CN104591363B - 一种去除水中氟化物的一体化净水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种去除水中氟化物的装置，包括依次连接的进水单元(1)、除氟反应单元(2)、絮体分离及回流单元(3)和过滤单元(4)；所述进水单元(1)与絮体分离及回流单元(3)通过回流管连接，除氟反应单元(2)与絮体分离及回流单元(3)之间、絮体分离及回流单元(3)与过滤单元(4)之间分别设置垂直布置的挡板。该装置结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、处理成本低、除氟效果好、出水水质高，具有较好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及一种去除水中氟化物的一体化净水装置。
背景技术
中国的地下水氟污染问题突出，高氟水分布面积超过160万平方公里，涉及用水人口近亿人。通过饮用水途径摄入过量的氟后而导致的氟中毒，是世界范围内普遍存在的严重问题。
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。
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。近期陆续出现的以羟基磷灰石为基本处理材料的除氟方法及装置，均可以取得较好的除氟效果，但在实际应用中也存在一定的问题。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，该方法中澄清单元上升流速较小，一般需要控制在3m/h以内，从而导致处理装置的占地面积较大，增加了处理成本。在此基础上发展出的专利CN201210364313.6将超滤膜引入到系统中，从而为工艺优化提供了较好的基础条件，且可较好的控制铝离子的含量。但同样存在超滤膜成本较高，造成装置造价及运行成本较高，在农村地区应用具有一定的限制。
此外，现有除氟技术多针对地下水中氟化物的去除来考虑，而最近地表水中氟化物的问题也开始频繁出现，目前尚缺少针对性的地表除氟水厂的设备及装置。因此结合地表水厂的特性，有针对性地开发相应处理设备及装置十分必要。
因此，针对羟基磷灰石的基本特性，针对性地改进除氟装置的形式，促进以羟基磷灰石为主体成分的絮体的高效沉降，并收集予以回流再利用，从而最大可能的利用其除氟容量，在确保除氟效果的同时既可以显著降低装置占地面积，又可有效降低其运行维护费用。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于一种占地面积小、运行费用低的可用于地表水和地下水中氟化物去除的一体化净化装置。
技术方案：本发明提供的一种去除水中氟化物的装置，包括依次连接的进水单元、除氟反应单元、絮体分离及回流单元和过滤单元；所述进水单元与絮体分离及回流单元通过回流管连接，除氟反应单元与絮体分离及回流单元之间、絮体分离及回流单元与过滤单元之间分别设置垂直布置的第一挡板和第二挡板。
作为改进，所述进水单元包括依次连接的进水管、进水槽以及设于进水管上的混凝剂投加口、絮体回流进口；絮体回流进口与回流管连接；所述进水槽设于除氟反应单元的上部。
作为另一种改进，所述除氟反应单元采用下向流，其底部设有高度为10-150cm的出水口，并在出水口外侧间隔距离d处设有第一挡板，其中d≥3cm；所述第一挡板高度高于出水口3cm以上；所述除氟反应单元中部设有可调速机械搅拌装置，转速调速范围在30-150转/min。
作为另一种改进，所述絮体分离及回流单元设于第一挡板、第二挡板和底板之间，且在第二挡板与底板之间设有斜板，斜板倾角为20°-45°；第一挡板与第二挡板之间的间距大于等于d，第二挡板顶部与第一挡板顶部连线倾角为10°-75°；底板与斜板连接处设置穿孔管，穿孔管分别与回流管和排废管连接。
作为另一种改进，所述过滤单元顶部设置配水槽，配水槽出水口高度比第二挡板顶部高5-30cm，且配水槽宽度在0.5d以上。
作为另一种改进，所述过滤单元下部设有复合滤料层，所述复合滤料层包括球状羟基磷灰石滤层和均质石英砂滤层，其中球状羟基磷灰石滤层厚度0.3-0.8m，均质石英砂滤层厚度0.8-1.5m。
作为进一步改进，所述过滤单元采用气水联合反冲洗，其底部设有反冲进水口和反冲进气口，在复合滤料层底部设有反冲洗配水、配气的长柄滤头。
有益效果：本发明提供的用于水中氟化物去除的一体化净化装置具有结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、处理成本低、除氟效果好、出水水质高、适用性强等特点，具有较好的推广应用前景。
具体而言，本发明通过进水单元的一次提升来实现后续处理单元水流的自流，利用进水单元通入待处理水以及投加除氟反应器内的无机铝盐、粉状羟基磷灰石以及回流的沉淀絮体，并通过进水槽实现上述成分的初步混合；而絮体的回流一方面显著改善了氟的去除效果，另一方面也促进了羟基磷灰石除氟容量的充分利用；
除氟反应单元通过设置搅拌装置可以有效强化絮体与氟化物的接触几率，并确保混合、絮凝效果；
絮体分离与回流单元的设置形式是本发明的核心部分。通过挡板的设置实现了水、絮体的高效分离。在分离过程中，水与絮体按照完全不同的轨迹运动，从而避免传统絮体分离方式所存在的水流与絮体的相互干扰作用，确保了絮体的分离效果。而回流单元设置位置的优化进一步促进了絮体的沉降及分离；
过滤单元配水槽的设置方式确保了挡板上的水流厚度，并有效避免由于溢流率过高所导致的抽吸作用，有利于出水浊度的控制和絮体的分离；
除氟装置本身充分考虑了水流方向及各处理单元对水头的要求，极大提高了水的势能的有效利用，减少了能量的损耗，有利于降低运行成本。
本发明中除氟装置排出废水以及反冲洗废水经收集后只需经过短暂的静沉就可以实现有效的泥水分离，上清液可以回流至进水管，降低废水的产生量。
附图说明
图1为本发明去除水中氟化物的装置结构示意图。
图2为本发明去除水中氟化物的装置俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明去除水中氟化物的装置做出进一步说明。
去除水中氟化物的装置，包括依次连接的进水单元1、除氟反应单元2、絮体分离及回流单元3和过滤单元4；进水单元1与絮体分离及回流单元3通过回流管连接，除氟反应单元2、絮体分离及回流单元3之间、絮体分离及回流单元3与过滤单元4之间分别设置垂直布置的挡板。
其中，进水单元1包括依次连接的进水管11、进水槽12以及设于进水管11上的混凝剂投加口13、絮体回流进口14；絮体回流进口14与回流管连接；进水槽12设于除氟反应单元2的上部。
其中，除氟反应单元2采用下向流，其底部设有高度为10-150cm的出水口21，并在出水口外侧间隔距离d≥3cm处设有第一挡板22；第一挡板22高度高于出水口21 3cm以上；除氟反应单元2中部设有可调速机械搅拌装置23，转速调速范围在30-150转/min。
其中，絮体分离及回流单元3设于第一挡板22、第二挡板31和底板32之间，且在第二挡板31与底板32之间设有斜板33，斜板33倾角为20°-45°；第一挡板22与第二挡板31之间的间距大于等于d，第二挡板31顶部与第一挡板22顶部连线倾角为10°-75°；底板32与斜板33连接处设置穿孔管34，穿孔管34分别与回流管和排废管连接。
其中，过滤单元4顶部设置配水槽41和反冲排废管44，配水槽41出水口高度比第二挡板31顶部高5-30cm，且配水槽宽度在0.5d以上,配水槽41底部设有排废管45；过滤单元4下部设有复合滤料层42，复合滤料层42包括球状羟基磷灰石滤层和均质石英砂滤层，其中球状羟基磷灰石滤层厚度0.3-0.8m，均质石英砂滤层厚度0.8-1.5m；过滤单元4采用气水联合反冲洗，其底部设有反冲进水口和反冲进气口，在复合滤料层42底部设有反冲洗配水、配气的长柄滤头43。
为验证本除氟方法的效能，在河南省沈丘县某镇水厂进行了相关的效能验证。试验期间原水的水质情况如表1所示。
表1原水水质参数检测结果
通过采用不同的参数设置，验证水处理效果，该装置运行参数见表2。
表2去除水中氟化物的装置运行参数
检测处理后水质，结果见表3。
表3处理后的原水水质参数检测结果
Claims (7)
1.一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：包括依次连接的进水单元(1)、除氟反应单元(2)、絮体分离及回流单元(3)和过滤单元(4)；所述进水单元(1)与絮体分离及回流单元(3)通过回流管连接，除氟反应单元(2)与絮体分离及回流单元(3)之间、絮体分离及回流单元(3)与过滤单元(4)之间分别设置垂直布置的第一挡板和第二挡板；
所述除氟反应单元(2)采用下向流，其底部设有高度为10-150cm的出水口(21)，并在出水口外侧间隔距离d处设有第一挡板(22)，其中d≥3cm；
所述絮体分离及回流单元(3)设于第一挡板(22)、第二挡板(31)和底板(32)之间，且在第二挡板(31)与底板(32)之间设有斜板(33)，斜板(33)倾角为20°-45°；第一挡板(22)与第二挡板(31)之间的间距大于等于d，第二挡板(31)顶部与第一挡板(22)顶部连线倾角为10°-75°。
2.根据权利要求1所述的一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：所述进水单元(1)包括依次连接的进水管(11)、进水槽(12)以及设于进水管(11)上的混凝剂投加口(13)、絮体回流进口(14)；絮体回流进口(14)与回流管连接；所述进水槽(12)设于除氟反应单元(2)的上部。
3.根据权利要求1所述的一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：所述第一挡板(22)高度高于出水口(21)3cm以上；所述除氟反应单元(2)中部设有可调速机械搅拌装置(23)，转速调速范围在30-150转/min。
4.根据权利要求1所述的一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：底板(32)与斜板(33)连接处设置穿孔管(34)，穿孔管(34)分别与回流管和排废管连接。
5.根据权利要求1所述的一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：所述过滤单元(4)顶部设置配水槽(41)，配水槽(41)出水口高度比第二挡板(31)顶部高5-30cm，且配水槽宽度在0.5d以上。
6.根据权利要求1所述的一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：所述过滤单元(4)下部设有复合滤料层(42)，所述复合滤料层(42)包括球状羟基磷灰石滤层和均质石英砂滤层，其中球状羟基磷灰石滤层厚度0.3-0.8m，均质石英砂滤层厚度0.8-1.5m。
7.根据权利要求6所述的一种去除水中氟化物的装置，其特征在于：所述过滤单元(4)采用气水联合反冲洗，其底部设有反冲进水口和反冲进气口，在复合滤料层(42)底部设有反冲洗配水、配气的长柄滤头(43)。
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