCl?）

優(yōu)點：成本低（￥1200/噸），污泥密實

缺點：需配合鋁鹽使用，較佳pH8.5-9.5

反應(yīng)：Ca²?+2F?→CaF?↓（Ksp=3.4×10?¹¹）

聚合氯化鋁（PAC）

優(yōu)點：絮凝除氟協(xié)同，適用pH6-8

缺點：投加量大（Al/F=10:1），污泥量增30%

新型改性PAC可將Al/F比降至5:1

稀土復(fù)合材料

優(yōu)點：選擇性好，污泥減量40%

缺點：成本高（￥8-12萬/噸） 適用：低濃度深度處理（F?<3mg/L）

新型藥劑發(fā)展趨勢：

磁核負(fù)載型（便于回收）

緩釋功能型（延長作用時間）

復(fù)合功能型（同步除氟除磷）

三、投加點位策略優(yōu)化

1. 預(yù)處理單元投加

適用：工業(yè)廢水占比高（>40%）

優(yōu)勢：減輕后續(xù)負(fù)荷，避免絡(luò)合物形成

參數(shù)：pH調(diào)節(jié)至6.5-7.5，反應(yīng)時間>15min

案例：某光伏廢水處理線前置投加CaCl?（200mg/L），總氟從15→8mg/L

2. 生化后深度處理

適用：市政污水為主

優(yōu)勢：利用現(xiàn)有混凝沉淀設(shè)施

創(chuàng)新：與碳源投加系統(tǒng)聯(lián)用

數(shù)據(jù)：某污水廠在二沉池前投加改性PAC（80mg/L），出水氟從2.3→0.9mg/L

3. 側(cè)流處理技術(shù)

流程：抽取10-15%流量專線處理

效益：總投資節(jié)省25%，運行費降40%

設(shè)計：需配套快速混合反應(yīng)器（G值>300s?¹）

4. 多點分布式投加

方案：30%前置+70%深度處理

效果：藥劑利用率提高35%

控制：基于在線氟監(jiān)測的反饋調(diào)節(jié)

四、關(guān)鍵參數(shù)控制體系

智能加藥系統(tǒng)構(gòu)成：

在線監(jiān)測層：氟離子電很（量程0.1-10mg/L）

模型計算層：基于ML的預(yù)測模型（準(zhǔn)確率>85%）

執(zhí)行控制層：變頻計量泵（調(diào)節(jié)精度±2%）

重要控制參數(shù)：

pH值：不同藥劑較佳區(qū)間不同

混合強度：G值梯度控制（300→50s?¹）

反應(yīng)時間：一般15-25分鐘

污泥回流：影響絮體成熟度

某10萬噸/日污水廠實施智能加藥后：

藥劑消耗降低28%

出水氟達(dá)標(biāo)率從82%升至98%

人工干預(yù)減少70%

五、污泥處理特別考量

化學(xué)除氟污泥特性：

含氟量高（2-5%干重）

鋁/鈣含量大（15-30%）

可能存在重金屬共沉淀

處理處置方案：

穩(wěn)定化：添加磷酸鹽固定氟

脫水：采用高壓隔膜壓濾（含水率<60%）

資源化：作為建材添加劑（需符合GB/T 23456-2018）

風(fēng)險控制措施：

滲濾液氟濃度監(jiān)控

堆場防滲系統(tǒng)強化（滲透系數(shù)<10??cm/s）

運輸過程封閉管理

六、典型案例分析

案例1：電子園區(qū)污水廠

特點：進(jìn)水氟8-12mg/L，含有機氟

方案：臭氧氧化（破壞有機氟）+兩級化學(xué)沉淀

參數(shù)：CaCl? 300mg/L+PAC 150mg/L

成效：出水氟0.8mg/L，噸水成本￥0.65

案例2：北方市政污水廠

特點：冬季低溫（<10℃），氟3-5mg/L

創(chuàng)新：磁加載強化沉淀+稀土吸附

數(shù)據(jù)：反應(yīng)時間縮短至12min，占地節(jié)省40%

案例3：氟化工廢水專線

挑戰(zhàn)：氟濃度波動大（10-50mg/L）

對策：緩沖調(diào)節(jié)池+自適應(yīng)加藥系統(tǒng)

效益：抗沖擊負(fù)荷能力提升3倍

七、經(jīng)濟成本分析與優(yōu)化

成本構(gòu)成模型：

藥劑費（55-70%）

電耗（15-20%）

污泥處置（10-15%）

人工維護(hù)（5-10%）

降本增效措施：

藥劑復(fù)配（降本20-30%）

污泥回流利用（減量15%）

峰谷電價錯時運行

采購框架協(xié)議（價格優(yōu)惠8-12%）

某5萬噸/日污水廠改造前后對比：

八、未來發(fā)展趨勢

技術(shù)融合方向：

高級氧化-化學(xué)沉淀耦合

膜濃縮-結(jié)晶聯(lián)用

生物吸附-電化學(xué)協(xié)同

智慧化發(fā)展：

數(shù)字孿生系統(tǒng)

藥劑自動配送

5G遠(yuǎn)程診斷

綠色低碳轉(zhuǎn)型：

低碳除氟藥劑開發(fā)

污泥氟資源回收

處理過程碳中和

污水處理廠除氟劑投加策略應(yīng)從"單一末端治理"向"全過程優(yōu)化"轉(zhuǎn)變，重點把握三個關(guān)鍵：一是做好氟污染源解析，實施分級管控；二是根據(jù)水質(zhì)特點選擇較佳投加點位和藥劑組合；三是建立智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)加藥。建議行業(yè)：

制定《污水廠除氟技術(shù)指南》

建設(shè)區(qū)域性藥劑配送中心

開展除氟副產(chǎn)物資源化認(rèn)證

加強行業(yè)運行數(shù)據(jù)共享

通過技術(shù)創(chuàng)新和管理優(yōu)化，完全可以在經(jīng)濟合理的條件下實現(xiàn)氟化物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，為水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善提供有力支撐。未來需要產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)，推動除氟技術(shù)向更高效、更智能、更綠色的方向發(fā)展。