一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备及其使用方法与流程

本发明属于水处理设备技术领域，特别是涉及一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备及其使用方法。

背景技术：

氟是人体必须的微量元素之一，但长期饮用高氟水则可导致氟中毒,会严重影响人体健康，因此世界卫生组织公布了饮用水氟含量不得超过1.5mg/L的规定。当今除氟水处理方法研究受到各国的高度重视，前期研究公布的除氟水处理方法主要有混凝沉降法、化学沉淀法、电渗析法、电凝聚法、反渗透法、纳滤法、离子交换法、吸附法等，其中：化学沉淀法和混凝沉降法会遗留大量钙铝等离子，主要用于工业废水处理；由于高氟水主要分布在环境恶劣、地形复杂或缺水少电的地区，所以应用电渗析法、电凝聚法、反渗透法、纳滤法等除氟的效果为优，但因装置复杂、设备昂贵和使用成本高等不足而难以推广应用。离子交换树脂法因抗干扰能力低也难以广泛应用。吸附法是目前最常用的饮用水除氟处理方法，但滤料需要再生，也存在使用成本和除氟效能等问题，使其实际应用受到限制。为克服现有技术的不足，本申请人曾提出了一种聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料的制备方法，参见中国专利申请201410743901.X，该方法包括聚合氯化铝半成品的制备、羟基磷灰石半成品的制备和共聚材料的制备，通过共聚方法合成聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚网络结构材料，与现有除氟材料相比，除氟容量比单一的羟基磷灰石除氟滤料提高3倍，比活性氧化铝除氟滤料提高5倍；材料的网络结构有利于网捕水体中铝离子和羟基磷灰石粉体的作用，解决了水体中铝离子超标和水体澄清度的问题；同时共聚材料中的聚合氯化铝活性组分可以促使羟基磷灰石不断再生，提高材料的使用寿命。但该方法还存在以下明显不足：一是铝基水处理材料中的铝离子含量在标准范围内，但仍然高于非铝基水处理材料，存在铝离子超标的风险；二是应用铝基水处理材料的工艺及设备较为复杂，要经过过滤、混凝、沉淀等过程，设备占地面积大，运行成本较高；三是聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料存在低温时的除氟效果降低的问题。

如何克服现有除氟水处理方法及所对应的除氟设备所存在的不足已成为当今水处理材料技术领域中亟待解决的重点难题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备及其使用方法，本发明的除氟水处理的毗联反应釜设备具有除氟效率高，用于种植法除氟水处理新工艺的操作方法简便可靠，能够满足种植法除氟水处理新工艺的需要。

根据本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备，包括设有上盖板和下盖板的圆柱形筒体，所述圆柱形筒体的左上部设有净水出口管和左下部设有原水进口管以及右上部设有冲洗水出口管和右下部设有冲洗水进口管，所述圆柱形筒体的底部设有底座支架，其特征在于，还包括在所述圆柱形筒体的内部分别设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板和包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板，所述上种植/除植两用筛孔板与下种植/除植两用筛孔板之间设有除氟水处理腔体，所述上种植/除植两用筛孔板与圆柱形筒体的上盖板之间设有净水出水腔体，所述下种植/除植两用筛孔板与圆柱形筒体的下盖板之间设有原水进水腔体，所述圆柱形筒体的内部还设有带转轴的旋转式波轮，所述带转轴的旋转式波轮位于下盖板的上部，所述旋转式波轮的转轴通过下盖板底部的密封轴套与变速电机连接，所述变速电机与底座支架固连。

本发明的实现原理是：本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备是用于种植法除氟水处理新工艺而设计的，本发明开拓了除氟水处理设备的新结构和新品种。本发明所述种植法除氟水处理的过程：一是通过在含氟原水中添加氧化钙、氢氧化钙或氯化钙和磷酸二氢钠或磷酸氢二钠，使其形成含可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子的含氟原水混合液；二是利用种植型羟基磷灰石滤粒表层富有羟基而具有化学活性的特点，易使可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子与种植型羟基磷灰石滤粒键合而迅速生长成为氟磷灰石晶核；三是氟磷灰石晶核继续与含氟原水中的可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子进一步反应而生长成为氟磷灰石晶体乳石；四是因氟磷灰石晶体乳石在种植型羟基磷灰石滤粒上的键合力较弱，定时用水冲洗种植型羟基磷灰石滤粒，促使种植型羟基磷灰石滤粒相互之间发生摩擦，即可去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷灰石晶体乳石，极为方便地恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力。本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备，是在圆柱形筒体内分别设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板和包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板，所述上种植/除植两用筛孔板与下种植/除植两用筛孔板之间设有除氟水处理腔体，所述除氟水处理腔体的外底部与圆柱形筒体的内底部还设有带转轴的旋转式波轮，所述旋转式波轮的转轴与变速电机连接。当进入种植状态时，旋转式波轮启动并助波，使含氟原水混合液与除氟水处理腔体中投入加的种植型羟基磷灰石滤粒保持悬浮状态，以利于除氟种植反应的加速进行；同理，当进入除植状态时，因旋转式波轮的助波，可使种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷灰石晶体乳石被加速除去，恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力，从而保证了单体反应釜设备的连续运行，大大提高了设备连续运行的效率。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是本发明根据种植法除氟水处理的原理首创了适用于种植法除氟水处理新工艺的单体反应釜设备，且能够满足种植型羟基磷灰石滤粒的种植/除植过程连续化生产的需要。

二是本发明的单体反应釜设备采用了在圆柱形筒体内分别设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板和包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板，所述上种植/除植两用筛孔板与下种植/除植两用筛孔板之间设有除氟水处理腔体，并在除氟水处理腔体外设有旋转式波轮助波，既保证了含氟原水混合液在控制液流速度的条件下，能够与种植型羟基磷灰石滤粒进行充分的种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒上形成氟磷灰石晶核以及由氟磷灰石晶核继续含氟原水中的可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子进一步反应而生长形成的氟磷灰石晶体乳石，又保证了能够快速去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷灰石晶体乳石，极为方便地恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力。

三是本发明的单体反应釜设备集种植/除植功能于一体，种植/除植过程均在单体反应釜中分步进行，循环往复，大大延长了种植型羟基磷灰石滤粒的使用寿命，且无需另外设置种植型羟基磷灰石滤粒的再生设备，安全性好。

四是本发明的单体反应釜设备中还附加设置超声波发生器，以利于提高对高浓度含氟原水处理的效率及缩短处理时间。

五是本发明的单体反应釜设备所采用的种植型羟基磷灰石滤粒为非铝基水处理材料，其应用于种植法除氟水处理工艺，操作简便可靠，设备简洁和维护方便，运行成本很低。

综上所述，本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备适用于基于种植法除氟水处理的新工艺。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的外形结构示意图。

图2为本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的图1的B-B剖面结构示意图。

图3为本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的立体结构的局部剖面示意图。

图4为本发明提出的包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板的结构示意图。

图5为本发明提出的旋转式波轮的结构示意图。

图6为本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的使用方法的流程步骤示意图。

图7为本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的应用状态的立体结构的局部剖面示意图。

附图编号说明：原水进口管1、原水进水腔体2、净水出口管3、上盖板4、净水出水腔体5、包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板6、冲洗水出口管7、圆柱形筒体8、除氟水处理腔体9、包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板10、旋转式波轮11、冲洗水进口管12、密封轴套13、变速电机14、底座架15、上盖板16、种植型羟基磷灰石滤粒17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进一步进行详细说明。

实施例1。

结合图1-5，本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备，包括设有上盖板4和下盖板16的圆柱形筒体8，所述圆柱形筒体8的左上部设有净水出口管3和左下部设有原水进口管1以及右上部设有冲洗水出口管7和右下部设有冲洗水进口管12，所述圆柱形筒体8的底部设有底座支架15，还包括在所述圆柱形筒体8的内部分别设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板6和包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板10，所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板6与包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板10之间设有除氟水处理腔体9，所述上种植/除植两用筛孔板6与圆柱形筒体8的上盖板4之间设有净水出水腔体5，所述下种植/除植两用筛孔板10与圆柱形筒体8的下盖板16之间设有原水进水腔体2，所述圆柱形筒体8的内部还设有带转轴的旋转式波轮9，所述带转轴的旋转式波轮11位于下盖板16的上部，所述旋转式波轮11的转轴通过下盖板底部的密封轴套13与变速电机14连接，所述变速电机14与底座支架15固连。

本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的进一步的优选方案是：

所述上种植/除植两用筛孔板6的形状为正向锅盖形、平板形或正向圆锥形、厚度为5-10mm、筛孔为40-60目、筛孔的形状为圆形、方形、多边形中的一种和几种的组合；所述上种植/除植两用筛孔板6的直径与圆柱形筒体8的内径相等并为紧配合装配。如图4所示。

所述下种植/除植两用筛孔板10的形状为反向锅盖形、平板形或反向圆锥形、厚度为5-10mm、筛孔为40-60目、筛孔的形状为圆形、方形、多边形中的一种和几种的组合；所述下种植/除植两用筛孔板10的直径与圆柱形筒体8的内径相等并为紧配合装配。如图4所示的反向即为下种植/除植两用筛孔板10的形状。

所述种植型羟基磷灰石滤粒为其结构中自滤粒的内核至外表面，以羟基含量的递增而依次分为含羟基迁移料体的内核种植层、含羟基交换料体的过渡种植层和含乳石种植料体的外表种植层，且相邻两层之间为化学键合；所述种植型羟基磷灰石滤粒结构中的羟基迁移料体的内核种植层的羟基含量为1.19-1.7％、羟基交换料体的过渡种植层的羟基含量为1.7-2.21％、乳石种植料体的外表种植层的羟基含量为2.21-2.72％。

所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的上种植/除植两用筛孔板6的包覆层厚度为1-10mm，以其厚度≥3mm为佳；所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的下种植/除植两用筛孔板10的包覆层厚度为1-10mm，以其厚度≥3mm为佳。

所述圆柱形筒体8的高度为所述圆柱形筒体8的外径的1.5-3倍。

所述带转轴的旋转式波轮11的形状为波齿圆盘；如图5所示。

所述除氟水处理腔体9所对应的圆柱形筒体8的内壁上均匀分布多个超声波发生器，每个超声波发生器的功率为100-300w、频率为20-40KHz。

实施例2。

本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备适用于种植法除氟水处理新工艺。下面以本发明应用于种植法除氟水处理新工艺为实施例2，进一步详细说明本发明的具体实施方式。

结合图6-7，本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的使用方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤1，单体反应釜设备进入准备状态：在设有上种植/除植两用筛孔板6和下种植/除植两用筛孔板10的圆柱形筒体8的除氟水处理腔体9内投入种植型羟基磷灰石滤粒17；通过原水进口阀1向圆柱形筒体8的除氟水处理腔体9内投加并注满经计量配置后的含有除氟水处理剂的原水混合液；圆柱形筒体8的左上部设有净水出口阀3和左下部设有原水进口阀1以及右上部设有冲洗水出口阀7和右下部设有冲洗水进口阀12均处于关闭状态，变速电动机14与外部电源连接；

步骤2，单体反应釜设备进入种植状态：在完成步骤1的准备状态的基础上，开启圆柱形筒体8左上部的净水出口阀3和左下部的原水进口阀1，所述原水混合液自下而上依次经原水进口阀1、原水进水腔体2、下种植/除植两用筛孔板10进入除氟水处理腔体9，在控制原水混合液的液流速度的条件下，使所述原水混合液与除氟水处理腔体9中的种植型羟基磷灰石滤粒混合并进行悬浮式种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒上形成氟磷灰石晶核以及由氟磷灰石晶核继续生长所形成的氟磷灰石晶体乳石，经悬浮式种植反应后的种植混合液通过上种植/除植两用筛孔板6和净水出水腔体5从净水出口阀3流出圆柱形筒体8，从而得到净水；

步骤3，单体反应釜设备进入除植状态：步骤2所述种植状态达到设定的种植时间后，关闭圆柱形筒体8的净水出口阀3和原水进口阀1，开启圆柱形筒体8的冲洗水出口阀7和冲洗水进口阀12，在冲洗水对除氟水处理腔体9中的种植型羟基磷灰石滤粒的水流冲击下进行冲洗，去除种植型羟基磷灰石滤粒上所生长的氟磷灰石晶体乳石，以恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力，所述氟磷灰石晶体乳石伴随着冲洗水从上种植/除植两用筛孔板6和净水出水腔体5经冲洗水出口阀7流出圆柱形筒体8，除植状态达到设定的除植时间后其冲洗水操作自动停止；若用于高浓度含氟原水处理时，设置超声波发生器与冲洗水的水流冲击协同进行冲洗，其效果更佳；

步骤4，单体反应釜设备进入再种植状态：将步骤3所述完成除植状态的单体反应釜设备重新恢复进入种植状态，周而复始，循环操作；

步骤5，单体反应釜设备进入再除植状态：将步骤4所述完成再种植状态的单体反应釜设备重新恢复进入再除植状态，周而复始，循环操作。

本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备的的使用方法的进一步的优选方案是：

所述种植型羟基磷灰石滤粒17为其结构中自滤粒的内核至外表面，以羟基含量的递增而依次分为含羟基迁移料体的内核种植层、含羟基交换料体的过渡种植层和含乳石种植料体的外表种植层，且相邻两层之间为化学键合；所述种植型羟基磷灰石滤粒结构中的羟基迁移料体的内核种植层的羟基含量为1.19-1.7％、羟基交换料体的过渡种植层的羟基含量为1.7-2.21％、乳石种植料体的外表种植层的羟基含量为2.21-2.72％。

所述原水混合液为：按照摩尔份数配置，含氟原水﹕钙盐水处理剂＝1﹕3～10、含氟原水﹕磷酸盐水处理剂＝1:2～5；其中，所述含氟原水的浓度为1-20ppm，所述钙盐水处理剂为氧化钙、氢氧化钙或氯化钙，所述磷酸盐水处理剂为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠。

所述原水混合液的液流速度为≧10m/h。

所述设定的种植时间为60-120分钟；所述种植时间是指原水混合液的连续运行时间；该连续运行时间的设定以测得步骤2得到的净水的氟离子含量不超过1mg/L为限，种植时间可实时进行调控。

所述设定的除植时间为10-15分钟；所述除植时间是指去除种植型羟基磷灰石滤粒上所生长的氟磷灰石晶体乳石，以恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力的连续运行时间。

本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的单体反应釜设备及其使用方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。