氟的水文地球化學(xué)特征分析

陳愛(ài)華

摘 要：本文分析了水中氟的化學(xué)性質(zhì)與水中氟的來(lái)源；以忻州市地下水為研究對(duì)象，調(diào)研了高氟水的分布，發(fā)現(xiàn)該市高氟水分布呈現(xiàn)從盆地邊緣到盆地中心水氟含量不斷增大的趨勢(shì)，總結(jié)了淺層高氟水改善水質(zhì)的主要措施。

關(guān)鍵詞：氟；水文地球化學(xué)特征；改水措施

1 前言

氟指氟元素，化學(xué)符號(hào)為F，是自然界固有的化學(xué)物質(zhì)，占地球表層重量的0.03%～0.08%。地殼中平均氟含量大約是770mg/kg。氟元素在自然界中主要以無(wú)機(jī)氟化物形式存在，目前已證明存在的含氟化合物種類(lèi)約有110種之多，由于氟化物的可溶性，氟能廣泛存在于土壤、礦物、水、大氣和動(dòng)植物體內(nèi)。水文地球化學(xué)[1]就是研究地下水的化學(xué)成分及其形成規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。雖然水文地球化學(xué)的研究發(fā)展主要在近30年，但是早在我國(guó)古代，人們就可以根據(jù)地下水的化學(xué)性質(zhì)將地下水分類(lèi)使用，如淡水引用，咸水煮鹽，溫泉洗浴，礦泉治病等。鑒于地氟病的發(fā)生常常與地下水中的氟過(guò)量有關(guān)，因此，進(jìn)行氟的水文地球化學(xué)特征分析至關(guān)重要。

2 氟的來(lái)源與性質(zhì)

自然界中的水大致可分為海水、降水、地面水、泉水和地下水。其中海水本身就含有大量氟化物，其氟含量一般在0.1～1.4mg/L之間，海水在參與地球整體水循環(huán)的過(guò)程中，也會(huì)攜帶少量的氟及其他鹵族元素；雨、雪水的氟含量較低，世界各地的測(cè)定結(jié)果都在0.052～0.39mg/L之間，平均值為0.1mg/L；江河水中一般氟含量較低，我國(guó)南方的河水氟含量大多數(shù)在0.2～0.4mg/L之間；泉水中溫泉水的氟含量普遍都比較高。地下水分為淺層和深層兩種，其氟含量比地面水高，經(jīng)石灰和白云石巖、頁(yè)巖和黏土的地下水位0～0.4mg/L，經(jīng)堿質(zhì)的地下水的均值為8.7mg/L，經(jīng)花崗巖的地下水為9.2mg/L，但經(jīng)玄武巖的地下水很低（一般為0.1mg/L）。

雨水和其他降水中的氟化物含量主要取決于空氣污染的類(lèi)型和程度，而地面水和地下水中的氟含量，則同許多因素有關(guān)，其中主要的是同水接觸的含氟礦物的量和溶解度有關(guān)。多數(shù)含氟礦物一方面自身溶解度低，另一方面如果母巖也含有同樣的礦物成分，含氟礦物的溶解度也會(huì)受影響。此外巖石和土壤的透水性，水在地層中的運(yùn)移速度，環(huán)境溫度，以及水中氫離子和鈣離子的濃度等均會(huì)對(duì)水中的氟含量產(chǎn)生一定影響。堿性水中和溫度較高的水中，氟含量也較高，例如火山活動(dòng)地區(qū)水中的氟含量就很高。

3 忻州市高氟水分布特征分析

3.1 忻州市高氟水分布調(diào)研

根據(jù)《忻州地區(qū)地病辦地方性氟中毒普查匯總》（1994）對(duì)市內(nèi)忻府區(qū)、原平市、定襄縣、代縣、繁峙縣、河曲縣及五臺(tái)縣重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行地方性氟中毒病區(qū)分布情況的調(diào)研，地下水水氟含量超標(biāo)最多的區(qū)域主要分布在忻府區(qū)、定襄縣，而在代縣、原平市等地地下水水氟含量也存在一定超標(biāo)。

3.2 忻州市高氟水形成原因分析

高氟水分布區(qū)域均落在忻州盆地內(nèi)，且呈現(xiàn)自北向南超標(biāo)率逐漸升高的趨勢(shì)，綜合地下水補(bǔ)給、排泄、地形地貌及氣候條件，分析高氟水形成原因如下：（1）盆地區(qū)淺層地下水可直接接受多項(xiàng)補(bǔ)給，地下水水位埋藏淺，水交替積極，容易受工業(yè)或生活污水污染；（2）盆地區(qū)地下水的整體流向?yàn)榕璧刂苓呏僚璧刂胁浚从缮角皟A斜平原區(qū)向沖積平原區(qū)匯集，盆地中北部地下水以地表水形式通過(guò)界河鋪狹口進(jìn)入盆地南部，而盆地南部地下水也以地表水形式最終通過(guò)濟(jì)勝橋出口排出盆地。盆地邊緣水動(dòng)力條件強(qiáng)，盆地水循環(huán)整體呈現(xiàn)周邊強(qiáng)、中心弱的規(guī)律。自盆地北部到盆地南部，水循環(huán)強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)，因此盆地南部地下水更易自身蒸發(fā)濃縮造成氟的富集；（3）忻州市氣候干寒，區(qū)內(nèi)溫差甚大，年降雨量400至550毫米，因此氣候的干旱富集也是高氟水形成的一大原因；（4）如前文所述，盆地內(nèi)地表水與地下水均有比較緊密的水力聯(lián)系，區(qū)內(nèi)最大河流滹沱河由于自身季節(jié)性流量變化以及生活污水排放影響，均會(huì)導(dǎo)致氟的富集，從而對(duì)地下水中的氟含量產(chǎn)生影響。

4 淺層高氟水改水措施

目前，淺層高氟水改善水質(zhì)的措施主要有兩種：一是原水水質(zhì)處理[2-5]，二是更換水源。對(duì)高氟水進(jìn)行水質(zhì)處理的方法有很多，大致可分為物理方法和化學(xué)方法兩大類(lèi)，其中物理方法包括吸附法、電凝聚法、反滲透法，化學(xué)方法包括離子交換法、混凝沉淀法、鈣鹽沉淀法。而更換水源則需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇不同的方案：對(duì)于人口集中、經(jīng)濟(jì)較好地區(qū)，可采取異地取水方案；對(duì)于人口分散，深層地下水達(dá)標(biāo)地區(qū)，可采取取深井水方案；對(duì)于山丘區(qū)，可采取小泉小水供水方案；對(duì)于人口分散、水源貧乏區(qū)域，可采取旱井和集雨場(chǎng)改水方案。

5 總結(jié)

本文描述了氟在水中的化學(xué)性質(zhì)及其主要來(lái)源，分析總結(jié)了忻州市高氟水主要分布區(qū)域?yàn)樾酶畢^(qū)、原平市、定襄縣和代縣，均落在忻州盆地內(nèi)，且呈現(xiàn)從盆地邊緣到盆地中心水氟含量不斷增大的趨勢(shì)。區(qū)內(nèi)高氟水的形成與地下水補(bǔ)給排泄、地形地貌及氣候有密切關(guān)系，而高氟水改進(jìn)措施也需要結(jié)合地質(zhì)條件和當(dāng)?shù)匕l(fā)展情況具體制定。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心）