專利名稱：電凝聚-吸附去除水中氟離子的方法
技術領域：
本發明屬于水處理技術領域，更具體地是涉及一種通過電凝聚和吸附兩個技術組合有效去除飲用水或者工業廢水中氟離子的方法。
背景技術：
氟污染是一個全球性的問題。正常飲用水中氟含量在0. 5 1. Omg/L之間。氟含量超過1.0mg/L，就會引起氟中毒，重患者可能引起氟骨癥。某些特定行業的工業廢水中也含有高濃度的氟離子，急需有效治理。含氟飲用水和工業廢水的處理目前仍是我國和世界上許多國家尚未解決的問題，目前除氟方法有混凝沉淀法、吸附過濾法、電絮凝法、電滲析法和反滲透法等。采用電凝聚方法進行水中氟離子去除已有人報道。電絮凝法構造簡單、處理費用低、占地面積小、攜帶方便，對處理小水量的分散性供水系統以及高濃度氟污染很適用。電絮凝又稱電凝聚，其處理原理是將金屬電極(鋁或鐵)置于被處理的水中，然后通以直流電，此時金屬陽極發生電化學反應，溶出Al3+離子或!^2+等離子并在水中水解而發生凝聚或絮凝作用，其過程和機理與化學凝聚基本相同。通常，電化學反應器內進行的化學反應過程是極其復雜的。在電絮凝反應器中同時發生了電絮凝、電氣浮和電氧化過程，水中的溶解性、膠體和懸浮態污染物在凝聚、氣浮和氧化作用下均可得到有效轉化和去除。在采用電絮凝除氟離子時陽極主要采用鋁板，通過溶解的鋁離子水解后形成的絮體進行氟離子的凝聚去除。但是單純的電凝聚單元，需要后續的沉淀和過濾系統。吸附法以具有高比表面積、優良機械強度的不溶性固體材料為吸附劑，通過物理吸附、化學吸附或離子交換等作用將水中氟離子吸附在吸附劑表面，從而達到去除水中氟離子的目的。吸附法簡單易行，尤其適合于處理量大、污染物濃度較低的飲用水處理體系。 但大多數吸附劑吸附容量有限，存在吸附劑再生頻繁等問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電凝聚-吸附去除水中氟離子的方法，將公知的電凝聚單元和公知的吸附單元結合成一體化的電化學反應器，首先在電凝聚單元中通過感應電的方法電解鋁陽極，在線生成鋁絮體，通過鋁絮體和電場的陽極吸附快速將高濃度的氟離子有效去除；剩余的低濃度的氟離子進入吸附單元，依靠吸附作用將低濃度的氟離子吸附去除。通過耦合的電凝聚和吸附工藝高效去除飲用水或者廢水中氟離子。具體地說，本發明提供的電凝聚-吸附去除水中氟離子的方法，其步驟為1)待處理的水進入電凝聚單元進行電凝聚處理；電凝聚單元中形穩電極為陽極和陰極，陽極和陰極中間為鋁板電極；2)電凝聚單元流出的水進入吸附單元進行吸附處理；3)吸附處理后的水經過砂濾單元過濾。所述的方法，其中，電凝聚單元通過控制電壓和電流調節凝聚中鋁的溶出量。
所述的方法，其中，電凝聚單元進行正負極的切換，抑制電極鈍化。所述的方法，其中，電凝聚單元中的形穩電極為涂覆在鈦網上的鈦釕網電極。所述的方法，其中，吸附單元中填充有載體填料和吸附劑。所述的方法，其中，載體填料為硅藻土、石英砂、陶粒、錳砂、無煙煤或磁鐵礦。所述的方法，其中，吸附劑為活性氧化鋁。本發明的特點是1)本發明將電凝聚與吸附單元技術組合，利用電凝聚和吸附單元技術的各自特點，實現水中氟離子的高效去除。2)電凝聚單元不僅可以通過產生的鋁絮體進行去除水中氟離子，也可通過直流電場作用電吸附水中的氟離子。3)本發明的組合方法不僅對地下水而且對廢水中高濃度的氟離子均可進行有效去除和治理。
圖1是本發明的去除水中氟離子的電凝聚和吸附組合工藝圖。圖2是本發明的去除水中氟離子的電凝聚單元示意圖。圖3是本發明的去除水中氟離子的吸附單元示意圖。附圖中主要標記說明1電凝聚單元；2吸附單元；3極板；4法蘭；5布水板；6布水器；7托板；8填料。
具體實施例方式本發明將電凝聚與吸附單元組合，進行水中氟離子的去除。本發明的優點在于先將水中高濃度的氟離子通過電混凝工藝的快速高效的去除到1. 5-2. Omg/L左右，接下來余下的氟離子通過吸附單元去除，這樣降低了吸附單元的負荷，延長了吸附劑的使用壽命，讓水中氟離子高效去除。本發明中，電凝聚產生的鋁絮體以及陽極的電吸附作用可快速去除高濃度的氟離子，剩余的氟離子可在吸附單元通過吸附作用去除。吸附單元所采用的吸附劑主要是活性氧化鋁。此外，電凝聚產生的鋁離子流經吸附單元時，原位產生鋁氧化物，進一步去除氟離子，吸附單元同時可去除過量的鋁離子和鋁氧化物。本發明的形穩陽極作為連接直流電源的正極和負極，通過電感應的方法，使成為鋁陽極進行溶解產生鋁絮體，首先通過電凝聚過程去除水中高濃度的氟離子。同時在電場作用下，氟離子通過電吸附作用也可被吸附去除。剩余的低濃度的氟離子，進入吸附單元， 被吸附劑有效吸附去除。同時電解產生的鋁離子進入吸附單元，在吸附填料上形成鋁氧化物，進一步對水中的氟離子進行有效吸附。出水可達到飲用水或工業廢水排放標準。以下結合附圖對本發明除氟離子的方法作詳細說明請參閱圖1、圖2和圖3。待處理的水樣首先通過泵進入電凝聚單元1進行電凝聚處理，其流速可以通過流量計調節。控制形穩電極的電壓和電流來調節電凝聚單元中鋁的溶出量。從電凝聚單元上面流出的水進入吸附單元2進行吸附處理。吸附處理后的水經過砂濾單元即可以達到飲用水標準或者廢水排放標準。
所述的電凝聚反應器可是有機玻璃材料、塑料材料或鋼材等。布水板5可為有機玻璃或塑料材料等。電極3為鋁板材料。電凝聚處理過程中通過控制極板的電流密度 (10-35A/m2)、鋁板電極面積、電極極板間距(1-3厘米)等條件實現對水中氟離子的去除。 電凝聚出水通過布水器6進入吸附單元，吸附單元中吸附劑為活性氧化鋁(商業產品)，其中水中的鋁離子水解形成鋁氧化物吸附在載體填料上，也可對水中的氟離子有效去除。載體填料可選自硅藻土、石英砂、陶粒、錳砂、無煙煤或磁鐵礦。吸附單元外殼為不銹鋼、塑料、 有機玻璃均可。本發明的電凝聚吸附組合技術處理含氟離子的地下水，除氟效率可達到90%以上，處理后水中的氟離子的含量低于我國對飲用水的標準規定值，且無二次污染。本發明也可有效去除廢水中高濃度的氟離子，使之含量達到我國對工業廢水的排放標準。實施例1采用本發明如圖1、圖2和圖3所示意的電凝聚和吸附組合工藝進行某地地下水中氟離子的去除。待處理的水樣首先通過泵進入電凝聚單元1，進行電凝聚處理。通過流量計調節流速；通過控制電壓和電流調節凝聚中鋁的溶出量。從電凝聚單元上面流出的水，進入吸附單元2，進行吸附處理。處理后的水經過砂濾單元過濾。電凝聚單元的外殼為不銹鋼。水力停留時間為15分鐘，所施加電壓為25伏，所采用的形穩電極為涂覆在鈦網上的鈦釕網電極。吸附單元的所采用的載體填料為硅藻土，吸附劑為活性氧化鋁。吸附單元的停留時間為30分鐘。試驗結果為原水濁度為1. 3NTU ；氟濃度為4. 5mg/L。經上述電凝聚和吸附單元后出水氟濃度見表1，從表中的結果可看出，經過該組合工藝處理后水中氟離子濃度 < lmg/L0表1含氟地下水水經組合工藝處理后的水質情況
權利要求
1.一種電凝聚-吸附去除水中氟離子的方法，其步驟為1)待處理的水進入電凝聚單元進行電凝聚處理；電凝聚單元中形穩電極為陽極和陰極，陽極和陰極中間為鋁板電極；2)電凝聚單元流出的水進入吸附單元進行吸附處理；3)吸附處理后的水經過砂濾單元過濾。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，電凝聚單元通過控制電壓和電流調節凝聚中鋁的溶出量。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，電凝聚單元進行正負極的切換，抑制電極鈍化。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，電凝聚單元中的形穩電極為涂覆在鈦網上的鈦釕網電極。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，吸附單元中填充有載體填料和吸附劑。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，載體填料為硅藻土、石英砂、陶粒、錳砂、無煙煤或磁鐵礦。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，吸附劑為活性氧化鋁。
全文摘要
一種電凝聚-吸附去除水中氟離子的方法，其步驟為1)待處理的水進入電凝聚單元進行電凝聚處理；電凝聚單元中形穩電極為陽極和陰極，陽極和陰極中間為鋁板電極；2)電凝聚單元流出的水進入吸附單元進行吸附處理；3)吸附處理后的水經過砂濾單元過濾。本發明在電凝聚單元中通過電感應方法使鋁陽極電溶解產生鋁離子，產生的鋁離子通過水解凝聚作用一方面可以大部分氟離子，同時電場的吸附作用也可去除部分氟離子；余下的低濃度氟離子通過吸附單元，利用吸附劑活性氧化鋁被去除，同時吸附單元也可去除過量的鋁離子，使水中的氟離子達到飲用水標準或工業廢水排放標準。
文檔編號C02F1/28GK102329029SQ20111025834
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者蘭華春, 劉會娟, 劉銳平, 曲久輝, 趙旭 申請人:中國科學院生態環境研究中心