专利名称：电凝聚-吸附去除水中氟离子的方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，更具体地是涉及一种通过电凝聚和吸附两个技术组合有效去除饮用水或者工业废水中氟离子的方法。
背景技术：
氟污染是一个全球性的问题。正常饮用水中氟含量在0. 5 1. Omg/L之间。氟含量超过1.0mg/L，就会引起氟中毒，重患者可能引起氟骨症。某些特定行业的工业废水中也含有高浓度的氟离子，急需有效治理。含氟饮用水和工业废水的处理目前仍是我国和世界上许多国家尚未解决的问题，目前除氟方法有混凝沉淀法、吸附过滤法、电絮凝法、电渗析法和反渗透法等。采用电凝聚方法进行水中氟离子去除已有人报道。电絮凝法构造简单、处理费用低、占地面积小、携带方便，对处理小水量的分散性供水系统以及高浓度氟污染很适用。电絮凝又称电凝聚，其处理原理是将金属电极(铝或铁)置于被处理的水中，然后通以直流电，此时金属阳极发生电化学反应，溶出Al3+离子或!^2+等离子并在水中水解而发生凝聚或絮凝作用，其过程和机理与化学凝聚基本相同。通常，电化学反应器内进行的化学反应过程是极其复杂的。在电絮凝反应器中同时发生了电絮凝、电气浮和电氧化过程，水中的溶解性、胶体和悬浮态污染物在凝聚、气浮和氧化作用下均可得到有效转化和去除。在采用电絮凝除氟离子时阳极主要采用铝板，通过溶解的铝离子水解后形成的絮体进行氟离子的凝聚去除。但是单纯的电凝聚单元，需要后续的沉淀和过滤系统。吸附法以具有高比表面积、优良机械强度的不溶性固体材料为吸附剂，通过物理吸附、化学吸附或离子交换等作用将水中氟离子吸附在吸附剂表面，从而达到去除水中氟离子的目的。吸附法简单易行，尤其适合于处理量大、污染物浓度较低的饮用水处理体系。 但大多数吸附剂吸附容量有限，存在吸附剂再生频繁等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电凝聚-吸附去除水中氟离子的方法，将公知的电凝聚单元和公知的吸附单元结合成一体化的电化学反应器，首先在电凝聚单元中通过感应电的方法电解铝阳极，在线生成铝絮体，通过铝絮体和电场的阳极吸附快速将高浓度的氟离子有效去除；剩余的低浓度的氟离子进入吸附单元，依靠吸附作用将低浓度的氟离子吸附去除。通过耦合的电凝聚和吸附工艺高效去除饮用水或者废水中氟离子。具体地说，本发明提供的电凝聚-吸附去除水中氟离子的方法，其步骤为1)待处理的水进入电凝聚单元进行电凝聚处理；电凝聚单元中形稳电极为阳极和阴极，阳极和阴极中间为铝板电极；2)电凝聚单元流出的水进入吸附单元进行吸附处理；3)吸附处理后的水经过砂滤单元过滤。所述的方法，其中，电凝聚单元通过控制电压和电流调节凝聚中铝的溶出量。
所述的方法，其中，电凝聚单元进行正负极的切换，抑制电极钝化。所述的方法，其中，电凝聚单元中的形稳电极为涂覆在钛网上的钛钌网电极。所述的方法，其中，吸附单元中填充有载体填料和吸附剂。所述的方法，其中，载体填料为硅藻土、石英砂、陶粒、锰砂、无烟煤或磁铁矿。所述的方法，其中，吸附剂为活性氧化铝。本发明的特点是1)本发明将电凝聚与吸附单元技术组合，利用电凝聚和吸附单元技术的各自特点，实现水中氟离子的高效去除。2)电凝聚单元不仅可以通过产生的铝絮体进行去除水中氟离子，也可通过直流电场作用电吸附水中的氟离子。3)本发明的组合方法不仅对地下水而且对废水中高浓度的氟离子均可进行有效去除和治理。
图1是本发明的去除水中氟离子的电凝聚和吸附组合工艺图。图2是本发明的去除水中氟离子的电凝聚单元示意图。图3是本发明的去除水中氟离子的吸附单元示意图。附图中主要标记说明1电凝聚单元；2吸附单元；3极板；4法兰；5布水板；6布水器；7托板；8填料。
具体实施例方式本发明将电凝聚与吸附单元组合，进行水中氟离子的去除。本发明的优点在于先将水中高浓度的氟离子通过电混凝工艺的快速高效的去除到1. 5-2. Omg/L左右，接下来余下的氟离子通过吸附单元去除，这样降低了吸附单元的负荷，延长了吸附剂的使用寿命，让水中氟离子高效去除。本发明中，电凝聚产生的铝絮体以及阳极的电吸附作用可快速去除高浓度的氟离子，剩余的氟离子可在吸附单元通过吸附作用去除。吸附单元所采用的吸附剂主要是活性氧化铝。此外，电凝聚产生的铝离子流经吸附单元时，原位产生铝氧化物，进一步去除氟离子，吸附单元同时可去除过量的铝离子和铝氧化物。本发明的形稳阳极作为连接直流电源的正极和负极，通过电感应的方法，使成为铝阳极进行溶解产生铝絮体，首先通过电凝聚过程去除水中高浓度的氟离子。同时在电场作用下，氟离子通过电吸附作用也可被吸附去除。剩余的低浓度的氟离子，进入吸附单元， 被吸附剂有效吸附去除。同时电解产生的铝离子进入吸附单元，在吸附填料上形成铝氧化物，进一步对水中的氟离子进行有效吸附。出水可达到饮用水或工业废水排放标准。以下结合附图对本发明除氟离子的方法作详细说明请参阅图1、图2和图3。待处理的水样首先通过泵进入电凝聚单元1进行电凝聚处理，其流速可以通过流量计调节。控制形稳电极的电压和电流来调节电凝聚单元中铝的溶出量。从电凝聚单元上面流出的水进入吸附单元2进行吸附处理。吸附处理后的水经过砂滤单元即可以达到饮用水标准或者废水排放标准。
所述的电凝聚反应器可是有机玻璃材料、塑料材料或钢材等。布水板5可为有机玻璃或塑料材料等。电极3为铝板材料。电凝聚处理过程中通过控制极板的电流密度 (10-35A/m2)、铝板电极面积、电极极板间距(1-3厘米)等条件实现对水中氟离子的去除。 电凝聚出水通过布水器6进入吸附单元，吸附单元中吸附剂为活性氧化铝(商业产品)，其中水中的铝离子水解形成铝氧化物吸附在载体填料上，也可对水中的氟离子有效去除。载体填料可选自硅藻土、石英砂、陶粒、锰砂、无烟煤或磁铁矿。吸附单元外壳为不锈钢、塑料、 有机玻璃均可。本发明的电凝聚吸附组合技术处理含氟离子的地下水，除氟效率可达到90%以上，处理后水中的氟离子的含量低于我国对饮用水的标准规定值，且无二次污染。本发明也可有效去除废水中高浓度的氟离子，使之含量达到我国对工业废水的排放标准。实施例1采用本发明如图1、图2和图3所示意的电凝聚和吸附组合工艺进行某地地下水中氟离子的去除。待处理的水样首先通过泵进入电凝聚单元1，进行电凝聚处理。通过流量计调节流速；通过控制电压和电流调节凝聚中铝的溶出量。从电凝聚单元上面流出的水，进入吸附单元2，进行吸附处理。处理后的水经过砂滤单元过滤。电凝聚单元的外壳为不锈钢。水力停留时间为15分钟，所施加电压为25伏，所采用的形稳电极为涂覆在钛网上的钛钌网电极。吸附单元的所采用的载体填料为硅藻土，吸附剂为活性氧化铝。吸附单元的停留时间为30分钟。试验结果为原水浊度为1. 3NTU ；氟浓度为4. 5mg/L。经上述电凝聚和吸附单元后出水氟浓度见表1，从表中的结果可看出，经过该组合工艺处理后水中氟离子浓度 < lmg/L0表1含氟地下水水经组合工艺处理后的水质情况
权利要求
1.一种电凝聚-吸附去除水中氟离子的方法，其步骤为1)待处理的水进入电凝聚单元进行电凝聚处理；电凝聚单元中形稳电极为阳极和阴极，阳极和阴极中间为铝板电极；2)电凝聚单元流出的水进入吸附单元进行吸附处理；3)吸附处理后的水经过砂滤单元过滤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，电凝聚单元通过控制电压和电流调节凝聚中铝的溶出量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，电凝聚单元进行正负极的切换，抑制电极钝化。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，电凝聚单元中的形稳电极为涂覆在钛网上的钛钌网电极。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，吸附单元中填充有载体填料和吸附剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，载体填料为硅藻土、石英砂、陶粒、锰砂、无烟煤或磁铁矿。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，吸附剂为活性氧化铝。
全文摘要
一种电凝聚-吸附去除水中氟离子的方法，其步骤为1)待处理的水进入电凝聚单元进行电凝聚处理；电凝聚单元中形稳电极为阳极和阴极，阳极和阴极中间为铝板电极；2)电凝聚单元流出的水进入吸附单元进行吸附处理；3)吸附处理后的水经过砂滤单元过滤。本发明在电凝聚单元中通过电感应方法使铝阳极电溶解产生铝离子，产生的铝离子通过水解凝聚作用一方面可以大部分氟离子，同时电场的吸附作用也可去除部分氟离子；余下的低浓度氟离子通过吸附单元，利用吸附剂活性氧化铝被去除，同时吸附单元也可去除过量的铝离子，使水中的氟离子达到饮用水标准或工业废水排放标准。
文档编号C02F1/28GK102329029SQ20111025834
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者兰华春, 刘会娟, 刘锐平, 曲久辉, 赵旭 申请人:中国科学院生态环境研究中心