地下水砷氟污染引发的地方性砷氟中毒病（地砷病、地氟病）是我国常见的地方性流行病，对公共健康构成了严峻挑战。传统混凝沉淀技术受溶度积限制，难以有效地将砷氟控制到饮用水水质标准以下（10 μg/L、1 mg/L）。针对地下水砷氟深度净化难题，团队前期研制了锆系复合纳米材料，通过内圈配位等作用方式实现对水中砷氟的选择性深度去除（ES&T, 2014, 47, 9347; ES&T, 2017, 51, 13363），展现出了良好的应用前景；相关材料的规模化生产及在实际水处理中的应用验证便成了后续的重要课题。
近期，在国家重点研发计划纳米专项、国家杰出青年基金等资助下，团队完成了相关复合纳米材料吨级生产工艺的设计与运行；之后，以山西省晋中市某砷氟超标地下水为处理对象，研发了基于锆系复合纳米材料的区域饮用水砷氟深度处理工艺，并试制了处理规模50 t/d的撬装式一体化装置（图1），开展了为期半年的现场应用研究，通过运行效果、材料结构变化与循环再生性能等多种因素综合评估了复合纳米材料在地下水深度处理中的实用潜力。
图1 区域饮用水深度处理装置：(a)整体外观；(b)内部构造
现场运行结果表明，进水的砷浓度一般为100 μg/L以下，氟浓度为2-3 mg/L，且TDS高达1500 mg/L左右。经处理后出水中砷浓度低于检测限（<1 μg/L），氟浓度则一直稳定在1 mg/L以内，均满足我国生活饮用水卫生标准。再生后复合纳米材料的实际工作性能与原材料相比未出现明显变化，连续半年多运行过程中纳米颗粒的晶体结构与形貌均保持稳定。综合考量电力、药剂、人力与材料损耗等因素，基于复合纳米材料砷氟深度处理工艺的吨水成本约为0.46元，显著低于反渗透等其他深度水处理技术。上述结果有力证明了锆系复合纳米材料在高砷氟地下水深度处理中突出的实际应用潜力，为推动复合纳米材料深度水处理技术的规模化应用提供了重要参考与示范。
上述研究工作的主要参与师生包括潘丙才教授、张孝林副教授、张炜铭教授以及邓子牛、程思凯、徐念、方卓尧等多位博士、硕士研究生，江苏南大环保科技有限公司为水处理装置设计、安装与现场调试等提供了帮助，现场研究得到了应用示范地水务局、疾控中心及村委会的大力支持与配合。