微絮凝-膜过滤协同去除煤矿水中氟化物与浊度的工艺优化及机理研究

针对煤矿水中氟化物(F? )和浊度超标难题，中国矿业大学(北京)团队开发了基于高效除氟剂(CFYJ-L)的微絮凝-直接膜过滤(MFDMF)协同工艺。研究通过响应面法优化参数(1.16 g/L CFYJ-L，pH 6.11)，使F? 从20 mg/L降至0.453 mg/L，膜污染最佳清洗剂为0.2% HCl，通量恢复率达91%。90天中试显示该工艺成本降低22.6%，占地减少40%，为煤矿水回用提供经济高效解决方案。

　　

煤矿水作为煤炭开采的伴生产物，每年在我国排放量高达70亿立方米，其高氟化物(F^?
浓度2.67-16.2 mg/L)和浊度问题严重制约资源化利用。传统处理工艺存在流程冗长(如混凝-沉淀-过滤)、占地面积大、成本高昂(>3.36元/m³
)等缺陷，而新兴膜技术又面临纤维悬浮物导致的膜污染难题。更严峻的是，过量氟摄入会引发氟骨症、脑损伤等疾病，我国饮用水标准严格限定F^?
≤1.0 mg/L。

中国矿业大学(北京)张丽平团队创新性地将自主研发的CFYJ-L除氟剂与直接膜过滤(MFDMF)工艺耦合，通过实验室规模优化和90天中试验证，实现了煤矿水深度净化。研究采用响应面法确定最佳参数，结合SEM/XPS等表征技术解析除氟机制，并建立膜污染模型指导工程应用。

关键技术方法包括：(1)采用CFYJ-L复合絮凝剂进行微絮凝预处理；(2)构建MFDMF系统处理模拟含氟煤矿水；(3)通过膜通量测试和污染模型分析过滤性能；(4)基于内蒙古某煤矿实际水样开展90天连续中试；(5)运用SEM、XRD、FT-IR等多维度表征手段。

Effect of different influencing factors on fluoride removal
研究发现CFYJ-L投加量1.16 g/L时，F^?
去除率高达97.7%，残余浓度0.453 mg/L。XPS分析揭示除氟机制涉及静电吸附、离子交换(Al³⁺
替代F^?
)、络合作用及氢键形成，形成的Al-F沉淀物通过XRD鉴定为Ca₅
(PO₄
)₃
F。值得注意的是，共存离子(SO₄
^2?
、Cl^?
)对除氟效率无显著影响。

Conclusions
该研究突破传统分步处理模式，通过CFYJ-L微絮凝与膜过滤协同，同步去除F^?
(残余浓度<1 mg/L)和浊度。膜污染主要由滤饼层形成主导，0.2% HCl清洗可使膜通量恢复率提升至91%。实际应用显示处理成本降低至2.60元/m³
，占地面积缩减40%，其创新性体现在：(1)揭示多机制协同除氟原理；(2)开发适用于高浊高氟水体的紧凑型工艺；(3)为煤矿水"零排放"提供技术范式。论文发表于《Journal of Environmental Sciences》，对推动矿区水资源循环利用具有重要工程指导价值。