專利名稱：一種地下水除氟裝置及除氟方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于粉末羥基磷灰石的去除地下水中氟離子的裝置或方法。
背景技術(shù)：
氟中毒是世界范圍內(nèi)普遍存在的地方病，而飲用水是其重要的攝入途徑。中國是世界上氟污染最嚴(yán)重的國家之一，除上海市外，全國各省均有分布，涉及人口近億人。針對地下水的水質(zhì)特點(diǎn)，研發(fā)除氟方法是目前飲用水處理行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。目前國內(nèi)外形成的主要除氟技術(shù)主要包括混凝沉降法、活性氧化鋁吸附法、電滲析法、反滲透法、離子交換法、吸附法、骨炭吸附、沸石除氟法等，但在實(shí)際應(yīng)用過程中各種技術(shù)均存在一定的問題，使其推廣應(yīng)用存在一定的困難。針對除氟材料的研發(fā)也是強(qiáng)化除氟研究的另一個(gè)領(lǐng)域，其中包括現(xiàn)有吸附劑基礎(chǔ)上的改性、復(fù)合；新型除氟材料的研發(fā)；納米吸附材料的研發(fā)等。羥基磷灰石近期被用于地下水除氟的處理材料，并取得較好的效果。此外由于材料本身沒有毒害作用，且具有較高的除氟容量，一般可達(dá)到30mg/g以上，從而受到廣泛關(guān)注。但是粉狀羥基磷灰石在處理地下水的過程中較難回收重復(fù)利用，從而除氟容量利用率較低；近期的研究則針對粉狀羥基磷灰石存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，在粉狀料的基礎(chǔ)上研發(fā)出了球形顆粒狀濾料，從而可以在應(yīng)用使用濾柱或?yàn)V池的形式，部分解決了粉狀羥基磷灰石較難回收利用的問題。但是由于濾料粒徑相對較大，氟離子在濾料內(nèi)的遷移速度較慢，在使用一段時(shí)間后需要進(jìn)行復(fù)雜的再生工序，經(jīng)濟(jì)性并不明顯。如何方便、經(jīng)濟(jì)地充分利用羥基磷灰石的除氟容量成為制約其推廣應(yīng)用的瓶頸之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有以羥基磷灰石為基體材料的除氟技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于粉狀羥基磷灰石的地下水除氟裝置，顯著改善了除氟的效果，運(yùn)行費(fèi)用低。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于粉狀羥基磷灰石的地下水除氟方法，除氟的效果良好。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種地下水除氟裝置，從下至上依次包括進(jìn)水單元、澄清單元、過濾單元。三部分有機(jī)結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)對地下水中氟離子的高效經(jīng)濟(jì)去除，并保障裝置出水的水質(zhì)。進(jìn)水單元包括進(jìn)水管、混凝劑投加口、粉末羥基磷灰石投加口以及布水裝置。各試劑及原水在布水裝置內(nèi)充分混合；
混凝劑選用鋁系混凝劑，如聚合氯化鋁、硫酸鋁，投加量控制在5-20mg/L之間。混凝劑投加的主要作用是將粉末羥基磷灰石有效凝聚起來，氟離子的去除僅是其附帶作用，這不同于混凝沉淀除氟法中混凝劑的作用。羥基磷灰石可選用天然的或人工合成的羥基磷灰石，尺寸采用微米級的或者更小粒徑，從而具有較高的除氟容量，且吸附的氟離子遷移過程較快，可在較短的接觸時(shí)間內(nèi)充分利用其除氟容量；投加量根據(jù)需去除氟離子數(shù)量確定，一般在8(T200mg/L之間。澄清單元的懸浮泥渣層主要由混凝劑和羥基磷灰石粉末形成的絮體組成，并在泥渣區(qū)上部設(shè)置泥渣排除口用于排除上部對氟離子沒有去除作用的泥渣，保證泥渣層厚度穩(wěn)定在0. 8 I. 2 m左右。懸浮泥渣層中的羥基磷灰石粉末和混凝劑水解產(chǎn)物共同實(shí)現(xiàn)對氟離子的去除，并通過泥渣層的高度來保證反應(yīng)所需的接觸時(shí)間。過濾單元中填充的濾料采用石英砂級配濾料，粒徑范圍為0. 5 I. 0 mm，有效粒徑dio為0. 8mm,不均勻系數(shù)K80為I. 3，濾料厚度在0. 8m以上，且采用上向流過濾方式，濾速控制在8 12 m / h之間。一種去除地下水氟離子的方法，其特征在于原水、混凝劑、粉末羥基磷灰石分別 經(jīng)進(jìn)水管、混凝劑投加口、粉末羥基磷灰石投加口在進(jìn)水單元的布水裝置混合后上行，輸入澄清單元；在澄清單元經(jīng)懸浮泥渣層澄清后從頂部濾板輸至過濾單元，泥渣排除口用于保持澄清池泥渣層厚度穩(wěn)定；在過濾單元經(jīng)濾料過濾后從出水口排出。前述的去除地下水氟離子的方法，其特征在于進(jìn)水單元的混凝劑選用鋁系混凝齊IJ，投加量控制在5-20mg/L之間；羥基磷灰石可選用天然的或人工合成的羥基磷灰石，尺寸采用微米級或者納米級，投加量根據(jù)需去除氟離子數(shù)量確定。前述的去除地下水氟離子的方法，其特征在于澄清單元的懸浮泥渣層主要由混凝劑和羥基磷灰石粉末形成的絮體組成，厚度在0. 8 I. 2 m。前述的去除地下水氟離子的方法，其特征在于過濾單元的濾料采用級配石英砂濾料；粒徑范圍為0. 5 I. 0 mm，有效粒徑dlO為0. 8mm，不均勻系數(shù)K80為I. 3，濾料厚度在0. 8m以上，濾速控制在8 12 m / h之間。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
(1)采用懸浮澄清泥渣的形式，利用混凝劑與無毒的粉末羥基磷灰石的協(xié)同作用來去除水中的氟離子，最后利用上向流過濾方式來截留殘余的粉末羥基磷灰石和微小絮體，處理過程中基本沒有水質(zhì)的明顯變化，處理后不需重新調(diào)節(jié)水質(zhì)，工藝簡單，且出水水質(zhì)有保障；
(2)經(jīng)濟(jì)、有效、安全地去除地下水中的氟離子。將氟離子初始濃度為5mg/L的水處理至國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來考慮，其實(shí)際運(yùn)行成本約為0. 5 0. 8元/ m 3，噸水投資成本約在200元-400元之間。(3)結(jié)合目前地下水取用工程的實(shí)際情況，本裝置可設(shè)計(jì)成帶壓運(yùn)行方式，方便與地下水井取水泵出口、供水管網(wǎng)入口連接。


圖I為本發(fā)明地下水除氟裝置的示意 其中1_進(jìn)水單元、2-澄清單元、3-過濾單元、11-進(jìn)水口、12-混凝劑投加口、13-羥基磷灰石投加口、14-布水裝置、21-懸浮泥渣層、22-泥渣排除口、31-濾料、33-定時(shí)排氣閥、34-法蘭。
具體實(shí)施方式
I
參照圖I所示，一種基于粉末羥基磷灰石的地下水除氟裝置，自下至上依次包括進(jìn)水單元I、澄清單元2、過濾單元3。
進(jìn)水單元包括進(jìn)水口 11、混凝劑投加口 12、粉末羥基磷灰石投加口 13以及布水裝置14?；炷齽⒎勰┝u基磷灰石、原水在布水裝置內(nèi)充分混合；混凝劑選用鋁系混凝劑，投加量控制在5-20mg/L之間。澄清單元2的懸浮泥渣層21主要由混凝劑和羥基磷灰石粉末形成的絮體組成，并在泥渣區(qū)上部設(shè)置泥渣排除口 22用于排除上部對氟離子沒有去除作用的泥渣，保證泥渣層厚度穩(wěn)定在0. 8 I. 2 m左右。懸浮泥渣層中的羥基磷灰石粉末和混凝劑水解產(chǎn)物共同實(shí)現(xiàn)對氟離子的去除，并通過泥渣層的高度來保證反應(yīng)所需的接觸時(shí)間。過濾單元3中填充的濾料 31采用級配石英砂濾料，粒徑范圍為0. 5 I. 0 mm,有效粒徑dlO為0. 8mm，不均勻系數(shù)K80為I. 3，濾料厚度在0. 8m以上，且采用上向流過濾方式，濾速控制在8 12 m/ h之間。過濾單元的濾板采用法蘭34固定在裝置內(nèi)側(cè)，且過濾單元的頂部設(shè)置定時(shí)排氣閥33。實(shí)施例I
混凝劑采用硫酸鋁，投加量選用20mg/L ;羥基磷灰石采用微米級粉末，投加量采用80mg/L ;懸浮泥洛層厚度采用0. 8 m ;石英砂采用級配石英砂濾料,有效粒徑dlO為0. 8mm,不均勻系數(shù)K80為I. 3，濾料厚度在0. 8m,濾速10 m /h。地下水氟離子初始濃度為5 mg/L，裝置出水氟離子濃度降低至0.8 mg/L。實(shí)施例2
混凝劑采用硫酸鋁，投加量選用10 mg/L;羥基磷灰石采用微米級粉末，投加量采用100mg/L ;懸浮泥渣層厚度采用I. 0 m ;石英砂采用級配石英砂濾料，有效粒徑dlO為
0.8mm,不均勻系數(shù)K80為I. 3，濾料厚度在I. Om,濾速8 m /h。地下水氟離子初始濃度為
3.6mg/L,裝置出水氟離子濃度降低至0. 7 mg/L。實(shí)施例3
混凝劑采用聚合氯化鋁，投加量選用5mg/L ;羥基磷灰石采用微米級粉末，投加量采用200mg/L ;懸浮泥渣層厚度采用I. 2 m ;石英砂采用級配石英砂濾料，有效粒徑dlO為
0.8mm,不均勻系數(shù)K80為I. 3，濾料厚度在I. 2m，濾速12 m /h。地下水氟離子初始濃度為
4.0mg/L,裝置出水氟離子濃度降低至0. 53 mg/L。實(shí)施例1-3濾池出水經(jīng)消毒后進(jìn)入供水管網(wǎng)，水質(zhì)情況如表I。表I經(jīng)基于羥基磷灰石的地下水除氟方法處理后的水質(zhì)情況
實(shí)施例編號11 |2 |3
氟離子初始濃度(mg/L)_5. I 4. 8 4. 5
出水中氟離子濃度(mg/L)_0. 80 0. 7 0. 53
由表I可以看出，經(jīng)本發(fā)明所涉及的方法處理后，可有效降低地下水中氟離子含量，出
水中氟離子含量可降低至I mg/L以下。
權(quán)利要求
1.一種地下水除氟裝置，其特征在于從下至上依次包括進(jìn)水單元、澄清單元、過濾單元；進(jìn)水單元包括進(jìn)水管、混凝劑投加口、粉末羥基磷灰石投加口以及布水裝置；各試劑及原水在布水裝置內(nèi)充分混合；澄清單元內(nèi)設(shè)置懸浮泥渣層，在懸浮泥渣區(qū)上部設(shè)置泥渣排除口 ；過濾單元中填充石英砂級配濾料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地下水除氟裝置，其特征在于進(jìn)水單元的混凝劑為鋁系混凝齊IJ，投加量5-20mg/L ;羥基磷灰石為天然的或人工合成的羥基磷灰石，尺寸采用微米級或者納米級，投加量根據(jù)需去除氟離子數(shù)量確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地下水除氟裝置，其特征在于澄清單元的懸浮泥渣層是由混凝劑和羥基磷灰石粉末形成的絮體組成，厚度在0. 8 I. 2 m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地下水除氟裝置，其特征在于過濾單元的濾料采用級配石英砂濾料；粒徑范圍為0. 5 I. 0mm，有效粒徑為0. 8mm，不均勻系數(shù)為I. 3，濾料厚度在0. 8m以上，濾速控制在8 12 m / h之間。
5.一種去除地下水氟離子的方法，其特征在于原水、混凝劑、粉末羥基磷灰石分別經(jīng)進(jìn)水管、混凝劑投加口、粉末羥基磷灰石投加口在進(jìn)水單元的布水裝置混合后上行，輸入澄清單元；在澄清單元經(jīng)懸浮泥渣層澄清后從頂部濾板輸至過濾單元；在過濾單元經(jīng)濾料過濾后從出水口排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的去除地下水氟離子的方法，其特征在于進(jìn)水單元的混凝劑選用鋁系混凝劑，投加量控制在5-20mg/L之間；羥基磷灰石可選用天然的或人工合成的羥基磷灰石，尺寸采用微米級或者納米級，投加量根據(jù)需去除氟離子數(shù)量確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的去除地下水氟離子的方法，其特征在于澄清單元的懸浮泥渣層主要由混凝劑和羥基磷灰石粉末形成的絮體組成，厚度在0. 8 I. 2 m。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的去除地下水氟離子的方法，其特征在于過濾單元的濾料采用級配石英砂濾料；粒徑范圍為0. 5 I. 0 mm,有效粒徑為0. 8mm,不均勻系數(shù)為I. 3,濾料厚度在0.8m以上，濾速控制在8 12 m/ h之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地下水除氟裝置及除氟方法，除氟裝置從下至上依次包括進(jìn)水單元、澄清單元、過濾單元；進(jìn)水單元包括進(jìn)水管、混凝劑投加口、粉末羥基磷灰石投加口以及布水裝置；各試劑及原水在布水裝置內(nèi)充分混合；澄清單元內(nèi)設(shè)置懸浮泥渣層，在懸浮泥渣區(qū)上部設(shè)置泥渣排除口；過濾單元中填充濾料。原水、混凝劑、粉末羥基磷灰石分別經(jīng)進(jìn)水管、混凝劑投加口、粉末羥基磷灰石投加口在進(jìn)水單元的布水裝置混合后上行，輸入澄清單元；在澄清單元經(jīng)懸浮泥渣層澄清后從頂部濾板輸至過濾單元，剩余泥渣由泥渣排除口排出；在過濾單元經(jīng)濾料過濾后從出水口排出。本發(fā)明經(jīng)濟(jì)、有效、安全地去除地下水中的氟離子，不需重新調(diào)節(jié)水質(zhì)，工藝簡單，且出水水質(zhì)有保障。
文檔編號C02F1/28GK102616966SQ20121010297
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者劉成, 張謙, 李俊林, 陳衛(wèi) 申請人:河海大學(xué)