贵州织金地区农村饮水井去氟除杂水质净化系统设计

赵炳新等

摘 要：针对毕节市织金地区农村直接饮用水中氟含量严重超标以及各种悬浮污染物造成的水质恶化问题，本次研究通过水流拦砂，去氟除杂，多重净化和紫外消毒的物化处理工艺，通过试验适量降低饮用水中悬浮物及其氟污染物的含量，为当地居民饮用水安全提供一定保障，也有助于防治当地频发的氟化病。同时，这个装置设计简单，轻小便捷，价格低廉，可以在含氟较高的偏远山区得到较好的运用。此外，也可以实现资源的回收利用。

关键词：贵州织金地区；农村饮水井；去氟除杂；回收利用

引言

贵州是燃煤型氟中毒（地氟病）流行最为严重的省份， 其氟斑牙患者和氟骨症患者分别占全国的57.14%和44.44%[1]，而贵州的重病区又集中在黔西[2-3]。其中，除石煤型氟中毒外导致燃煤型氟中毒的氟主要来自于拌煤的黏土。织金地区属于岩溶较发育地区，农村饮水井水中杂质较多，同时由于当地独特的水文地质条件，造成水中含氟量远高于其他地区，给当地居民的身体健康带来了巨大的危害。长期饮用高氟水会患有氟化病，甚至会骨骼变形、关节僵硬、筋键钙化、行走困难以致瘫痪。

目前，国内外对高氟饮用水的处理做过不少研究，如人造沸石NH4Cl-FeCl3改性法、改性人造沸石吸附法、合成磷灰石等去氟工艺，但都不同程度地存在处理费用高、实用性差、氟含量难以稳定达标的问题[4-7]。同时，根据织金地区农村饮用水氟含量高、悬浮物较多，对井水处理方法不科学甚至未经过任何方法处理就直接饮用的状况。我们设计了一套便捷实用的小型去氟除杂装置-去氟除杂水质净化系统。该装置具有成本低、可控性强、原理简单，操作方便等优势，宜适用于饮用水体中氟含量高，悬浮颗粒较多的偏远农村地区。希望通过这个装置的处理，能够使当地饮用水中氟离子和杂质含量得到适量降低，给农村饮用水安全提供保障，同时提高当地居民的身体健康水平。

1 去氟除杂水质净化系统

本去氟除杂水质净化系统，主要包括“去氟-除杂一体装置”和“集水井”两部分。主要通过水流拦砂，去氟除杂和多重净化为主的物化处理方法来降低水中泥砂，悬浮物，氟元素等物质的含量。

首先，该装置对饮用水中悬浮物，泥沙进行初次过滤沉降，随后进入到去氟区域，添加适量AlCl3试剂和活性炭等物理化学方法降低水中的氟含量，同时将处理过的水进行第二次过滤沉降，最后汇集到“集水井”，供居民日常生活饮用。

2 “去氟——除杂一体装置”的工作原理

2.1 “除杂”方面

该装置在“除杂”方面主要包括两个步骤；一是将居民农村饮水井（大多数农村居民屋顶蓄集的雨水）通过输水管道输送到该装置的入口处。首先，进水处的滤网对水中的悬浮物，泥砂等杂质拦截。随后，经过初次过滤的水体就会流入到“泥砂初沉室”，此时水中漂浮物等大粒径物质相对较少，主要是一些悬浮物和泥砂，当“泥砂初沉室”里的水位达到“第一层细孔径滤网”的下边缘时，容器中的各种杂物在水流流速相对较缓，活性炭的吸附作用下将会形成较大颗粒，聚沉到水底，最后将沉淀到容器底部的污水，杂物等通过排污管排出；而中上部较干净水体通过孔径较小的滤网进入到“去氟室Ⅰ”中。

通过“去氟处理”后的水体，绝大多数大颗粒悬浮物，泥砂等杂质以及化学反应后产生的沉淀都已经在“泥砂初沉室”，“去氟室Ⅰ”和“去氟室Ⅱ”中得以去除，而对于水体中粒径很小的微小颗粒，泥砂，化学沉淀物等物质将通过位于“泥沙二沉池”壁上的由多层小孔径纱布折叠组合而成的滤网进行较深层次的二次过滤沉降，最后将处理后的水引入到“集水井”。

2.2 “去氟”方面

去氟方面主要通过在化学沉淀基础上结合混凝沉淀和吸附法来降低水中部分氟含量。目前，吸附法除氟中应用较多的吸附剂有氢氧化铝、活性氧化铝、活性氧化镁、骨炭、粉煤灰、天然沸石、聚合铝盐、活化铝等，考虑到试剂制取的难易程度，成本的高低和去氟效益。我们采用了常用的去氟吸附剂-活性氧化铝，因其吸氟效果较好，常作为含氟饮用水处理剂。活性氧化铝除氟过程的吸附机理为：Al（OH）3+6NaF=Na3AlF6+3NaOH，而当ph=6.4-7.2时，铝盐对水中氟离子的去除效果最佳。

“去氟——除杂一体化装置”中的去氟结构由“去氟室Ⅰ”和“去氟室Ⅱ”两部分组成。经过“泥砂初沉室”的水体进入到“去氟室Ⅰ”后，将会与来自于“试剂瓶”中的铝盐溶液反应，生成絮凝沉淀物自由沉降至容器底部，而水中未去除的氟将会通过中间隔板的过滤之后在“去氟室Ⅱ”中发生第二次去氟处理。每个反应室里面的隔板可以有效延长水体与试剂的接触时间，让更多的F离子与Al3+充分反应。对于沉淀在底部的杂质，小颗粒泥砂和化学沉淀物将通过容器底部的排污管排出。经过处理后，水中氟含量将会相对减少，基本符合饮用水中氟含量的标准。

3 “集水井”的功能特性

织金是典型的岩溶发育地区，地表水不易储存收集，由于水体易受到高氟粘土的影响，氟含量远高于国家生活饮用水卫生标准1.0mg.L-1.“集水井”，不仅可以消除一般水窖所面临长时间蓄水后出现的泥砂淤积，水质变差等不利因素。同时，通过“空气连通管”可以不断地与井外气体进行交换，补充O2，抑制水中厌氧生物的繁殖，避免水体出现恶臭。这样将会使井中蓄水水质在较长时间内保持良好水质。

4 实验预期效果

为了进一步了解织金饮用井水的现状，我们到织金的普翁乡、后寨苗族乡的5个村庄采集了10个直接饮用水的水样带回贵大资环学院实验室进行测定，见下表1。结果显示氟离子的浓度普遍在2.0mg/L到6.0mg/L。当井水通过去氟室Ⅰ后，AlCl3试剂与氟离子反应或活性炭对水中氟离子的吸附，一定程度上可以降低氟和其它杂质的浓度。随后，再通过去氟室Ⅱ的处理，可以达到去除水中氟离子的60%左右，目的是让饮用水中氟离子和其它杂质的浓度降至标准浓度1.0 mg/L以下，达到国家安全饮用水标准。

5 结束语

“去氟除杂水质净化系统”主要经过水流拦砂，去氟除杂和多重净化为主的水处理工艺，基本上有效降低了饮水井水体中氟化物，杂质的含量。这一水处理设备由于操作简单，经济实效，轻小便捷，不仅可以使当地居民饮用水的水质得以改善，而且也可以在一定程度上防止诸如氟斑牙，筋键钙化等疾病的发生，保障当地居民的身体健康水平。同时该设备研发思路及原理也可供其他类似地区借鉴和参考。

同时，衷心感谢在整个研发过程中，给予热心帮助的所有老师和同学。

参考文献

[1]杨宏云，李淑葵，曾平，等.北京市城区人群血脂异常的分布和相关因素分析[J].中国预防医学杂志，2002，3（4）：265-268.

[2]国家“九五”科技课题协作组.我国中年人群心血管主要危险因素流行现状及从80年代初至90年代末的变化趋势[J].中华心血管病杂志，2001，74-79.

[3]吴兆苏，姚崇华，赵冬等.11省市队列人群心血管病发病前瞻性研究[J].中华心血管病杂志，2001，29（8）：246-250.

[4]陈后兴，罗仙平，刘立良.含氟废水处理研究进展[J].四川有色金属，2006，3（1）：31-35.

[5]Lounici H，Addour L，Belhocinal D，et al，Study of a new technique for fluoride removal from water[J]. Desalination，1997，114：241-251.

[6]卢宁，高乃云，徐斌.饮用水除氟技术研究的新进展[J].四川环境，2007，26（4）：119-122.

[7]董岁明，阎英桃，董延芳.载铁改性沸石吸附法吸附剂去除含氟水中氟离子的研究[J].汉中师范学院学报：自然科学，2004，22（1）：57-60.

作者简介：赵炳新（1994-），男，汉族，籍贯：甘肃省定西市临洮县，单位：贵州大学资源与环境工程学院，专业：水文与水资源工程。

通信作者：李博（1982-），男，讲师。主要从事岩溶水文地质研究。