摘 要：冷冻分凝是溶液中溶质溶剂分离的一种有效方法。本文以高氟水溶液为研究对象，考察了冷冻条件下，氟离子在固液两相中迁移分布规律。在-10℃冷冻条件下,处理氟离子含量为2～6mg/L的高氟水，成冰率为50%情况下，冰融水中F-浓度可达到0.66mg/L以下。高氟水随冷冻时间固相中F-离子浓度成“U”型分布。冰融水中F-浓度呈先增加，后随冰层厚度增加浓度开始降低，冷冻结束时又升高的规律，依次形成微污染层、纯净层和混合层。当固相总量占溶液体积的70%时，各层冰融水混合后F-离子浓度总量在1mg/L以下。种冰的加入能够使冰融水中F-含量降低至0.05～0.14mg/L，电导率在8.7～9.8μS/cm之间。

　　关键词：高氟水;冷冻分凝;氟离子浓度

　　The study on the fluorde ion of high fluoride water by Freeze-dephlegmation

　　Abstract：Freeze-dephlegmation is a effective way to separate the solute or solvent from solution. High fluoride water solution was selected as the sample in this study. Study the effect of different freezing conditions on the transfer disciplinarian of fluoride ion. The high fluoride water which concentration is from 2mg/L to 6mg/L was froze under the temperature of -10℃.when the rate of ice is 50%,the concentration of F- in ice melted water is under the 0.66 mg /L. High fluoride water with solid phase freezing time fluoride ion concentration into a "U"-type distribution. During increase of the freezing time, the concentration of F- in melted ice water increases at first, and decreasing when the ice thickness increasing, and it begins to increase at last.The ice sample can be obviously divided into three layers as slightly polluted layer，clean layer，mixed layer after the fluoride water solution was frozen. When the rate of ice is 70 percent, the total fluoride ion concentration of the mixture of all levels of ice melt water is under 1mg/L.The content of F- can be reduced to 0.05mg/L-0.14mg/L by the seed ice, the conductance of ice melted water is bewteen 8.7 and 9.8μS/cm.

　　Key words: High fluoride water; Freeze-dephlegmation; concentration of fluoride ion

　　水资源短缺是关系人类生存和社会发展的重大问题。我国北方是一个水资源严重短缺的地区，我国西北、华北及东北地区存在相当数量的高氟水区域，使得真正用于饮用的清洁生活饮用水变得更加短缺。氟是人体中的一种必要的微量元素，但摄入过量会引发慢性疾病。世界卫生组织(WHO)认为饮用水氟离子浓度应为0.7～1.2mg/L，我国则将1mg/L作为饮用水中氟离子含量的卫生标准，饮用水中氟离子含量大于1mg/L统称为高氟水[1]。饮用水中氟含量在2mg/L以上，斑釉齿的发病率升高，氟含量在8mg/L以上会产生慢性氟中毒，引起骨质异常致密硬化，四肢或脊柱疼痛与变形的一种慢性骨骼疾患，称为氟骨症[2]。开展饮用水除氟方法研究，探寻一种简单廉价易实现的去除高氟水氟离子的方法是一项有意义的工作。

　　自然能源的合理开发利用，愈来愈受到人们的关注。太阳能，风能作为绿色能源已经被人们开发利用，而自然冷能得合理利用还未得到人们的足够重视[3]。冷冻法作为一种有巨大开发潜质的水处理方法，虽然还处于研究探索阶段，但已表现出能耗低、污染小、腐蚀结垢轻等显著特点。

　　本文采用冷冻法对高氟水进行分离研究，根据水冷冻分凝原理在模拟自然冷冻条件下，研究F-在固液两相中的迁移分离规律，为可能利用我国北方冬季自然冷能[4]应用于高氟水的除氟方法提供参考。

　　1 实验部分 实验仪器和试剂 氟化钠、硝酸钠、柠檬酸钠，以上均为分析纯，天津江天化工技术有限公司;无水氯化钙，氯化镁，以上为分析纯，天津市化学试剂三厂。 实验装置 保温材料 冷冻场

　　塑料烧杯

　　试验水样

图1 冷冻装置剖面图

< >分析方法冷冻时间对冰融水中氟离子迁移规律的影响 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 冷冻时间( h) 氟离子浓度(mg/L) 2mg/L 6mg/L 4mg/L 图2 -10℃冷冻时间对冰层融水中F-浓度影响

< >高氟水冷冻分离过程分析

图3 冰层中氟离子含量的分布图4 氟离子分布示意图

　　从图3中看出，冰融水中F-离子迁移规律呈“U”型分布。从图4可看出，冷冻处理后冰层的垂直F-含量分布在连续冻结形成的冰层内明显分为三层：微污染层、纯净层和混合层。对于固相来说，F-含量从高到低变化，随冰层厚度增长而减小，当冰层达到一定厚度，F-含量又开始增加。图5 冷冻过程中水分子与F-扩散分布模型

< >

比较在成冰率约50%时，加种冰与不加种冰的冰融水中F-含量。

　　图7种冰的加入对冰融水中电导率的影响< >氟水进行处理后，有效地降低了冰层融水中的氟离子含量，氟离子含量小于1mg/L，达到国家饮用水标准。并且冷冻时间及初始氟离子的浓度影响冰层的水质。参 考 文 献

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　　[2]王家林.玉田县高氟水成因分析及防治[J].水科学与工程技术,2005,(4):20-21.

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