专利名称：铝盐混凝微滤联合除氟方法
技术领域：
本发明涉及到一种除氟技术，确切地说是以地下水或地表水作水源生产饮用水时去除其中的氟化物。
背景技术：
工业发展和人类活动加快了自然界的氟污染。工矿企业向自然水体排放大量的含氟废物，火山爆发喷出的氟化氢随雨水进入水体或土壤，水在径流和下渗过程中溶解土壤中的含氟矿物质，造成地表水和地下水的氟含量超标。氟是人体必需的一种微量元素，能够促进骨骼和牙齿的发育，但长期饮用含氟超标的饮用水则会导致氟骨症，我国的生活饮用水标准规定氟的含量不超过1.0mg/L。我国很多地方尤其是北方地区高氟水分布广泛，受其影响的人群大约有4500万，氟骨症已成为我国的一种主要地方病。常用的除氟方法有骨碳、活性氧化铝吸附、铝盐混凝等，但骨碳、活性氧化铝需要频繁再生，操作复杂，排放大量的清洗废液；常规的铝盐混凝后残余大量的铝离子，引起人们对健康的担心。其它的方法，如反渗透、电渗析等成本很高，不利于推广。本发明提出将铝盐混凝和微滤联用，费用低，操作简单方便，自动化程度高，又能保证处理后水中的铝含量达标，是一种非常实用的除氟方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝盐混凝微滤联合的方法来去除饮用水中的氟化物，使其含量满足生活饮用水质标准的要求。
本发明采用铝盐混凝和中空纤维膜微滤组件过滤，除氟通过以下步骤完成(1)以间歇方式向混凝反应器中同时投加铝盐混凝剂和碱溶液；(2)铝盐投加量由原水中的氟和污染物含量确定，当投加的铝盐全部用于除氟时，去除单位质量的氟至少需投加的铝盐量(以Al3+计)为7.2gAl/gF；碱溶液投加量取决于原水的pH值和铝盐投加量，目的是在反应过程中维持膜分离器中混合液的pH值在6.0～6.7之间(必要时使用在线酸度计调控)，以达到最佳的除氟效果；(3)混凝反应器以曝气或搅拌等方式、膜分离器以曝气方式提供一定的紊动，使铝盐水解混凝并与原水中的氟化物充分接触反应，形成的絮凝体通过中空纤维膜过滤去除，从而达到除氟的目的。铝盐混凝剂为硫酸铝、氯化铝和聚合铝等。碱溶液可以是氢氧化钠、氢氧化钙和碳酸钠等。
本发明的有益效果在于在生产饮用水时，向含氟原水中投加适量的铝盐和碱溶液，能够使处理后水中残余的氟和铝含量满足生活饮用水质标准的要求，对降低我国氟骨症的发病率有重要意义。该方法自动化程度高，操作简单方便，运行费用低，水资源的利用率高；基于该方法的反应器可以根据需要设计成固定式或移动式，设计规模也可以灵活选取，非常适用于农村和偏远地区以及野外供水或突发事件的临时给水。
具体实施例方式
膜反应器采用中空纤维微滤膜组件，对本实施例膜的公称孔径为0.22μm，有效面积为0.5m2，反应器的设计流量为15L/h，总停留时间为40分钟。混凝反应器的气水比为5∶1，水力停留时间为10分钟；膜分离器的气水比为15∶1、水力停留时间为30分钟；反应器间歇出水，在每10分钟的循环中，出水8分钟，空曝2分钟。膜反应器采用间歇运行，每天运转8小时。具体操作过程为在PLC(可编程控制器)控制下，提升泵和计量泵分别将原水、铝盐混凝剂和碱溶液加入混凝反应器，铝盐在其中进行水解、混凝后，混凝反应器中的水靠重力或水泵提升进入膜分离器；在膜分离器中，水中的氟化物与氢氧化铝絮凝体反应生成难溶的氟铝混合物，经中空纤维微滤膜过滤后出水。
试验结果表明当原水中氟化物的含量为4.2mg/L时，铝盐投加量为23.7mg/L(以Al3+计)，出水氟化物低于1.0mg/L，残余铝的含量低于0.05mg/L，能够满足生活饮用水质标准的要求。反应器间歇运行时(每天运行8小时)，膜分离器中的临界SS最高可以达到12g/L，此时需要将反应器中的污泥排出，否则会造成膜通量的迅速下降。膜反应器运行4个月后，污染膜在自来水中浸泡12小时后，通量恢复到新膜的78.5％；随后在0.04％的盐酸中浸泡12小时，通量恢复到新膜的93.5％，不可逆污染所占的比例仅为6.5％，说明单纯的铝盐絮凝体不会对膜造成显著的污染，故该方法对降低制水成本和该方法的推广应用具有积极意义。
权利要求
1.铝盐混凝微滤联合除氟方法，其特征在于采用铝盐混凝和中空纤维膜组件过滤，除氟方法由以下步骤完成(1)以间歇方式向混凝反应器中同时投加铝盐混凝剂和碱溶液；(2)铝盐混凝剂投加量由原水中的氟和污染物含量确定，投加的铝盐混凝剂全部用于除氟时，去除单位质量的氟至少需投加铝盐混凝剂以Al3+计为7.2gAl/gF；碱溶液投加量取决于原水的pH值和铝盐的投加量，维持膜分离器中混合液的pH值在6.0～6.7之间；(3)混凝反应器以曝气或搅拌方式、膜分离器以曝气方式提供紊动，使铝盐水解混凝并与原水中的氟化物充分接触反应，形成的絮凝体通过中空纤维膜过滤去除。
2.按照权利要求1所述的铝盐混凝微滤除氟联合方法，其特征在于所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钙和碳酸钠。
3.按照权利要求1所述的铝盐混凝微滤除氟联合方法，其特征在于所述铝盐混凝剂为硫酸铝、氯化铝和聚合铝。
全文摘要
本发明涉及一种除氟技术，提出采用铝盐混凝微滤联合方法来去除饮用水中的氟化物。采用铝盐混凝剂和碱溶液加入混凝反应器中，以曝气或搅拌等方式提供一定的紊动，使铝盐水解、混凝，然后进入膜分离器继续与原水中的氟化物反应并形成絮凝体，经中空纤维膜分离而达到除氟的目的。本发明的有益效果在于向含氟原水中投加适量的铝盐和碱溶液，能够使处理后水中残余的氟和铝含量满足生活饮用水质标准的要求，对降低我国氟骨症的发病率有重要意义。本发明的反应器可以根据需要设计成固定式或移动式，设计规模也可以灵活选取，适用于农村和偏远地区以及野外供水或突发事件的临时给水。
文档编号C02F1/52GK1724400SQ20051001365
公开日2006年1月25日 申请日期2005年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者顾平, 张光辉 申请人:天津大学