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区内高氟地下水的分布规律与含水层或含水岩系及地下水埋藏深度关系密切。辽宁中部平原和东西两侧地区，山前地带及西北部的新开河右岸，浅部（20m以上）地下水氟离子含量普遍超标，彰武县部分由两侧丘陵区至平原区氟离子存在由高到低的变化规律，丘陵区为3～8mg/L，平原区为1～3mg/L。辽西（朝阳、阜新）地区，地形、地貌以丘陵山区为主。区内侵入岩、火山岩分布面积较大，该岩系风化裂隙水及其山前地带坡洪积层孔隙水，氟离子含量为1～6mg/L；该区除老哈河外，其他各高氟地段的河谷区冲洪积层除底部粗粒（砂砾卵石）层外，其上部细粒（粉砂、细砂）含水层中之地下水氟离子含量也多大于1mg/L。辽东地域其地形、地貌以山前倾斜平原、河谷平原为主，地下水含水岩组为第四系全新统、上更新统、中更新统粉细砂、中粗砂、砂砾石。该域内沙河、柳河、秀水河、辽河流域浅层即全新统含水层（20～25m以上），以及康平以北西辽河浅层即上更新统，含水层岩性以砂为主，地下水中氟离子含量为1～5mg/L。
由此可见，全域内高氟地下水主要分布于侵入岩、火山岩风化带及其山前坡洪积层中，呈水平分布规律，在平原区主要分布于20～25m以上的浅层含水层中，氟离子在地下水中的含量垂向变化明显。
考虑除氟技术的适用性涉及多方面的因素，目前我国高氟水处理的工程技术有诸多难点：从处理规模上，在大中型水处理工程中，常规混凝沉淀法和电凝聚法均因药剂消耗量大而竞争力差；从水处理器材的使用上看，处理规模在5～10m 3 /h的村级处理厂，若采用自动控制系统则吨水分摊制水成本高，而采用简易器材又使处理系统的运行和管理故障频出；从运行操作上看，通常作为首选除氟技术的活性氧化铝法恰恰是运行操作最易出故障的技术；在农村的实际应用中，水质调节、吸附剂再生、更换吸附剂和设备维修等运行操作是致使供水设备不能正常运转或停用的主要原因；从运行费用上看，现有技术的化学药剂消耗在制水成本中占较高的比例，并且药剂的保存、使用和处置都增加了制水操作的复杂性；从管理方面看，提高村级规模小型水厂的管理水平需要长时间的努力，短期内要求各地普遍提高是不现实的。
针对上述问题，提出了以廉价吸附剂为核心的动床吸附法除氟技术模式，并研发了相关设备。
分析了粉状吸附剂的特点和应用中的问题，考察了20余种粉状吸附剂的性质和除氟特性。对比研究表明，红砖粉状、煤粉、膨润土、红土壤和硅藻土等常见粉状材料的吸附容量为0.2～4.0mg/g，属于相对廉价的除氟材料。研究目标是针对低浓度（＜2.0mg/L）高氟水的特点，利用当地廉价粉末原料的水处理药剂，采用市售混凝剂与廉价粉末吸附剂复配的除氟药剂，从原料卫生性、稳定性、储存性、除氟性能、投药性能、分离性能、加工性能、经济指标八个方面研制出适于农村的新型除氟剂。
吸附是一种发生在两相界面的成分浓缩。吸附剂之所以具有良好的吸附性能，主要是因为它有密集的细孔结构和巨大的比表面积，或具有可以与吸附质分子形成化学键的基团，因而吸附行为可分为物理吸附和化学吸附。常用的吸附剂有活性氧化铝、骨炭、沸石等。
粒状吸附剂吸附存在的问题是：①吸附剂性能的发挥与粒径有很大关系，粒径大，比表面积小，影响吸附能力；②粒状吸附剂吸附除氟多采用接触柱，传质过程是对许多吸附剂是控制步骤。
粉状吸附剂吸附除氟是不同于粒状吸附剂除氟的另一种吸附除氟方法，通过将粉末投入水中，快速混合，使其与待处理水充分接触，经过一定的停留时间后，将粉状吸附剂和处理出水进行有效分离，达到对水的处理。
混凝沉淀法是饮水除氟的方法之一，通过向水中加入混凝剂将氟离子除去。铝盐投加到水中后，通过铝离子与氟离子的络合作用或通过铝盐水解的中间产物及最后生成的无定型的Al（OH） 3 （am）絮体对氟离子的离子交换作用以及吸附、卷扫作用等将水中的氟离子去除。铝盐混凝除氟的作用机制较为复杂，主要有吸附、离子交换、络合沉降及网捕和机械卷扫等。混凝法存在的问题是：需投加的混凝剂量较大，同时产生较多难以处理的废渣，除氟效果不很稳定，处理后的水中含有大量的溶解铝。
对于粉状吸附剂，选用不需经过复杂处理的廉价材料，使用后弃置，不需再生，可省去再生工序和费用。综合20余种吸附材料的性质及除氟性能，吸附容量均为0.2～4mg/g的相对廉价吸附剂，例如红壤、砖末、煤粉、黏土、沸石、膨润土等均有可能，试验研究和实用上选择了煤粉和膨润土。
除了需要解决除氟剂如何适应当地的水质条件外，除氟剂的应用效果还与除氟剂的形态和采用的除氟装置有关。
采用粉末吸附剂的除氟方法对药剂的特别要求是：简单可靠的投加方法，当吸附剂饱和后易于从水中分离。
含粉末吸附剂的净水剂的投加方法可采用干式和溶液投加两种方法。
干式投加法需使用专用的粉末加药器，该法的优点是药剂直接投加，省去配药池和搅拌器等设备，并且可利用药剂中混凝剂入水后产生的初生态微小絮凝体对氟的有效吸附能力，提高除氟效果。然而，在历时近2年的试点工程运转试验中，干式投加法无法解决的技术困难是：由于研究的除氟剂中配有混凝剂，而混凝剂具有吸潮性，在现场环境多变的条件下，净水剂的吸潮现象严重，致使加药器内部的混凝剂凝结成块，以致无法使用。因此，尽管干法投药具有多种优势，但混凝剂吸潮导致的问题限制了该法的使用。
由混凝剂和吸附剂配合制成的净水剂可采用湿法投药，即将药剂配成一定浓度的浆液投加，这一点要求净水药剂在溶药配药时具有化学稳定性，否则药剂在溶药槽中发生水解反应，使吸附剂性能降低，同时，由于药液中颗粒物较多，普通的柱塞式加药泵不能使用，采用螺杆泵或蠕动泵可有效实现稳定加药。
粉状吸附剂因为颗粒小，不具有自沉降能力，粉状吸附剂与处理水的固液分离问题使粉状吸附剂使用不便。研究表明，吸附剂的有效分离取决于两个因素：①药剂中混凝剂的配比；②采用填充截留材料的粉末床吸附工艺。
填充截留材料的粉末床吸附工艺通常在反应器中填充空隙率较大的轻质材料，如浮性塑料微珠或纤维成型体材料，使得吸附剂细颗粒被截留附着在填充材料的巨大表面上，延长了吸附剂在水中的停留时间。理论计算显示，当吸附剂的停留时间为水力停留时间的5倍时，吸附剂的吸附容量利用较为充分，通过空气反冲可排出吸附饱和的吸附剂细颗粒。这种截留吸附法国外称为“吸附澄清法（Adsorption Clarification Process）”，事实上，该法利用了动态的粉末吸附剂形成吸附剂动态床层，故而称为“动床吸附法”更合理。
研究所用除氟剂由下列成分组成：除氟吸附剂粉末、混凝剂、稳定剂。各组成成分的功能和作用如下：
（1）吸附剂采用膨润土和沸石粉，粉末细度在200目以上，用于吸附去除水中的氟化物和微量有机物，吸附剂占药剂重量的50%～75%。
（2）混凝剂采用聚合氯化铝，混凝剂的作用是将水中的胶体微粒凝聚成较大颗粒的矾花，以利于沉降和在填料上附着，混凝剂占药剂重量的20%～35%。
（3）为使除氟剂具有长期储存的稳定，同时，为确保药剂在溶药期间水解程度低，药液中的吸附剂和混凝剂不发生混凝沉降反应，有必要加入适量的稳定剂，稳定剂占药剂重量的5%～15%。
除氟剂的使用方法是：将药剂配成2%～5%的浆料，投入水中使用。
研究中所用的除氟剂源于清华大学与南京军区联合研发的“LYH-16型快速净水粉”。将“LYH-16型快速净水粉”中的致浊剂替换为膨润土和沸石粉末，并重新优化了配方组成和比例，既可实现除氟的目标，又保证了净水剂的原料卫生性、长期储存性、加工性能、经济性等指标，是一种性能价格比较好的新型水处理药剂。
含氟地下水净化成套设备包含四个水处理单元：投药混合混凝单元、絮体动床接触吸附单元、过滤单元和精滤单元。净化能力为5m 3 /h。
投药混合混凝单元的功能是实现吸附剂、絮凝剂与水的混合反应，药剂投加到安装在进水管路上的静态混合器中，经快速混合后在1号罐进行进一步混合于反应，形成包含吸附剂细颗粒的絮凝体。
絮体动床接触吸附单元的功能是使1号罐来水中的颗粒物附着在2号罐中填充的大比表面积的滤料上，延长吸附剂在水中的停留时间，增加水中氟化物与吸附剂的碰撞概率，提高吸附剂吸附容量的利用率，待吸附剂饱和后或滤床水力阻力达到预定值后，通入空气搅动滤料床层，使饱和的“老龄絮凝体”排出2号罐。
过滤单元和精滤单元的功能是去除水中絮凝体及各类颗粒物，其中，粗滤采用彗星式纤维过滤材料，精滤采用活性炭滤料。
成套设备采用共壁的一体式设计与加工方法，材质为钢板涂卫生级涂层，阀门与管道开孔于设备同侧，使得全部操作在设备同侧完成，既减少了占地面积，又便于操作。
加药泵为工业级蠕动泵，具有计量准确、可输送含颗粒物的药剂的特点。
在2号和3号罐上安装透明水位指示管，可随时显示设备各单元的运行状况。
反冲洗用水为前级单元出水，即2号罐反冲洗水来自1号罐出水，3号罐反冲洗水来自2号罐出水。成套设备不设反冲洗储水箱和反冲洗水泵，这是本装置的突出技术特点和优点，适合农村水站的管理条件。
在设备出水管段设水质观察管段，由有机玻璃加工制成，可实时显示运行的出水情况，亦可用于观察各单元的反冲洗终点。
含氟地下水净化成套设备的处理工艺流程如图1-8所示。
图1-8含氟地下水净化成套设备的处理工艺流程图
成套设备包含投药混合混凝单元、絮体动床接触吸附单元、过滤单元和精滤单元等四个处理单元，如图1-9所示。1号罐为投药混合混凝单元，2号罐为絮体动床接触吸附单元，3号和4号罐分别为过滤单元和精滤单元。
图1-9设备结构图
单元设计参数见表1-4。管道水力计算见表1-5。供气量计算见表1-6。
表1-4 单元设计参数
续表
表1-5 管道水力计算（满流流速）
表1-6 供气量计算
药液浓度2%，加药量20～150mg/L，加药泵流量5～40L/h。
采用整体式共壁设计，罐体由四个水处理单元构成，共用一个底板（8mm厚），罐体上沿焊接角钢，各单元之间由下部开槽或上部水堰槽连接，罐体上设置总溢流管法兰，罐体外部焊接槽钢补强。
罐体材质为钢板（Q235）6mm，内壁涂卫生级UNIFLEX 1500 涂料（双组分、100%固含量聚脲弹性涂料），外壁涂抗紫外UNIFLEX 1500涂料。
罐体一侧设爬梯，以方便安装与维护操作。
罐体之上安装气体释放槽，以释放井水减压后的气泡。
成套设备的罐体构造如图1-10所示。
图1-10成套设备的罐体构造
器材与配套设备见表1-7。
表1-7 器材与配套设备
续表
用电器见表1-8。电控柜面板布置如图1-11所示。
表1-8 用电器一览表
图1-11电控柜面板布雷置
电控柜技术要求：电控柜在地面安装，电控柜外面板安装正常运行所需开关和指示灯，柜内内面板设置电器独立控制开关和指示灯等电器。
功能设置：照明开关，独立控制照明灯，接电插座（3孔），用于给各类临时设备供电，电表记电。
控制方式：电源开关和指示灯，接通和断电；输水开关和指示灯，预留接输水泵；溶药搅拌机通电状态下，加药泵开关起作用。搅拌机和空压机均独立控制。
含氟地下水净化成套设备的运行操作特点是可视性好、操作简便。图1-12是该设备运行与反冲洗图解。
设备构成图中，井水由阀1进入静态混合器，快速混合过程由两台静态混合器组成，以延长混合时间，使混合充分；药剂有静态混合器侧口注入，与原水混合后进入1号罐，沿流程依次流过2～4号罐。
图1-12设备构成图
运行时，风机停，阀2～5开，出水由出水管接储水罐，如图1-13所示。
2号罐反洗时，气阀1开，阀2和阀4开，排出反洗水，1号罐来水作为清洗用水。
3号罐反洗时，气阀2开，阀3和阀5开，排出反洗水，2号罐来水作为清洗用水。
现场试验仪是按照净化工艺设计制作的现场用仪器（见图1-14），可针对水源水质特点，现场快速试验工艺运行参数和筛选水处理剂，进而估算运行成本。
图1-13设备运行状况图
图1-14动态试验仪现场使用情况
试验现场仪主要技术参数为：总停留时间1.5～2h，处理规模18～30L/h。
投药系统：药液浓度1%，投加量20～30mg/mL，投加药剂流量0.6～15mL/min；储配药桶容积为2L。
运行参数：滤速0.8～1.5m/h，总停留时间68～112min。