[发明专利]一种用于去除地下水中氟离子的设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于地下水净化领域，特别涉及一种用于去除地下水中氟离子的设备，还涉及利用该装置除氟离子的方法。

背景技术

中国的地下水污染状况复杂，除上海市外，全国各省均存在地下水污染问题，涉及人口近亿人。特别是摄入饮用水中的氟后导致的氟中毒，是世界范围内的严重问题。

现有地下水除氟技术主要包括混凝沉降法、活性氧化铝吸附法、电渗析法、反渗透法、离子交换法、吸附法、骨炭吸附以及沸石除氟法等，但在实际应用过程中各种技术均存在一定的问题，使其推广应用存在一定的困难。CN200510013656.8公开了一种铝盐混凝微滤联合除氟方法，即将混凝剂、碱液混合投加形成絮体去除氟离子后利用微滤膜分离絮体。然而该方法在应用中去除氟离子需要的铝盐混凝剂的量非常大，因此不仅铝离子去除困难并导致成本增加，同时出水中铝离子含量超标的几率很大，此外由于高氟水中的pH较高，碱液的投加不利于混凝剂的水解及氟离子的去除。

羟基磷灰石为近期被用于地下水除氟的一种效果良好的新材料，由于材料本身没有毒害作用受到广泛关注。羟基磷灰石的形式包括粉状料和球形颗粒状滤料，并在一些实际工程中得到应用。然而，如何充分利用羟基磷灰石的吸附容量成为制约其推广应用的瓶颈之一。CN201210102971公开了一种地下水除氟装置及方法，即将粉状羟基磷灰石、混凝剂混合使用通过两者形成的絮体构建澄清单元，实现了粉状羟基磷灰石的回收利用，同时显著减少了混凝剂的使用量，降低了出水中铝离子超标的几率。然而，该方法为降低铝离子超标的几率，除氟过程中pH需控制在7.6±0.2左右，而在此pH值范围并非粉状羟基磷灰石的最佳除氟pH范围，造成系统除氟效率较低，成本增高。此外，采用了上向流过滤作为控制出水悬浮物的屏障，从而需要严格控制装置进水的流量以确保出水悬浮物满足出水水质要求。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种铝盐使用量少、除氟效率高的用于去除地下水中氟离子的设备。

本发明的第二目的是提供一种利用该装置有效除氟的方法。

技术方案：本发明提供的用于去除地下水中氟离子的设备，包括进水装置、反应装置、超滤装置和曝气装置，所述进水装置设于反应装置上，所述进水装置上设有物料投加装置，所述超滤装置设于反应装置内，所述曝气装置设于反应装置底部并通过曝气装置上的曝气孔曝气，所述超滤装置上设有出水管，所述出水管上设有第一水泵。

其中，所述物料投加装置包括铝盐投加装置、粉状羟基磷灰石投加装置、酸液投加装置和碱液投加装置；各种物料投加采用不同的投加装置，避免物料之间互相污染导致条件控制不准确。

作为本发明用于去除地下水中氟离子的设备的一种改进，还包括次氯酸投加装置，所述次氯酸投加装置设于反应装置上。

作为本发明用于去除地下水中氟离子的设备的另一种改进，所述进水装置包括两端开口的进水管以及依次设于进水管上的水泵、物料投加装置和管式混合器。

作为本发明用于去除地下水中氟离子的设备的另一种改进，所述超滤装置为浸没式超滤膜，所述超滤装置截留分子的分子量小于或等于10KDa，且超滤装置膜通量小于50L/m².h。

作为本发明用于去除地下水中氟离子的设备的另一种改进，所述曝气装置为辐射状布置的穿孔管，所述穿孔管的孔径为3-4mm；所述曝气孔为一组曝气孔，并设于穿孔管底部，其数量由中心向四周递减。

作为本发明用于去除地下水中氟离子的设备的另一种改进，还包括穿孔导流板，所述穿孔导流板设于反应装置内，所述超滤装置设于穿孔导流板内。

本发明还提供了一种利用上述地下水除氟装置除氟的方法，包括以下步骤：

（1）利用物料投加装置分别投加铝盐、粉状羟基磷灰石以及用于调节pH的酸液或碱液进入进水管内，同时将地下水泵入进水管内，在地下水的推动下酸液或碱液、铝盐和粉状羟基磷灰石、在管式混合器内混匀得混合物并进入反应装置内；

（2）混合物在反应装置内完成除氟反应过程，主要为铝盐和地下水中的氟离子在反应装置内发生络合反应以及粉状羟基磷灰石吸附氟离子；从而一方面使达到反应装置混合搅拌搅拌的效果使反应更迅速，同时由于曝气孔的数量由内向外递减达到不同位置曝气强度不同的效果，从而促使水流在反应装置内形成环流；监控混合物pH并利用物料投加装置加入酸液或碱液调pH，同时利用物料投加装置加入次氯酸，以利于超滤装置的稳定运行并维持处理后水的持续消毒效果；得反应液；

（3）反应液经超滤装置超滤即得除氟后地下水。