矿井废水中氟离子污染问题日益突出，传统处理方法存在效率低、成本高等缺陷。聚合氯化铝（PAC）因其优异的混凝性能，成为当前最具应用前景的除氟技术之一。本文系统阐述了PAC去除氟离子的作用机理、工艺优化及工程应用效果。
一、PAC除氟的技术原理
PAC去除氟离子是一个复杂的物理化学过程，主要通过三种机制协同作用：
絮凝沉淀作用：PAC在水中水解形成多核羟基络合物和氢氧化铝胶体，这些物质具有巨大的比表面积和强吸附能力，能通过吸附、架桥和网捕作用将氟离子富集并形成絮体沉淀。
离子交换作用：氢氧化铝胶体表面的正电荷与氟离子发生静电吸引，通过羟基与氟离子的交换反应将其固定。
络合沉淀作用：氟离子能与Al³⁺形成多种稳定的络合物，如AlF²⁺、AlF₃等，在絮凝过程中形成铝氟络合物沉淀。
研究表明，pH值是影响这些机制的关键因素。当pH为6.0-7.0时，Al³⁺水解生成聚合程度较大的Al(OH)₃中性胶体，混凝效果最佳。
二、工艺优化：响应面法的应用
传统单因素实验难以全面揭示各参数间的交互作用。采用响应面法（RSM）中的Box-Behnken设计（BBD），可以建立铝氟摩尔比（r）、pH值和混凝时间三因素与氟离子去除率之间的数学模型。优化结果表明：
最佳工艺参数为：r=19.04，pH=6.5，混凝时间2.9分钟
在此条件下，氟离子去除率可达56.4%，与模型预测值（56.46%）基本一致
各因素影响程度排序为：r>pH>混凝时间
该模型决定系数R²=0.9943，表明其具有很高的可信度。特别值得注意的是，铝氟摩尔比和pH值是影响除氟效果的主要控制因素。
三、工程应用效果
在山西某煤矿矿井废水处理工程中，采用优化后的PAC混凝工艺，取得了显著效果：
当pH控制在6.5左右，PAC投加量为1000mg/L时，氟离子浓度可从初始的1.63mg/L降至1.0mg/L以下
处理成本较传统方法降低约30%
污泥产生量减少，便于后续处理
工程实践验证了实验室研究的可靠性，为矿井废水除氟提供了切实可行的技术方案。
四、技术优势与发展趋势
PAC混凝法具有以下突出优势：
处理效率高，操作简单
投资成本低，运行费用经济
能同时去除多种污染物
适应性强，适合不同规模的矿井废水处理
未来发展方向包括：
开发复合型混凝剂，如PAC与有机高分子絮凝剂联用
探索电化学-混凝耦合技术
研究污泥资源化利用途径
结语
聚合氯化铝混凝法为矿井废水氟离子污染治理提供了高效、经济的解决方案。通过工艺参数优化，可实现稳定达标排放。随着技术进步和工艺改进，PAC除氟技术将在矿山环境保护领域发挥更加重要的作用。
