铝污泥人工湿地对含氟水体主要污染物的去除效果

含氟废水因氟离子的高稳定性和生物累积性，对生态环境和人体健康构成严重威胁。传统除氟技术存在成本高、二次污染风险大等问题，而铝污泥人工湿地因其资源化利用潜力与高效净化能力，成为近年来的研究热点。本文基于最新研究成果，系统阐述该技术对含氟水体中污染物（氟、氮、磷及有机污染物）的去除机制与效果。

一、铝污泥特性与污染物去除机制

铝污泥是给水处理过程中产生的副产物，富含铝、铁等金属氧化物，其比表面积达23.5~37.9 m²/g，孔隙率为39%~44%。这些特性使其在人工湿地中发挥多重作用：

物理吸附：铝污泥表面的Al—OH和Fe—O基团通过静电作用吸附氟离子，尤其在pH接近其等电点（pH≈5~6）时，表面正电荷增强，对阴离子形态的氟吸附效率显著提升。实验表明，铝污泥对氟的吸附量可达56.23 mg/g，远高于普通填料。

化学沉淀：铝污泥中的铝离子可与氟离子形成难溶的AlF₃沉淀，进一步降低水中氟浓度。

协同净化：填料表面的金属氧化物还能通过离子交换作用去除磷，同时为微生物提供附着位点，强化有机污染物和氮素的生物降解。

二、对复合污染物的去除效能

在模拟废水实验中，铝污泥人工湿地表现出对多污染物的协同去除能力：

氟去除：当进水氟浓度为250 μg/L时，去除率稳定在73.24%±2.56%，显著高于普通人工湿地（58.59%±3.12%）。填料贡献率占比达56.23%，远高于植物的4.69%。

氮磷削减：铝污泥通过离子交换和微生物作用，使氨氮和总氮去除率分别达到65.79%和65.81%，磷去除则主要依赖填料的化学沉淀作用。

有机污染物降解：COD去除率超过80%，微生物群落分析显示，填料表面富集了高效降解菌（如假单胞菌属），强化了难降解有机物的分解。

三、环境因素与工艺优化

铝污泥人工湿地的性能受环境条件显著影响：

pH调控：当系统pH为7.36（接近铝污泥等电点）时，氟去除效果最佳；过高的pH会导致铝污泥表面电荷反转，降低吸附效率。

水力负荷：低水力负荷（＜0.5 m³/(m²·d)）有利于污染物与填料的充分接触，但过高负荷可能导致填料堵塞，需通过定期反冲洗维护。

植物协同作用：芦苇等耐氟植物的根系分泌物可促进微生物活性，其对氮磷的去除贡献率分别增加4.17%和2.86%，但对氟的直接吸收作用有限。

四、工程应用与挑战

在江苏某电镀园区的中试项目中，铝污泥人工湿地处理规模为50 m³/d，进水氟浓度150~200 μg/L，出水稳定低于10 μg/L，达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类要求。然而，长期运行中仍需关注：

填料老化：铝污泥在酸性条件下可能溶出重金属，需定期更换并回收利用；

微生物群落稳定性：通过添加碳源（如乙酸钠）可维持反硝化菌活性，避免脱氮效率下降。

五、未来发展方向

复合填料开发：将铝污泥与生物炭、沸石等材料复合，提升对多种污染物的同步去除能力；

智能化管理：结合在线传感器实时监测pH、氟浓度等参数，动态优化水力负荷与植物配置；

资源化利用：探索铝污泥基填料的再生技术，降低处理成本并推动循环经济发展。

结语

铝污泥人工湿地通过物理吸附、化学沉淀与生物降解的协同作用，为含氟废水处理提供了经济高效的技术路径。其资源化属性与环境友好性契合可持续发展需求，未来需进一步优化工艺参数并扩大应用规模，助力水环境质量提升。