貴州織金地區農村飲水井去氟除雜水質凈化系統設計

趙炳新等

摘 要：針對畢節市織金地區農村直接飲用水中氟含量嚴重超標以及各種懸浮污染物造成的水質惡化問題，本次研究通過水流攔砂，去氟除雜，多重凈化和紫外消毒的物化處理工藝，通過試驗適量降低飲用水中懸浮物及其氟污染物的含量，為當地居民飲用水安全提供一定保障，也有助于防治當地頻發的氟化病。同時，這個裝置設計簡單，輕小便捷，價格低廉，可以在含氟較高的偏遠山區得到較好的運用。此外，也可以實現資源的回收利用。

關鍵詞：貴州織金地區；農村飲水井；去氟除雜；回收利用

引言

貴州是燃煤型氟中毒（地氟病）流行最為嚴重的省份， 其氟斑牙患者和氟骨癥患者分別占全國的57.14%和44.44%[1]，而貴州的重病區又集中在黔西[2-3]。其中，除石煤型氟中毒外導致燃煤型氟中毒的氟主要來自于拌煤的黏土。織金地區屬于巖溶較發育地區，農村飲水井水中雜質較多，同時由于當地獨特的水文地質條件，造成水中含氟量遠高于其他地區，給當地居民的身體健康帶來了巨大的危害。長期飲用高氟水會患有氟化病，甚至會骨骼變形、關節僵硬、筋鍵鈣化、行走困難以致癱瘓。

目前，國內外對高氟飲用水的處理做過不少研究，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藝，但都不同程度地存在處理費用高、實用性差、氟含量難以穩定達標的問題[4-7]。同時，根據織金地區農村飲用水氟含量高、懸浮物較多，對井水處理方法不科學甚至未經過任何方法處理就直接飲用的狀況。我們設計了一套便捷實用的小型去氟除雜裝置-去氟除雜水質凈化系統。該裝置具有成本低、可控性強、原理簡單，操作方便等優勢，宜適用于飲用水體中氟含量高，懸浮顆粒較多的偏遠農村地區。希望通過這個裝置的處理，能夠使當地飲用水中氟離子和雜質含量得到適量降低，給農村飲用水安全提供保障，同時提高當地居民的身體健康水平。

1 去氟除雜水質凈化系統

本去氟除雜水質凈化系統，主要包括“去氟-除雜一體裝置”和“集水井”兩部分。主要通過水流攔砂，去氟除雜和多重凈化為主的物化處理方法來降低水中泥砂，懸浮物，氟元素等物質的含量。

首先，該裝置對飲用水中懸浮物，泥沙進行初次過濾沉降，隨后進入到去氟區域，添加適量AlCl3試劑和活性炭等物理化學方法降低水中的氟含量，同時將處理過的水進行第二次過濾沉降，最后匯集到“集水井”，供居民日常生活飲用。

2 “去氟——除雜一體裝置”的工作原理

2.1 “除雜”方面

該裝置在“除雜”方面主要包括兩個步驟；一是將居民農村飲水井（大多數農村居民屋頂蓄集的雨水）通過輸水管道輸送到該裝置的入口處。首先，進水處的濾網對水中的懸浮物，泥砂等雜質攔截。隨后，經過初次過濾的水體就會流入到“泥砂初沉室”，此時水中漂浮物等大粒徑物質相對較少，主要是一些懸浮物和泥砂，當“泥砂初沉室”里的水位達到“第一層細孔徑濾網”的下邊緣時，容器中的各種雜物在水流流速相對較緩，活性炭的吸附作用下將會形成較大顆粒，聚沉到水底，最后將沉淀到容器底部的污水，雜物等通過排污管排出；而中上部較干凈水體通過孔徑較小的濾網進入到“去氟室Ⅰ”中。

通過“去氟處理”后的水體，絕大多數大顆粒懸浮物，泥砂等雜質以及化學反應后產生的沉淀都已經在“泥砂初沉室”，“去氟室Ⅰ”和“去氟室Ⅱ”中得以去除，而對于水體中粒徑很小的微小顆粒，泥砂，化學沉淀物等物質將通過位于“泥沙二沉池”壁上的由多層小孔徑紗布折疊組合而成的濾網進行較深層次的二次過濾沉降，最后將處理后的水引入到“集水井”。

2.2 “去氟”方面

去氟方面主要通過在化學沉淀基礎上結合混凝沉淀和吸附法來降低水中部分氟含量。目前，吸附法除氟中應用較多的吸附劑有氫氧化鋁、活性氧化鋁、活性氧化鎂、骨炭、粉煤灰、天然沸石、聚合鋁鹽、活化鋁等，考慮到試劑制取的難易程度，成本的高低和去氟效益。我們采用了常用的去氟吸附劑-活性氧化鋁，因其吸氟效果較好，常作為含氟飲用水處理劑。活性氧化鋁除氟過程的吸附機理為：Al（OH）3+6NaF=Na3AlF6+3NaOH，而當ph=6.4-7.2時，鋁鹽對水中氟離子的去除效果最佳。

“去氟——除雜一體化裝置”中的去氟結構由“去氟室Ⅰ”和“去氟室Ⅱ”兩部分組成。經過“泥砂初沉室”的水體進入到“去氟室Ⅰ”后，將會與來自于“試劑瓶”中的鋁鹽溶液反應，生成絮凝沉淀物自由沉降至容器底部，而水中未去除的氟將會通過中間隔板的過濾之后在“去氟室Ⅱ”中發生第二次去氟處理。每個反應室里面的隔板可以有效延長水體與試劑的接觸時間，讓更多的F離子與Al3+充分反應。對于沉淀在底部的雜質，小顆粒泥砂和化學沉淀物將通過容器底部的排污管排出。經過處理后，水中氟含量將會相對減少，基本符合飲用水中氟含量的標準。

3 “集水井”的功能特性

織金是典型的巖溶發育地區，地表水不易儲存收集，由于水體易受到高氟粘土的影響，氟含量遠高于國家生活飲用水衛生標準1.0mg.L-1.“集水井”，不僅可以消除一般水窖所面臨長時間蓄水后出現的泥砂淤積，水質變差等不利因素。同時，通過“空氣連通管”可以不斷地與井外氣體進行交換，補充O2，抑制水中厭氧生物的繁殖，避免水體出現惡臭。這樣將會使井中蓄水水質在較長時間內保持良好水質。

4 實驗預期效果

為了進一步了解織金飲用井水的現狀，我們到織金的普翁鄉、后寨苗族鄉的5個村莊采集了10個直接飲用水的水樣帶回貴大資環學院實驗室進行測定，見下表1。結果顯示氟離子的濃度普遍在2.0mg/L到6.0mg/L。當井水通過去氟室Ⅰ后，AlCl3試劑與氟離子反應或活性炭對水中氟離子的吸附，一定程度上可以降低氟和其它雜質的濃度。隨后，再通過去氟室Ⅱ的處理，可以達到去除水中氟離子的60%左右，目的是讓飲用水中氟離子和其它雜質的濃度降至標準濃度1.0 mg/L以下，達到國家安全飲用水標準。

5 結束語

“去氟除雜水質凈化系統”主要經過水流攔砂，去氟除雜和多重凈化為主的水處理工藝，基本上有效降低了飲水井水體中氟化物，雜質的含量。這一水處理設備由于操作簡單，經濟實效，輕小便捷，不僅可以使當地居民飲用水的水質得以改善，而且也可以在一定程度上防止諸如氟斑牙，筋鍵鈣化等疾病的發生，保障當地居民的身體健康水平。同時該設備研發思路及原理也可供其他類似地區借鑒和參考。

同時，衷心感謝在整個研發過程中，給予熱心幫助的所有老師和同學。

參考文獻

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作者簡介：趙炳新（1994-），男，漢族，籍貫：甘肅省定西市臨洮縣，單位：貴州大學資源與環境工程學院，專業：水文與水資源工程。

通信作者：李博（1982-），男，講師。主要從事巖溶水文地質研究。