[发明专利]一种用于水中除氟的动态膜反应器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于水中除氟的动态膜反应器及其制备方法，所述用于水中除氟的动态膜反应器包括平板陶瓷超滤膜，所述平板陶瓷超滤膜的表面及其内部孔道附着有动态膜层，所述动态膜层为磷酸钙纳米颗粒层。采用本发明的技术方案，除氟效果好，水质稳定，氟离子含量≤1 mg/L；动态膜层能提高超滤膜的过滤精度，对水中的细菌、藻类、寄生虫、泥沙等物质的截留效果优于单独用超滤膜过滤。同时还能减少废弃物的产生并降低处理难度，不会对饮用水造成二次污染。整体投资和运行成本低，吨水处理成本低，耗费人力少，降低了处理成本。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种用于水中除氟的动态膜反应器及其制备方法。

背景技术

氟是人体必需的微量元素，但人们长期饮用含氟量高的水会损害牙齿和骨骼，严重的可以引起氟骨症，目前高含氟水在我国分布广泛，已经影响到人们身体健康，我国饮用水卫生标准规定氟化物标准为1.0mg/L。

当前，饮用水除氟的传统方式主要采用石灰沉淀法，来去除饮用水中的氟离子，此过程中伴随着Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和污泥的沉淀和絮凝。除此之外，还可通过离子交换法、反渗透法和电化学法等方法去除饮用水中过量的氟离子。然而以上方法中最大的缺点是操作成本和维护费用高，而且常常会产生二次污染。絮凝沉淀法可以简单、有效地去除水中的氟离子，然而水中残余氟离子超标，只适用于高浓度含氟废水；反渗透膜过滤法不需要其他添加剂，然而投资费用和处理成本高，且常常出现膜脱离或降解；电化学方法同样存在安装和维修成本高的问题。

吸附法是一种重要的物理化学方法，因操作简单、效率高，可去除低浓度污染物质，在含氟水处理中获得了较多应用，吸附剂主要有天然矿物吸附剂、金属氧化物吸附剂、生物质类吸附剂、类水滑石类吸附剂、离子交换树脂吸附和废物利用吸附剂等；然而吸附法需要处理大量废弃的吸附材料，后处理措施是一大难题。以氟离子浓度为5mg/L、日处理量为100吨的饮用水净化工程为例，采用目前最成熟的活性氧化铝作为吸附剂，活性氧化铝的实际氟离子吸附容量为1-3mg/g，要将此饮用水处理至氟离子浓度为标准的1mg/L，则每天最少需要投加133kg活性氧化铝，计入再生的吸附容量也需要60kg左右，且进行再生需要使用酸碱溶液，此过程耗费大量的人力和水，每吨水的处理成本约2-5元，另外活性氧化铝会释放出Al³⁺，常年累积将导致人体重金属中毒。

现有公开文献中有采用碳酸钙与磷酸钙结合除氟的方法，其除氟效率为1.1mg/g，与活性氧化铝的吸附效率相当，但是无法再生，同样处理3000吨氟离子浓度为5mg/L的饮用水将产生15000kg废弃物，在成本和效率上无明显优势。而羟基磷灰石的吸附量在5-10mg/L，是活性氧化铝的5倍以上，但是羟基磷灰石的造价成本高，因此只停留于实验阶段，无法进行大规模的推广。

总的来说，目前针对饮用水没有很好的即具有较高的除氟效率，同时废弃物又较少的方案。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种用于水中除氟的动态膜反应器及其制备方法，采用该动态膜反应器，提高了处理效率，减少废弃物的产生并降低处理难度，适用于广大农村地区的饮用水净化除氟。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种用于水中除氟的动态膜反应器，其包括平板陶瓷超滤膜，所述平板陶瓷超滤膜的表面及其内部孔道附着有动态膜层，所述动态膜层为磷酸钙纳米颗粒层。其中，动态膜层具有除氟功能，超滤膜和动态膜层共同发挥截留效果。