一种油井、煤层气井产出高氟水的处理装置及其处理方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于水处理的，尤其涉及一种油井、煤层气井产出高氟水的处理装置及其处理方法。
【背景技术】
[0002]氟是人体生命必不可少的微量元素之一，人体各组织均含氟，以牙齿、骨骼和头发的含氟量最多。适量的氟能使骨牙坚实，减少龋齿发病率，还对神经系统的兴奋传导、磷代谢、甲状旁腺功能、细胞酶系统以及生殖过程都有裨益。然而，氟的过多吸收对动植物及人体产生的危害已远远超过了氟不足对人体健康的影响。氟含量过高，会影响人体的钙、磷代谢，使人体的物质代谢与生理功能发生紊乱，从而造成氟骨症、斑齿等一些氟中毒症状，氟中毒还可造成贫血、白血球减少等。目前各国已根据当地的气温和每人每日摄取的氟数量，制定了本国的饮用水含氟标准(约在0.5-2.0mg/L范围内)，我国饮用水含氟量标准为
0.5-1.0mg/L(GB 5749-2006)，农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)为一般地区< 2mg/L，高氟区< 3mg/L。
[0003]我国高氟水分布范围广，涉及约有27个省、市、自治区。根据全国调查报道我国有7亿以上的人饮用水中氟超过1.0mg/L,高氟水严重威胁着人体健康，尤其是油井、煤层气井产出水，其含氟量一般大于5mg/L，排放前必须进行除氟处理。目前所使用的除氟方法大致可分为两大类:化学分离法和物理分离法。化学分离法又分为混凝沉淀法、钙盐沉淀法，石灰磷酸盐法，碱-石灰法、热氧化镁法等化学方法和电渗析、电凝聚法等电化学方法。物理分离方法分为吸附过滤法(骨炭法、沸石法、活性炭法和活性氧化铝法)和离子交换法(离子交换柱法、反渗透法)两种。由于操作简便、设备简单、运行费用低，当前应用最广泛的是活性氧化铝法。但是现有的除氟方法不同程度地存在除氟效率低、除氟剂用量大、处理成本高、出水水质不稳定等缺陷，如石灰、硫酸钙、氯化钙等钙盐沉淀法药剂投加量大，只适合高氟废水的预处理；电渗析法对原水水质要求严格、设备投资大、处理成本高且去除了其他有益组分；电凝聚法存在电极钝化现象，造成除氟效果和经济性能变差；铝盐沉淀法出水中含有大量的溶解铝，对神经系统有不良影响；铁盐沉淀法对金属腐蚀性较强，且在絮凝操作条件不佳时，常使出水带有浅黄色；骨炭法再生时间过长，且骨炭易溶于酸，在实际应用时需控制原水PH以减少滤料的损失；沸石法吸附容量低、投加量大、处理水量小；活性炭法对PH要求较高，一般在pH < 3时有较强的吸附能力，pH > 3时基本上没有吸附能力；离子交换柱法最大的不足是除掉了水中的矿物质，引入了胺类物质；反渗透法处理成本高、膜组件易污染、使用寿命较短。因此，开发高效、廉价除氟剂和适宜的除氟技术是现阶段亟需解决的问题。
[0004]经对现有技术的文献检索发现，已有的高氟水处理方法，如CN200720097398.0是一种原生态氢氧化铝和超滤膜联用除氟装置，采用无机铝盐通过生成原生态氢氧化铝吸附去除水中的氟，然后采用超滤膜分离矾花，确保出水中氟化物达到饮用水标准，该设备自动化程度高，适用于中小规模的高氟水处理工程；CN200710058368.3公开了一种反渗透法与吸附法集成应用的除氟方法，该方法中分别利用反渗透法与吸附法处理原水，再将两种方法产生的除氟水按照1:1的比例进行混合调配，以使最终出水中的氟含量达标；CN201410095887.7提供了一种新型一体化地下水除氟装置，包括依次连接的进水单元、除氟反应单元、中间水箱和过滤单元，除氟反应单元为完全混合形式反应器，填充无机铝盐与粉状羟基磷灰石的混合物，其底部设有脉冲曝气装置，该装置结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、除氟效果好；CN201210373484.5公开了一种多级串联的饮用水吸附除氟装置及方法，采用铁盐改性活性氧化铝颗粒，以避免铝离子溶出的风险。现有技术主要是利用两种及以上不同的除氟方法或除氟剂的组合，以在一定程度上弥补各自的不足，从而提高除氟效果和经济性能，但同时也增加了装置运行和维护的复杂性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，是针对现有技术的缺点与不足，提供一种除氟效率高、运行成本低、对负荷变化适应性强并且运行维护简单的除氟装置及方法，具体为一种油井、煤层气井产出高氟水的处理装置及其处理方法。
[0006]本发明通过如下技术方案予以实现。
[0007]一种油井、煤层气井产出高氟水的处理装置，包括水泵、pH自动控制加液机和除氟装置，其特征在于，PH自动控制加液机I通过水泵A6、阀门B12与一级除氟装置2下端的进水口相连接；一级除氟装置2上端的出水口通过阀门C13、阀门D14、阀门E15分别与二级除氟装置A3、二级除氟装置B4上端的进水口相连接；二级除氟装置B4下端的出水口设置有控制检测单元B9和阀门G17，二级除氟装置A3下端的出水口设置有控制检测单元A8和F16 ;在二级除氟装置A3出水口的控制检测单元A8与阀门F16的连接端与二级除氟装置B4上端的进水口之间设置有旁通管路，该旁通管路上设置有水泵B7和阀门H18 级除氟装置2与氧化铝活化再生单元5通过管路连接形成循环回路，氧化铝活化再生单元5与一级除氟装置2的出水端管路间设置有控制单元10和阀门119，氧化铝活化再生单元5与一级除氟装置2的进水端管路间设置有阀门J20 ;在？!1自动控制加液机I的进水端设置有阀门 All ；
[0008]所述一级除氟装置2、二级除氟装置A3与二级除氟装置B4的结构特征完全相同，包括壳体、进水口、出水口、底部多孔隔板、顶部多孔隔板和除氟填料层；一级除氟装置2的除氟填料层为粒径I?3mm的活性氧化铝吸附剂，二级除氟装置A3和二级除氟装置B4的除氟填料层为粒径0.5?2.5mm的炭陶复合材料吸附剂；
[0009]所述一级除氟装置2、二级除氟装置A3和二级除氟装置B4的壳体为圆柱形无色透明有机玻璃，其高度为80?10cm ;该处理装置中的各个连接管路均为直径200mm的PVC管；所述底部多孔隔板和顶部多孔隔板的结构特征完全相同，为厚度5cm的圆形聚丙烯树脂塑料板，直径与一级除氟装置2的壳体直径相同，孔口直径为2cm。
[0010]所述一级除氟装置2中的活性氧化铝吸附剂的吸附容量为0.8?2.0mg/g，填装高度为40?60cm ;所述二级除氟装置A3与二级除氟装置B4中的炭陶复合材料吸附剂的吸附容量为1.4?2.4mg/g，填装高度为40?60cm。
[0011]所述一级除氟装置2为底部进水，顶部出水，水流速度为每小时6?12倍除氟填料层体积，二级除氟装置A3和二级除氟装置B4为顶部进水、底部出水，水流速度为每小时5?10倍除氟填料层体积。
[0012]所述氧化铝活化再生单元5包括储液器及活化再生液，所述活化再生液为3%的硫酸铝溶液。
[0013]该油井、煤层气井产出高氟水的处理装置的除氟方法，步骤如下:
[0014](I)高氟水首先进入pH自动控制加液机1，调节pH至4.5?6 ;
[0015](2)经过pH自动控制加液机I调节后的出水，通过水泵A6自底部进入一级除氟装置2 ;当处理水量较多时，在保证出水水质的前提下，阀门H18、阀门119和阀门J20关闭，其余阀门全部开启，二级除氟装置A3和二级除氟装置B4并联运行，一级除氟装置2的出水同时等量自流进入二级除氟装置A3和二级除氟装置B4，二级除氟装置A3、二级除氟装置B4的出水氟含量分别由控制检测单元AS、控制检测单元B9检测，若达标，则最终经由二级除氟装置A3和二级除氟装置B