專利名稱：鋁鹽混凝微濾聯(lián)合除氟方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種除氟技術(shù)，確切地說是以地下水或地表水作水源生產(chǎn)飲用水時(shí)去除其中的氟化物。
背景技術(shù)：
工業(yè)發(fā)展和人類活動(dòng)加快了自然界的氟污染。工礦企業(yè)向自然水體排放大量的含氟廢物，火山爆發(fā)噴出的氟化氫隨雨水進(jìn)入水體或土壤，水在徑流和下滲過程中溶解土壤中的含氟礦物質(zhì)，造成地表水和地下水的氟含量超標(biāo)。氟是人體必需的一種微量元素，能夠促進(jìn)骨骼和牙齒的發(fā)育，但長期飲用含氟超標(biāo)的飲用水則會(huì)導(dǎo)致氟骨癥，我國的生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氟的含量不超過1.0mg/L。我國很多地方尤其是北方地區(qū)高氟水分布廣泛，受其影響的人群大約有4500萬，氟骨癥已成為我國的一種主要地方病。常用的除氟方法有骨碳、活性氧化鋁吸附、鋁鹽混凝等，但骨碳、活性氧化鋁需要頻繁再生，操作復(fù)雜，排放大量的清洗廢液；常規(guī)的鋁鹽混凝后殘余大量的鋁離子，引起人們對健康的擔(dān)心。其它的方法，如反滲透、電滲析等成本很高，不利于推廣。本發(fā)明提出將鋁鹽混凝和微濾聯(lián)用，費(fèi)用低，操作簡單方便，自動(dòng)化程度高，又能保證處理后水中的鋁含量達(dá)標(biāo)，是一種非常實(shí)用的除氟方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁鹽混凝微濾聯(lián)合的方法來去除飲用水中的氟化物，使其含量滿足生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
本發(fā)明采用鋁鹽混凝和中空纖維膜微濾組件過濾，除氟通過以下步驟完成(1)以間歇方式向混凝反應(yīng)器中同時(shí)投加鋁鹽混凝劑和堿溶液；(2)鋁鹽投加量由原水中的氟和污染物含量確定，當(dāng)投加的鋁鹽全部用于除氟時(shí)，去除單位質(zhì)量的氟至少需投加的鋁鹽量(以Al3+計(jì))為7.2gAl/gF；堿溶液投加量取決于原水的pH值和鋁鹽投加量，目的是在反應(yīng)過程中維持膜分離器中混合液的pH值在6.0～6.7之間(必要時(shí)使用在線酸度計(jì)調(diào)控)，以達(dá)到最佳的除氟效果；(3)混凝反應(yīng)器以曝氣或攪拌等方式、膜分離器以曝氣方式提供一定的紊動(dòng)，使鋁鹽水解混凝并與原水中的氟化物充分接觸反應(yīng)，形成的絮凝體通過中空纖維膜過濾去除，從而達(dá)到除氟的目的。鋁鹽混凝劑為硫酸鋁、氯化鋁和聚合鋁等。堿溶液可以是氫氧化鈉、氫氧化鈣和碳酸鈉等。
本發(fā)明的有益效果在于在生產(chǎn)飲用水時(shí)，向含氟原水中投加適量的鋁鹽和堿溶液，能夠使處理后水中殘余的氟和鋁含量滿足生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對降低我國氟骨癥的發(fā)病率有重要意義。該方法自動(dòng)化程度高，操作簡單方便，運(yùn)行費(fèi)用低，水資源的利用率高；基于該方法的反應(yīng)器可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成固定式或移動(dòng)式，設(shè)計(jì)規(guī)模也可以靈活選取，非常適用于農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)以及野外供水或突發(fā)事件的臨時(shí)給水。
具體實(shí)施例方式
膜反應(yīng)器采用中空纖維微濾膜組件，對本實(shí)施例膜的公稱孔徑為0.22μm，有效面積為0.5m2，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)流量為15L/h，總停留時(shí)間為40分鐘。混凝反應(yīng)器的氣水比為5∶1，水力停留時(shí)間為10分鐘；膜分離器的氣水比為15∶1、水力停留時(shí)間為30分鐘；反應(yīng)器間歇出水，在每10分鐘的循環(huán)中，出水8分鐘，空曝2分鐘。膜反應(yīng)器采用間歇運(yùn)行，每天運(yùn)轉(zhuǎn)8小時(shí)。具體操作過程為在PLC(可編程控制器)控制下，提升泵和計(jì)量泵分別將原水、鋁鹽混凝劑和堿溶液加入混凝反應(yīng)器，鋁鹽在其中進(jìn)行水解、混凝后，混凝反應(yīng)器中的水靠重力或水泵提升進(jìn)入膜分離器；在膜分離器中，水中的氟化物與氫氧化鋁絮凝體反應(yīng)生成難溶的氟鋁混合物，經(jīng)中空纖維微濾膜過濾后出水。
試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)原水中氟化物的含量為4.2mg/L時(shí)，鋁鹽投加量為23.7mg/L(以Al3+計(jì))，出水氟化物低于1.0mg/L，殘余鋁的含量低于0.05mg/L，能夠滿足生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。反應(yīng)器間歇運(yùn)行時(shí)(每天運(yùn)行8小時(shí))，膜分離器中的臨界SS最高可以達(dá)到12g/L，此時(shí)需要將反應(yīng)器中的污泥排出，否則會(huì)造成膜通量的迅速下降。膜反應(yīng)器運(yùn)行4個(gè)月后，污染膜在自來水中浸泡12小時(shí)后，通量恢復(fù)到新膜的78.5％；隨后在0.04％的鹽酸中浸泡12小時(shí)，通量恢復(fù)到新膜的93.5％，不可逆污染所占的比例僅為6.5％，說明單純的鋁鹽絮凝體不會(huì)對膜造成顯著的污染，故該方法對降低制水成本和該方法的推廣應(yīng)用具有積極意義。
權(quán)利要求
1.鋁鹽混凝微濾聯(lián)合除氟方法，其特征在于采用鋁鹽混凝和中空纖維膜組件過濾，除氟方法由以下步驟完成(1)以間歇方式向混凝反應(yīng)器中同時(shí)投加鋁鹽混凝劑和堿溶液；(2)鋁鹽混凝劑投加量由原水中的氟和污染物含量確定，投加的鋁鹽混凝劑全部用于除氟時(shí)，去除單位質(zhì)量的氟至少需投加鋁鹽混凝劑以Al3+計(jì)為7.2gAl/gF；堿溶液投加量取決于原水的pH值和鋁鹽的投加量，維持膜分離器中混合液的pH值在6.0～6.7之間；(3)混凝反應(yīng)器以曝氣或攪拌方式、膜分離器以曝氣方式提供紊動(dòng)，使鋁鹽水解混凝并與原水中的氟化物充分接觸反應(yīng)，形成的絮凝體通過中空纖維膜過濾去除。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋁鹽混凝微濾除氟聯(lián)合方法，其特征在于所述堿溶液為氫氧化鈉、氫氧化鈣和碳酸鈉。
3.按照權(quán)利要求1所述的鋁鹽混凝微濾除氟聯(lián)合方法，其特征在于所述鋁鹽混凝劑為硫酸鋁、氯化鋁和聚合鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種除氟技術(shù)，提出采用鋁鹽混凝微濾聯(lián)合方法來去除飲用水中的氟化物。采用鋁鹽混凝劑和堿溶液加入混凝反應(yīng)器中，以曝氣或攪拌等方式提供一定的紊動(dòng)，使鋁鹽水解、混凝，然后進(jìn)入膜分離器繼續(xù)與原水中的氟化物反應(yīng)并形成絮凝體，經(jīng)中空纖維膜分離而達(dá)到除氟的目的。本發(fā)明的有益效果在于向含氟原水中投加適量的鋁鹽和堿溶液，能夠使處理后水中殘余的氟和鋁含量滿足生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對降低我國氟骨癥的發(fā)病率有重要意義。本發(fā)明的反應(yīng)器可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成固定式或移動(dòng)式，設(shè)計(jì)規(guī)模也可以靈活選取，適用于農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)以及野外供水或突發(fā)事件的臨時(shí)給水。
文檔編號C02F1/52GK1724400SQ20051001365
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者顧平, 張光輝 申請人:天津大學(xué)