礦井水作為礦產資源開采過程中的副產物，常含有高濃度氟化物（5-20mg/L），主要來源于含氟礦物的溶解和采礦過程中使用的含氟材料滲入。這類廢水具有pH波動大（常呈偏堿性）、成分復雜（含重金屬、懸浮物等）的特點。根據GB3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類標準要求，外排水中氟化物濃度需≤1mg/L，傳統(tǒng)石灰中和法僅能將氟濃度降至8-10mg/L，且產生大量難以處理的污泥。這一現(xiàn)狀促使高效除氟技術成為礦井水處理領域的研究熱點。

主流處理工藝與技術原理

化學沉淀法強化工藝

鈣鹽沉淀法通過投加石灰（Ca(OH)?）或氯化鈣（CaCl?），使氟離子形成氟化鈣沉淀（Ca^{2+} + 2F^- \rightarrow CaF_2↓）。內蒙古某煤礦采用"兩級沉淀+絮凝"改良工藝，在pH=7.5-8.5條件下，配合PAC（30-50mg/L）和PAM（0.5-1.0mg/L）混凝劑，將沉淀時間從4h縮短至1.5h，出水氟化物降至2.5mg/L。但該工藝存在污泥含水率高（>98%）和管道結垢的固有缺陷。

吸附法技術創(chuàng)新

活性氧化鋁作為經典吸附劑，比表面積達200-300m2/g，在pH=5.5-6.5時對氟離子的吸附容量可達4-6mg/g。某工程案例顯示，采用流化床吸附塔（空塔流速8-10m/h）處理氟化物10mg/L的礦井水，穿透點出現(xiàn)在800-1000床體積（BV），再生采用2%NaOH溶液，噸水運行成本約1.16元。新型鐵基羥基磷灰石吸附劑通過特殊晶格結構，將吸附容量提升至12-15mg/g，且再生周期延長3倍。

離子交換法系統(tǒng)優(yōu)化

專用除氟樹脂（如納米鋁負載樹脂）對氟離子具有選擇性吸附特性。鄂爾多斯某煤礦項目運行數據表明，樹脂吸附罐（φ1.6m×5.8m）在流速15m/h條件下，可將氟化物從3mg/L降至0.8mg/L，飽和后用8%水合氯化鋁再生，噸水藥劑費1.97元。該技術需配套精密過濾（孔徑≤100μm）防止樹脂堵塞，并設置廢液處理單元（CaCl?沉淀+壓濾）處置高氟再生液。

膜分離技術耦合應用

反滲透（RO）和電滲析（ED）能實現(xiàn)深度除氟（出水≤0.5mg/L），但要求進水SS<1mg>99%，但濃水氟濃度高達50-80mg/L，需返回前端沉淀處理。新型石墨烯改性膜將通量提升至30-40LMH，抗污染性能提高50%，有望降低運行成本。

組合工藝工程案例

廣東某礦井水處理站（1000m3/d）采用"吸附+沉淀"雙級工藝：

一級處理：活性氧化鋁濾池（濾速6m/h）將氟從10mg/L降至3mg/L；

二級處理：投加氯化鈣（200mg/L）+PAC混凝，出水氟化物穩(wěn)定在0.8mg/L以下。

該組合充分發(fā)揮吸附法高效低耗和沉淀法穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，較單一工藝節(jié)約運行成本35%。

技術瓶頸與發(fā)展趨勢

現(xiàn)存問題

再生廢液處理：吸附劑/樹脂再生產生含氟300-500mg/L的廢液，現(xiàn)有石灰沉淀法污泥產率高；

低溫抑制：冬季水溫<10℃時，生物法和化學法效率下降30%-50%；

智能控制不足：加藥量多依賴經驗值，導致藥劑浪費10%-15%。

未來方向

新型吸附材料：MOFs負載La3?吸附劑在pH=3-10范圍內保持90%以上吸附率；

低碳工藝：光伏驅動電凝聚技術，噸水能耗降至1.2-1.5kWh；

數字孿生：基于水質在線監(jiān)測的動態(tài)加藥系統(tǒng)，預計可節(jié)約藥劑20%-25%。

結論

礦井水氟化物處理需根據水質特性選擇技術經濟最優(yōu)方案：對于氟濃度<5mg>10mg/L）宜采用"化學沉淀+吸附"組合工藝；膜技術適用于高標準回用場景。未來應重點開發(fā)高效再生吸附劑和廢液資源化技術，推動礦井水處理向近零排放邁進。