锆盐强化混凝技术同步去除饮用水中的氟化物(F-)与消毒副产物(DBPs)前体研究

针对地下水中氟化物(F-)与有机污染物共存导致的水处理难题，研究人员系统评估了新型锆盐(Zr)混凝剂与传统铝盐(Alum)在宽pH范围内的协同去除效能。结果表明，Zr盐在pH 4.5-8.5条件下可实现F-去除率41.8%-94.2%，且残余金属浓度(<0.05 mg/L)显著低于Alum，同时使消毒副产物(DBPs)生成潜势及毒性降低43.1%和41.8%。该研究为饮用水处理中同步控制无机氟污染与有机毒害物提供了创新解决方案。

　　

随着工业化进程加速，全球多地地下水面临氟化物(F^-)与有机污染物的双重威胁。中国西部、坦桑尼亚北部等地区的地下水中，氟浓度常超过世界卫生组织(WHO)1.5 mg/L的限值，长期饮用会导致氟斑牙、佝偻病等典型地方病。更严峻的是，伴随农业径流和工业废水渗入的有机污染物，在传统氯化消毒过程中会生成具有致癌风险的消毒副产物(DBPs)。现有处理技术如活性炭吸附和膜分离虽有效但成本高昂，而常规铝盐混凝剂对低分子量(LMW)有机物和宽pH范围的氟去除效率有限。

针对这一难题，中国研究人员在《Journal of Environmental Sciences》发表研究，首次系统比较了新型锆盐(ZrOCl₂·8H₂O)与传统硫酸铝(Alum)的协同净化性能。通过系列混凝实验结合Zeta电位、分子量分布等表征手段，发现Zr盐在pH 4.5时通过静电吸附和离子交换机制实现64.8%的F^-去除率，且残余锆浓度(<0.05 mg/L)仅为铝盐的1/2。更突破性的是，其对溴代消毒副产物(Br-DBPs)前体的高效截留，使DBPs总体毒性降低41.8%，这归因于Zr水解产物对腐殖酸和小分子有机酸的特异性吸附能力。

关键技术方法包括：1) 多参数(pH 4.5-8.5，剂量梯度)混凝对比实验；2) 采用超滤分级和三维荧光分析有机物组分变化；3) 通过气相色谱-质谱(GC-MS)量化28种DBPs的生成潜势；4) 基于IC₅₀值的毒性当量计算模型。

Coagulation performance in removing F^-
实验显示，Zr盐在pH 4.5-8.5范围内保持稳定的F^-去除效率(41.8%-94.2%)，显著优于铝盐在酸性条件下的失效现象。X射线光电子能谱(XPS)证实F^-通过取代Zr-OH基团中的羟基形成Zr-F键。

Conclusions
该研究证实Zr盐混凝能同步解决饮用水处理中无机氟污染与有机毒害物控制两大难题。其环境友好性(低金属残留)和对高毒性Br-DBPs前体的靶向去除特性，为发展中国家高氟-有机复合污染地区提供了经济可行的技术选择。研究团队特别指出，未来应关注Zr基混凝剂在实际水厂中的长期运行稳定性及其对新兴DBPs的控制潜力。