我國20世紀80年代在全國范圍內(nèi)開展了“防氟改水”運動，為解決高氟地區(qū)飲水問題進行了一系列實驗及技術(shù)研究，對高氟水除氟技術(shù)的研究取得較大進展。然而限于農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟相對落后、管理和技術(shù)條件較差，近年來氟中毒回潮現(xiàn)象比較嚴重。研究一種簡單、高效、處理費用低的除氟方法具有十分重要的意義。
沸石具有較好的除氟效果，且具有綜合治理水源的功能。沸石是一種架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，在我國廣泛分布，主要含有Na、Ca以及少數(shù)sr、Ba、K、Mg等金屬離子。沸石具有獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì)，具有良好的吸附性能和離子交換性能，對氟離子有很好的吸附效果。本研究采用天然礦石——沸石作為除氟劑，研究沸石除氟條件，對比估算了其對高氟水的處理費用。
沸石用于農(nóng)村高氟水處理可行性分析
(1)沸石礦物在我國分布廣泛，廉價易得。我國目前已發(fā)現(xiàn)150多個沸石礦，分布于黑龍江、河北、內(nèi)蒙古、河南、浙江等21個省。沸石加工成的濾料在我國也有很多濾料生產(chǎn)廠家出售，濾料價格便宜，沸石價格便宜為500元/t，而骨炭為3000-4000元/t，活性氧化鋁為6000-8000元/t。
(2)活化和再生方法簡單，易于實現(xiàn)自動控制。沸石采用2的NaOH溶液以1：1體積比浸泡，沖洗干凈后用1的硫酸鋁鉀溶液1：1體積比浸泡活化；沸石的再生采用1的硫酸鋁鉀溶液1：1體積比浸泡。同時為便于管理，在農(nóng)村地區(qū)進行除氟可以采用除氟罐等成套設(shè)備，在線監(jiān)測出水的氟離子濃度，由閥門系統(tǒng)控制再生藥劑的進出，由PLC實現(xiàn)對沸石再生的自動控制。
(3)沸石有越用越好的趨勢，一次投資長久受益。通過反復(fù)使用實驗我們可以看出沸石的吸附容量隨著再生次數(shù)的增多而增加。這是其它除氟劑，如活性氧化鋁和骨炭所不能比的。因此從長期使用來看，采用沸石做除氟劑，不需要經(jīng)常更換除氟劑，這樣使用起來就較為方便，且一次投資長久受益。
(4)除氟時不需調(diào)整pH值，處理費用低廉。從不同pH值條件下的除氟試驗可以看出在pH值4～9之間，隨著pH值的增加，除氟效果降低，但在pH值7～9范圍內(nèi)，pH值對除氟效果影響不大，所以沸石除氟是不需要調(diào)整pH值。而在我國應(yīng)用較為廣泛的活性氧化鋁除氟時，pH值對除氟效果影響較大，加酸或二氧化碳使原水的pH值到5.0～6.5可以提高除氟效果。考慮到減少酸的消耗和降低成本，我國多將pH控制在6.5～7.0之間，而處理后的出水又要通過加堿的方法將pH值調(diào)整到飲用水要求的6.5～8.5范圍。加酸和加堿調(diào)整pH值的過程不僅增加藥劑的費用，同時也增加了管理的程序，這同時也是我國原有的一批高氟水處理設(shè)施沒有很好發(fā)揮除氟作用的一個原因。
除氟的費用主要包括除氟劑的費用活化與再生的藥劑費用，而對一定量的除氟劑只是在首次使用時需進行活化，活化費用相對比重較少，故在此僅考慮再生和除氟劑的費用。沸石吸附飽和后再生可采用1的硫酸鋁鉀溶液1：1體積比浸泡，計算每一周期處理1m3水的費用為0.278元。而相同條件下骨炭用1的NaOH溶液再生，然后用0.5的硫酸溶液1：1浸泡再生，活性氧化鋁采用1V0的硫酸鋁溶液1：1體積比浸泡活化，用1.5的硫酸鋁溶液1：1體積比再生。骨炭和活性氧化鋁的再生費用分別為0.490和0.300元，具體計算見表1所示。同時活性氧化鋁除氟若采用調(diào)pH值的方法，其藥劑費用將更高。由于地域的不同，進貨渠道不同，各種藥劑的費用會有所差別，本計算采用藥劑的單價見表。在價格上的優(yōu)勢越明顯。需要說明的是，沸石的除氟容量相對于骨炭和活性氧化鋁較低，探索更好的再生方法，使沸石的吸附容量充分發(fā)揮出來，還是一個有待進一步研究的問題。
(5)處理后水質(zhì)良好，飲水安全。沸石是一種天然礦物，無毒無害。經(jīng)沸石吸附處理的含氟水，出水氟離子濃度<1.0mg/，符合飲用水標準，表2是沸石除氟出水水質(zhì)情況。
從表中可以看出沸石出水檢測的各項指標均達到了飲用水衛(wèi)生標準的規(guī)定，沸石除氟后水中硫酸根離子濃度、濁度、硬度、鐵等都有一定程度的降低。用沸石對深井除氟同時對鐵、錳、砷化物、堿度、色度、硬度等均有去除作用，使水質(zhì)超標的成分(砷、鐵、錳、氟、色度、濁度)經(jīng)過沸石處理后均達到飲用水標準。
綜上可見，沸石廉價易得、除氟費用低、出水水質(zhì)安全、操作管理方便，是一種適合農(nóng)村高氟水地區(qū)的除氟方法。
