[发明专利]采用絮凝剂联合纳滤膜系统去除水中砷、氟的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于膜系统去除水中有害阴离子的水处理领域，特别涉及以氧化钙为主要成分的絮凝剂联合纳滤膜系统截留水中砷、氟等致癌物质的水处理的采用絮凝剂联合纳滤膜系统去除水中砷、氟的方法及装置。

背景技术

砷和氟都是自然存在的元素，风化、溶蚀等长期地质作用使砷、氟元素从岩石矿层逐渐迁移到地下水环境中，造成地下水不同程度的砷、氟污染。含砷、氟的地下水若被作为饮用水水源，会成为砷、氟元素对人体产生和释放毒害效应的重要途径。人体摄入砷会引起皮肤的色素脱失、角质化及癌变等病症，目前包括我国在内的二十多个国家和地区前后报道了地方性砷中毒事件，受砷暴露危害的人口超过5000万。氟是人体必需的微量元素之一，但饮用水中氟的浓度在0.5-1.0mg/L范围内为宜.当饮用水缺氟时，人体易患龋齿病；但长期饮用氟浓度高于1.0mg/L的水时，会引起氟斑牙病；饮用氟浓度高于3.0mg/L以上的水，则会引起氟骨病。我国20多个省市自治区地下水含氟较高，尤其是在西北干旱地区，地下水作为主要饮用水水源，导致约有七千万人受地方性氟中毒威胁。为了控制水中砷、氟元素对人体的危害，我国通过标准的形式对水中砷、氟浓度限值进行了严格的规定：《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定饮用水中砷浓度必须低于0.01mg/L，氟浓度必须低于1.0mg/L；《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)要求三类及其以上地下水中砷浓度应该低于0.05mg/L，氟浓度应低于1.0mg/L。

目前，处理含砷、氟地下水的方法主要有混凝共沉淀、吸附/离子交换、电化学处理、膜处理等。混凝共沉淀法操作简便，但占地面积大且含砷、氟污泥生成量大；吸附/离子交换对处理水水质要求较高、吸附剂再生操作复杂；电化学处理的设备昂贵、操作水平要求高。与上述处理方法相比较，膜处理方法在地下水除砷除氟方面有独特优势：膜处理设备占地小，应用灵活，处理后的水质好。膜处理方法选用的膜种类有很多，其中纳滤膜(Nanofiltration Membrane，NF)是介于反渗透膜与超滤膜之间的一种压力驱动型膜，对水中离子和小分子物质的截留率远高于超滤膜，对跨膜压力的要求却比反渗透膜低很多，因而纳滤膜具有经济高效的优点。纳滤膜的膜层孔径在1nm左右，但水中砷酸根离子、亚砷酸根离子、氟离子的直径分别为0.78nm、0.38nm、0.26nm，均小于纳滤膜膜层平均孔径，导致纳滤膜对砷、氟截留率的范围在40-60％之间，通常多级多段纳滤膜优化组合后方能达到上述处理效果。同时，地下水中的金属阳离子和硬度等因素会加速纳滤膜表面膜垢的生成，降低砷、氟的截留效率。

因此，针对地下水砷、氟污染，开发一种能充分发挥膜系统应用灵活、处理水质好等优点，又能有效提高砷、氟等小离子截留率，延长膜组件使用寿命，降低经济成本，是目前地下水除砷除氟研究与应用工作中亟待解决的难点。

发明内容

本发明的目的是针对水中砷、氟污染物，尤其是地下水中砷、氟污染物，提供性能高效、经济可行、应用灵活的以氧化钙作絮凝剂联合纳滤膜系统去除水中砷、氟的方法及装置，其特征在于，所述采用絮凝剂联合纳滤膜系统去除水中砷、氟的方法包括：

1)采用一级平板错流式纳滤膜、二级卷式纳滤膜组成的膜系统，通过浓水自循环，减少膜垢生成、提高系统回收率；

2)以氧化钙为絮凝剂，将氧化钙投加至原水絮凝水箱中，获得氢氧化钙胶体，此时砷、氟与氢氧化钙胶体反应生成砷酸钙、氟化钙微溶化合物；

3)由增压泵将絮凝后的原水压入上述一级平板错流式纳滤膜、二级卷式纳滤膜组成的膜系统后，膜系统截留水中砷酸钙、氟化钙等难溶化合物，由于砷酸钙和氟化钙在水中不容易沉降，因此借助纳滤膜进行固水分离，极大提高除砷除氟的效率；

4)经过固水分离的淡水再经过截止阀、流量计、在线电导率仪和压力表的串联装置后输出。

所述氧化钙的投加量范围为0.1-10mmol/L；为防止空气中二氧化碳消耗水中的氢氧化钙，所述原水絮凝水箱及膜系统水箱都设计为封闭式。

所述絮凝剂联合纳滤膜系统去除水中砷、氟的装置为将原水絮凝水箱1通过增压泵3、流量计6、在线电导率仪7和压力表8的串联装置后和一级平板错流式纳滤膜组件2下层连接，一级平板错流式纳滤膜组件2上层经过流量计6连接至二级卷式纳滤膜组件4的上端，二级卷式纳滤膜组件4的右侧面连接截止阀5、流量计6、在线电导率仪7和压力表8的串联装置后输出淡水9；二级卷式纳滤膜组件4的左侧面再和一级平板错流式纳滤膜组件2下层连接后，再经过流量计6、在线电导率仪7和压力表8的串联装置连接至原水絮凝水箱1上端。