專利名稱：采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于膜系統去除水中有害陰離子的水處理領域，特別涉及以氧化鈣為主要 成分的絮凝劑聯合納濾膜系統截留水中砷、氟等致癌物質的水處理的采用絮凝劑聯合納濾 膜系統去除水中砷、氟的方法及裝置。
背景技術：
砷和氟都是自然存在的元素，風化、溶蝕等長期地質作用使砷、氟元素從巖石礦層 逐漸遷移到地下水環境中，造成地下水不同程度的砷、氟污染。含砷、氟的地下水若被作為 飲用水水源，會成為砷、氟元素對人體產生和釋放毒害效應的重要途徑。人體攝入砷會引起 皮膚的色素脫失、角質化及癌變等病癥，目前包括我國在內的二十多個國家和地區前后報 道了地方性砷中毒事件，受砷暴露危害的人口超過5000萬。氟是人體必需的微量元素之 一，但飲用水中氟的濃度在0.5-1. Omg/L范圍內為宜.當飲用水缺氟時，人體易患齲齒病； 但長期飲用氟濃度高于1. Omg/L的水時，會引起氟斑牙病；飲用氟濃度高于3. Omg/L以上的 水，則會引起氟骨病。我國20多個省市自治區地下水含氟較高，尤其是在西北干旱地區，地 下水作為主要飲用水水源，導致約有七千萬人受地方性氟中毒威脅。為了控制水中砷、氟元 素對人體的危害，我國通過標準的形式對水中砷、氟濃度限值進行了嚴格的規定《生活飲 用水衛生標準》(GB5749-2006)規定飲用水中砷濃度必須低于0. 01mg/L，氟濃度必須低于 1. Omg/L;《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)要求三類及其以上地下水中砷濃度應該低 于0. 05mg/L,氟濃度應低于1. 0mg/L。目前，處理含砷、氟地下水的方法主要有混凝共沉淀、吸附/離子交換、電化學處 理、膜處理等。混凝共沉淀法操作簡便，但占地面積大且含砷、氟污泥生成量大；吸附/離 子交換對處理水水質要求較高、吸附劑再生操作復雜；電化學處理的設備昂貴、操作水平 要求高。與上述處理方法相比較，膜處理方法在地下水除砷除氟方面有獨特優勢膜處理 設備占地小，應用靈活，處理后的水質好。膜處理方法選用的膜種類有很多，其中納濾膜 (Nanofiltration Membrane,NF)是介于反滲透膜與超濾膜之間的一種壓力驅動型膜，對水 中離子和小分子物質的截留率遠高于超濾膜，對跨膜壓力的要求卻比反滲透膜低很多，因 而納濾膜具有經濟高效的優點。納濾膜的膜層孔徑在lnm左右，但水中砷酸根離子、亞砷酸 根離子、氟離子的直徑分別為0. 78nm、0. 38nm、0. 26nm，均小于納濾膜膜層平均孔徑，導致納 濾膜對砷、氟截留率的范圍在40-60%之間，通常多級多段納濾膜優化組合后方能達到上述 處理效果。同時，地下水中的金屬陽離子和硬度等因素會加速納濾膜表面膜垢的生成，降低 砷、氟的截留效率。因此，針對地下水砷、氟污染，開發一種能充分發揮膜系統應用靈活、處理水質好 等優點，又能有效提高砷、氟等小離子截留率，延長膜組件使用壽命，降低經濟成本，是目前 地下水除砷除氟研究與應用工作中亟待解決的難點。
發明內容
本發明的目的是針對水中砷、氟污染物，尤其是地下水中砷、氟污染物，提供性能 高效、經濟可行、應用靈活的以氧化鈣作絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法及裝 置，其特征在于，所述采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法包括1)采用一級平板錯流式納濾膜、二級卷式納濾膜組成的膜系統，通過濃水自循環， 減少膜垢生成、提高系統回收率；2)以氧化鈣為絮凝劑，將氧化鈣投加至原水絮凝水箱中，獲得氫氧化鈣膠體，此時 砷、氟與氫氧化鈣膠體反應生成砷酸鈣、氟化鈣微溶化合物；3)由增壓泵將絮凝后的原水壓入上述一級平板錯流式納濾膜、二級卷式納濾膜組 成的膜系統后，膜系統截留水中砷酸鈣、氟化鈣等難溶化合物，由于砷酸鈣和氟化鈣在水中 不容易沉降，因此借助納濾膜進行固水分離，極大提高除砷除氟的效率；4)經過固水分離的淡水再經過截止閥、流量計、在線電導率儀和壓力表的串聯裝 置后輸出。所述氧化鈣的投加量范圍為0. l-10mmol/L ；為防止空氣中二氧化碳消耗水中的 氫氧化鈣，所述原水絮凝水箱及膜系統水箱都設計為封閉式。所述絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的裝置為將原水絮凝水箱1通過增壓 泵3、流量計6、在線電導率儀7和壓力表8的串聯裝置后和一級平板錯流式納濾膜組件2下 層連接，一級平板錯流式納濾膜組件2上層經過流量計6連接至二級卷式納濾膜組件4的 上端，二級卷式納濾膜組件4的右側面連接截止閥5、流量計6、在線電導率儀7和壓力表8 的串聯裝置后輸出淡水9 ；二級卷式納濾膜組件4的左側面再和一級平板錯流式納濾膜組 件2下層連接后，再經過流量計6、在線電導率儀7和壓力表8的串聯裝置連接至原水絮凝 水箱1上端。所述原水絮凝水箱1具有攪拌裝置。本發明的有益效果如下1、氧化鈣絮凝劑是普通常見的水處理藥劑，成本低廉；2、絮凝劑與砷、氟元素絡合后生成的砷酸鈣、氟化鈣分子直徑為微米級，遠大于納 濾膜膜層平均孔徑，因此砷、氟的去除效率能達到90%以上；3、絮凝劑投加進原水中，提高了原水pH值，使水中鐵、錳等金屬陽離子生成沉淀， 通過納濾膜從水中分離，從而提高水質；4、膜系統由兩級膜組件構成，結構簡單，耗能低，膜層不易結垢，除砷除氟效果顯 著；該方法效率高、成本低、操作簡便。5、膜系統濃水自循環結構能充分利用投加的絮凝劑，同時提高系統回收率。
圖1為絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的系統示意圖。
具體實施例方式本發明是針對水中砷、氟污染物，尤其是地下水中砷、氟污染物，提供性能高效、經 濟可行、應用靈活的以氧化鈣作絮凝劑的采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法及裝置。下面結合附圖和實施例對本發明予以進一步說明。圖1為絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的系統示意圖。圖1中，將原水絮凝 水箱1通過增壓泵3、流量計6、在線電導率儀7和壓力表8的串聯裝置后和一級平板錯流 式納濾膜組件2下層連接，一級平板錯流式納濾膜組件2上層經過流量計6連接至二級卷 式納濾膜組件4的上端，二級卷式納濾膜組件4的右側面連接截止閥5、流量計6、在線電導 率儀7和壓力表8的串聯裝置后輸出淡水9 ；二級卷式納濾膜組件4的左側面再和一級平 板錯流式納濾膜組件2下層連接后，再經過流量計6、在線電導率儀7和壓力表8的串聯裝 置連接至原水絮凝水箱1上端。該裝置中納濾膜系統為一級平板錯流式納濾膜、二級卷式 納濾膜組成的膜系統，含氫氧化鈣膠體和砷酸鈣、氟化鈣絮體的原水水平經過平板膜而不 容易沉降在膜表面；二級膜組件設計為卷式膜，深化水質處理效果；原水中未能通過兩級 納濾膜的部分稱為濃水，經回流管路返回至原水箱，繼續與原水中的砷、氟反應絡合，絮凝 劑與砷、氟元素絡合后生成的砷酸鈣、氟化鈣分子直徑為微米級，遠大于納濾膜膜層平均孔 徑，因此砷、氟的去除效率能達到90%以上。采用該除砷除氟方法處理含砷、氟污染物地下水，處理后的水能達到我國生活飲 用水衛生標準的規定要求。該除砷除氟方法也能有效截留地下水中的鐵、錳、有機物等物 質，從而全面提高處理后的水質。實施例1取某處地下水，該地下水水質情況砷酸根離子53 u g/L，亞砷酸根離子19 u g/L，Fe 0. 21mg/L, Mn 0. 15mg/L，堿度 305mg/L，水溫 14°C，氧化還原電位 8. 8mV,電導率 530 u S/cm。投加氧化鈣0. 25mmol/L,納濾膜的跨膜壓力為0. 5MPa,膜系統回收率為 50士 10%，一級平板式納濾膜出水中砷的濃度為9. 5iig/L，二級卷式納濾膜出水中砷的截 留率為7. 1 u g/L,原水中Fe和Mn濃度都降到0. lmg/L以下。實施例2取某處地下水，該地下水水質情況F2. 16mg/L, Fe 0. 64mg/L, Ca 16. 87mg/L, Mg 26. 36mg/L, Si 13. 5mg/L，水中總溶解性固體(TDS) 356mg/L，水溫 9. 3°C,電導率 758 u S/ cm。投加氧化鈣0. 7mmol/L，納濾膜的跨膜壓力為0. 5MPa，膜系統回收率約為60%，出 水中氟元素的濃度為0. 1 lmg/L, Fe濃度為0. 12mg/L。實施例3實驗室配水實驗，配水水質情況砷酸根離子100 U g/L, F 2. Omg/L,自來水配水， 水溫24°C，電導率為340 u S/cm。 投加氧化鈣0. 25mmol/L,納濾膜的跨膜壓力為0. 8MPa,膜系統回收率為 70士 10%，出水中砷元素的濃度為5. 3ii g/L，氟元素的濃度為0. 04mg/L。
權利要求
一種采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法，其特征在于，所述采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法包括1)采用一級平板錯流式納濾膜、二級卷式納濾膜組成的膜系統，通過濃水自循環，減少膜垢生成、提高系統回收率；2)以氧化鈣為絮凝劑，將氧化鈣投加至待處理原水的原水絮凝水箱中，獲得氫氧化鈣膠體，此時砷、氟與氫氧化鈣膠體反應生成砷酸鈣、氟化鈣微溶化合物；3)由增壓泵將砷、氟與氫氧化鈣膠體反應生成砷酸鈣、氟化鈣微溶化合物壓入上述一級平板錯流式納濾膜、二級卷式納濾膜組成的膜系統后，膜系統截留水中的砷、氟；砷酸鈣、氟化鈣是溶度積較高的難溶化合物，在水中不容易沉降，因此借助納濾膜進行固水分離；4)經過固水分離的淡水再經過截止閥、流量計、在線電導率儀和壓力表的串聯裝置后輸出。
2.根據權利要求1所述采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法，其特征在 于，所述氧化鈣的投加量范圍為0. l-10mmol/L ；為防止空氣中二氧化碳消耗水中的氫氧化 鈣，所述原水絮凝水箱及膜系統水箱都設計為封閉式。
3.一種采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的裝置，其特征在于，所述絮凝劑聯 合納濾膜系統去除水中砷、氟的裝置為將原水絮凝水箱(1)通過增壓泵(3)、流量計(6)、在 線電導率儀(7)和壓力表(8)的串聯裝置后和一級平板錯流式納濾膜組件(2)下層連接， 一級平板錯流式納濾膜組件(2)上層經過流量計(6)連接至二級卷式納濾膜組件(4)的上 端，二級卷式納濾膜組件(4)的右側面連接截止閥(5)、流量計(6)、在線電導率儀(7)和壓 力表(8)的串聯裝置后輸出淡水(9) ；二級卷式納濾膜組件(4)的左側面再和一級平板錯 流式納濾膜組件(2)下層連接后，再經過流量計(6)、在線電導率儀(7)和壓力表(8)的串 聯裝置連接至原水絮凝水箱(1)上端。
4.根據權利要求3所述采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的裝置，其特征在 于，所述原水絮凝水箱(1)具有攪拌裝置。
全文摘要
本發明公開了屬于膜系統去除水中有害陰離子的水處理領域中的一種采用絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的方法及裝置。該裝置是將原水絮凝水箱和一級平板錯流式納濾膜組件、二級卷式納濾膜組件連接組成絮凝劑聯合納濾膜系統去除水中砷、氟的裝置。該裝置中以氧化鈣作絮凝劑，含氫氧化鈣膠體和砷酸鈣、氟化鈣等懸浮物的原水水平經過平板膜而不容易沉降在膜表面；二級膜組件設計為卷式膜，深化水質處理效果；原水中未能通過兩級納濾膜的部分稱為濃水，經回流管路返回至原水箱，繼續與原水中的砷、氟反應絡合，絮凝劑與砷、氟元素絡合后生成的砷酸鈣、氟化鈣分子直徑為微米級，遠大于納濾膜膜層平均孔徑，因此砷、氟的去除效率能達到90％以上。
文檔編號C02F9/04GK101979339SQ20101029746
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者劉文君, 常方方 申請人:清華大學