CN108383271A

CN108383271A - 一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置及其制造方法

Info

Publication number: CN108383271A
Application number: CN201810159376.5A
Authority: CN
Inventors: 王志强; 马腾; 夏新星; 邓娅敏; 沈帅
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-08-10

Abstract

本发明提供一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，包括第一过滤装置和第二过滤装置，所述第一过滤装置和第二过滤装置均为上端敞口结构，所述第一过滤装置套设在第二过滤装置内，所述第一过滤装置的底部设有若干第一通孔，所述第一通孔的上方放置过滤网，所述过滤网的上方铺设洗净的河沙，所述第二过滤装置的下端侧壁开设有第二通孔，所述第二通孔连接出水管，所述第二过滤装置的侧面设有若干第三通孔，外部的空气通过第三通孔流入第二过滤装置内，所述第二过滤装置内铺设除砷滤料，地下水从第一过滤装置的上端流入，流经河沙和过滤网后通过第一通孔流入第二过滤装置内，流入第二过滤装置的地下水流过除砷滤料经第二通孔和出水管排出。

Description

一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及地下水净化技术领域，尤其涉及一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置及其制造方法。

背景技术

砷是一种有毒金属元素，长期暴露在高砷环境下将会造成消化系统、神经系统等多种疾病，并有可能导致多种癌症。饮用水是砷进入人体的重要途径。高砷地下水是一个世界性的环境问题，全球数亿人面临着高砷地下水的威胁。我国地下水砷污染也相当严重，高砷地下水主要分布于内蒙古河套平原、山西大同盆地、新疆奎屯地区、吉林西部、宁夏银川平原、湖北江汉平原等。上述地区大多数存在缺水问题，地下水是唯一饮用水源，因此由于饮用高砷地下水而造成的砷中毒案例非常普遍。此外，上述地区经济发展水平较低，大部分属于偏远农村地区，当地没有建立集中饮用水水质处理厂，居民难以承担成本高昂且需要长期维护的水处理设备。因此，利用廉价易得的材料，研制出经济、简易、实用的地下水净水装置显得尤为必要。

对于高砷地下水的处理的方法常见有吸附法、氧化与沉淀法、膜分离法、阴阳离子交换法等。对于家庭净水或分散式而言，采用吸附法是最为有效和经济的方法。由于吸附剂对As(Ⅴ)的吸附效果要优于比As(Ⅲ)，通常在吸附之前需要对含砷地下水进行氧化处理。围绕着选择、制备吸附能力强，适用范围更广的吸附剂，国内外学者进行了大量研究。不同的除砷方法适用范围和使用方法也不一样，经济成本也存在较大差异。其中含铁矿物以及人工制备的铁的(氢)氧化物对水中的砷吸附效果较好，成本低廉，有望成为广泛使用的除砷滤料。

值得注意的是，在部分高砷地下水分布区，如湖北省江汉平原，地下水中高砷、高铁存在伴生现象。在高砷高铁地下水分布区，如果能够充分利用地下水中高含量的铁，使之氧化为铁(氢)氧化物从而降低砷的含量，即可实现在不添加外源铁的情况下除砷的目的，同时也可使地下水中铁含量降低。而在高砷低铁地下水分布区，原地取材选择合适的廉价铁除砷滤料，采用吸附法实现低成本除砷。目前高砷地下水净化领域尚缺少经济实用的高砷、高铁地下水共除技术方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种结构简单、能够协同去除地下水中的砷和铁的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，还提供了一种步骤简单的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的制造方法。

进一步地，所述第一过滤装置的上端两侧设有延伸部，通过所述延伸部将第一过滤装置套设在第二过滤装置内，所述延伸部的内侧连接第一过滤装置的上端边缘，所述延伸部的外侧向内弯曲，进而勾住第二过滤装置的上端边缘，所述第一过滤装置的上端的直径小于第二过滤装置的上端的直径，所述第一过滤装置的上端的直径和延伸部的长度之和大于第二过滤装置的上端的直径。

进一步地，所述第二过滤装置的高度比第一过滤装置的高度高15～20cm。

进一步地，所述第三通孔的高度比第一通孔的高度低5～10cm，且所述第三通孔位于除砷滤料的上方，所述第三通孔围绕第二过滤装置的一周均匀分布，两个相邻第三通孔之间的间隔为5～10cm，所述第三通孔的直径为10～20mm，所述第一通孔的直径为2～3mm，所述第二通孔的直径为25～32mm，所述过滤网的目数为50～100目，所述河沙的铺设厚度是15～20cm，所述河沙的粒径为1～2mm。

本发明还提供一种上述基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的制造方法，包括以下步骤：

S1,选取一个上端敞口的包装桶或陶土水缸，在所述包装桶或陶土水缸的下端侧壁钻一个第二通孔，在所述第二通孔上安装出水管，然后围绕所述包装桶或陶土水缸的侧面一周钻若干个第三通孔，从而得到经所述包装桶或陶土水缸改装的第二过滤装置；

S2，选取一个上端敞口的塑料盆，所述塑料盆的上端尺寸与所述包装桶或陶土水缸的上端尺寸一致，在所述塑料盆的底部均匀钻取若干个第一通孔，在所述第一通孔的上方铺一层过滤网，在所述过滤网的上方铺上经过水洗的河沙，从而得到经塑料盆改装的第一过滤装置；

S3，将铺有所述河沙的塑料盆安装在包装桶或陶土水缸的上端，得到除砷装置。

进一步地，步骤S1中，所述包装桶或陶土水缸的容积为50～100L，所述第二通孔是直径为25～32mm的圆孔，所述第三通孔是直径为10～20mm的圆孔。

进一步地，步骤S2中，所述第一通孔是直径为2～3mm的小孔，所述过滤网是目数为50～100目的纱布，所述河沙的铺设厚度是15～20cm，所述河沙的粒径为1～2mm。

本发明还提供一种上述基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的应用，所述除砷装置应用于过滤高砷高铁地下水，所述高砷高铁地下水为砷含量大于500μg/L、总铁含量大于3mg/L的地下水，所述除砷滤料为50份(重量组分)粒径为1～2mm的菱铁矿颗粒和50份(重量组分)粒径为1～2mm的河沙的混合物。

本发明还提供一种上述基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的应用，所述除砷装置应用于过滤低砷高铁地下水，所述低砷高铁地下水为砷含量小于500μg/L、总铁含量大于3mg/L的地下水，所述除砷滤料为100份(重量组分)粒径为1～2mm的河沙。

本发明还提供一种上述基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的应用，所述除砷装置应用于过滤高砷低铁地下水，所述高砷低铁地下水为砷含量大于500μg/L、总铁含量小于3mg/L的地下水，所述除砷滤料为100份(重量组分)粒径为1～2mm的菱铁矿颗粒。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的除砷装置结构简单、操作简便、成本低廉，制作材料来源广泛，适用于条件艰苦的农村地区，具有较好的操作性；本发明提供的除砷装置通过河沙和除砷滤料能够有效去除地下水中的砷和铁；本发明提供的除砷装置能够根据地下水化学类型的不同选择相应的除砷滤料，避免资源浪费。

附图说明

图1是本发明一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的结构示意图。

图2是本发明一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，包括第一过滤装置1和第二过滤装置2，第一过滤装置1的上端和第二过滤装置2的上端均为敞口结构，第一过滤装置1的上端两侧设有延伸部12，通过延伸部12将第一过滤装置1套设在第二过滤装置2内，延伸部12的内侧连接第一过滤装置1的上端边缘，延伸部12的外侧向内弯曲，进而勾住第二过滤装置2的上端边缘，第一过滤装置1的上端的直径小于第二过滤装置2的上端的直径，第一过滤装置1的上端的直径和延伸部12的长度之和大于第二过滤装置2的上端的直径，第二过滤装置2的高度比第一过滤装置1的高度高15～20cm，第一过滤装置1采用塑料材料制得，第二过滤装置2采用耐腐蚀的聚丙烯塑料或陶瓷材料制得；一实施例中，第一过滤装置1利用形状为长方体或圆柱体的塑料容器改装得到，第二过滤装置2利用塑料容器或陶瓷容器改装得到，第二过滤装置2的容积为50～80L，其形状为长方体或圆柱体。

第一过滤装置1的底部设有若干均匀排列的第一通孔11，这些第一通孔11的直径为2～3mm，在这些第一通孔11的上方放置目数为50～100目的过滤网(图中未示)，过滤网的上方铺设洗净的河沙3，河沙3的厚度为15～20cm，河沙3的粒径为1～2mm，过滤网和河沙3配合可以去除地下水的大颗粒杂质。

第二过滤装置2的下端侧壁开设有直径为25～32mm的第二通孔21，第二通孔21连接出水管22，出水管22上设有阀门221，靠近第一过滤装置1的下端的第二过滤装置2的侧面一周均匀设有若干直径为10～20mm的第三通孔23，两个相邻的第三通孔23之间的间隔为5～10cm，空气可以从这些第三通孔23流入第二过滤装置2内，第二过滤装置2内铺设除砷滤料4，第三通孔23的高度比第一通孔11的高度低5～10cm，且第三通孔23位于除砷滤料4的上方。

一实施例中，利用本发明提供的除砷装置过滤含砷地下水时，首先测试待过滤的地下水中的砷含量和总铁含量，根据砷含量和总铁含量判断地下水的化学类型，进而选择相应的除砷滤料4，待过滤的地下水为砷含量大于500μg/L、总铁含量大于3mg/L的高砷高铁地下水时，按重量组分计，称取50份粒径为1～2mm的菱铁矿颗粒和50份粒径为1～2mm的河沙混合后作为除砷滤料4，利用粉碎机将菱铁矿破碎可以得到菱铁矿颗粒，菱铁矿中菱铁矿的矿物含量为80％～100％(质量组分)；待过滤的地下水为砷含量大于500μg/L、总铁含量小于3mg/L的高砷低铁地下水时，按重量组分计，称取100份粒径为1～2mm的菱铁矿颗粒作为除砷滤料4；待过滤的地下水为砷含量小于500μg/L、总铁含量大于3mg/L的低砷高铁地下水时，按重量组分计，称取100份粒径为1～2mm的河沙作为除砷滤料4。

参考图2，一实施例中，本发明提供的除砷装置的具体制作过程为：

步骤S1，选取一个上端敞口的容积为50～100L的包装桶或陶土水缸，在包装桶或陶土水缸的下端侧壁钻一个直径为25～32mm的圆孔作为第二通孔21，在第二通孔21上安装出水管22，然后围绕包装桶或陶土水缸的侧面一周钻若干个直径为10～20mm的圆孔作为第三通孔23，从而得到经包装桶或陶土水缸改装的第二过滤装置2，第三通孔23能够使抽出的地下水与空气充分接触良好曝气，包装桶的材质为聚丙烯。

步骤S2，选取一个上端敞口的塑料盆，该塑料盆的上端尺寸与步骤S1中的包装桶或陶土水缸的上端尺寸一致，在塑料盆的底部均匀钻取若干个直径为2～3mm的小孔作为第一通孔11，在第一通孔11的上方铺一层目数为50～100目的纱布作为过滤网，在过滤网的上方铺上经过水洗的粒径为1～2mm的河沙3，河沙3的铺设厚度为15～20cm，从而得到经塑料盆改装的第一过滤装置1。

步骤S3，将铺有河沙3的塑料盆安装在包装桶或陶土水缸的上端，得到除砷装置，河沙3和过滤网能够初步过滤掉流入除砷转置的地下水中的大颗粒杂质。

除砷装置制作完成后，将其安装在水井旁，然后将地下水从第一过滤装置1的上端倒入，地下水流经第一过滤装置1内的河沙3和过滤网后其含有的大颗粒杂质被除去，同时地下水在河沙3中均匀分布，被除去大颗粒杂质的地下水通过第一通孔11以水滴的形态均匀布水流入到第二过滤装置2内，由于第二过滤装置2的高度比第一过滤装置1的高度高15～20cm，因此地下水在第二过滤装置2内能够充分接触空气，空气中的氧气进入地下水使得地下水的溶解氧含量增加，有利于地下水中的Fe²⁺和As(Ⅲ)分别氧化为Fe³⁺和As(Ⅴ)，流入第二过滤装置2的地下水经过除砷滤料4，除砷滤料4吸附地下水中的砷，砷被除去后，地下水通过第二通孔21和出水管22流出，本发明的装置在使用后的15～20天内，地下水中的铁会沉积在河沙3和除砷滤料4的表面形成铁的氧化物涂层，使得除砷能力达到最大，为了保证饮水安全，除砷装置在安装后的15～20天以后才能接水饮用。

本发明提供的除砷装置结构简单、操作简便、成本低廉，制作材料来源广泛，适用于条件艰苦的农村地区，具有较好的操作性；本发明提供的除砷装置通过河沙3和除砷滤料4能够有效去除地下水中的砷和铁；本发明提供的除砷装置能够根据地下水化学类型的不同选择相应的除砷滤料4，避免资源浪费。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，其特征在于，包括第一过滤装置和第二过滤装置，所述第一过滤装置和第二过滤装置均为上端敞口结构，所述第一过滤装置套设在第二过滤装置内，所述第一过滤装置的底部设有若干第一通孔，所述第一通孔的上方放置过滤网，所述过滤网的上方铺设洗净的河沙，所述第二过滤装置的下端侧壁开设有第二通孔，所述第二通孔连接出水管，所述第二过滤装置的侧面设有若干第三通孔，外部的空气通过第三通孔流入第二过滤装置内，所述第二过滤装置内铺设除砷滤料，地下水从第一过滤装置的上端流入，流经河沙和过滤网后通过第一通孔流入第二过滤装置内，流入第二过滤装置的地下水流过除砷滤料经第二通孔和出水管排出。

2.如权利要求1所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，其特征在于，所述第一过滤装置的上端两侧设有延伸部，通过所述延伸部将第一过滤装置套设在第二过滤装置内，所述延伸部的内侧连接第一过滤装置的上端边缘，所述延伸部的外侧向内弯曲，进而勾住第二过滤装置的上端边缘，所述第一过滤装置的上端的直径小于第二过滤装置的上端的直径，所述第一过滤装置的上端的直径和延伸部的长度之和大于第二过滤装置的上端的直径。

3.如权利要求1所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，其特征在于，所述第二过滤装置的高度比第一过滤装置的高度高15～20cm。

4.如权利要求1所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置，其特征在于，所述第三通孔的高度比第一通孔的高度低5～10cm，且所述第三通孔位于除砷滤料的上方，所述第三通孔围绕第二过滤装置的一周均匀分布，两个相邻第三通孔之间的间隔为5～10cm，所述第三通孔的直径为10～20mm，所述第一通孔的直径为2～3mm，所述第二通孔的直径为25～32mm，所述过滤网的目数为50～100目，所述河沙的铺设厚度是15～20cm，所述河沙的粒径为1～2mm。

5.一种权利要求1-4任一项所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述包装桶或陶土水缸的容积为50～100L，所述第二通孔是直径为25～32mm的圆孔，所述第三通孔是直径为10～20mm的圆孔。

7.如权利要求5所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一通孔是直径为2～3mm的小孔，所述过滤网是目数为50～100目的纱布，所述河沙的铺设厚度是15～20cm，所述河沙的粒径为1～2mm。

8.一种权利要求1所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的应用，其特征在于，所述除砷装置应用于过滤高砷高铁地下水，所述高砷高铁地下水为砷含量大于500μg/L、总铁含量大于3mg/L的地下水，所述除砷滤料为50份(重量组分)粒径为1～2mm的菱铁矿颗粒和50份(重量组分)粒径为1～2mm的河沙的混合物。

9.一种权利要求1所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的应用，其特征在于，所述除砷装置应用于过滤低砷高铁地下水，所述低砷高铁地下水为砷含量小于500μg/L、总铁含量大于3mg/L的地下水，所述除砷滤料为100份(重量组分)粒径为1～2mm的河沙。

10.一种权利要求1所述的基于复合滤料的分散式地下水除砷装置的应用，其特征在于，所述除砷装置应用于过滤高砷低铁地下水，所述高砷低铁地下水为砷含量大于500μg/L、总铁含量小于3mg/L的地下水，所述除砷滤料为100份(重量组分)粒径为1～2mm的菱铁矿颗粒。