一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的装置的制作方法

本实用新型属于水处理技术的应用领域，具体涉及一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的装置。

背景技术：

原生富氟、砷劣质天然水(地质成因)和天然水体的氟、砷污染(人类活动成因)在世界范围内广泛存在，且水中同时富集氟、砷的情况屡见不鲜。高氟和/或高砷环境人群经各种途径长期摄入过量氟和/或砷后可导致不同种类和程度的病变。我国不少地区的天然水体中氟、砷富集情况较为严重，危及人口2000多万。

目前，针对水体中氟、砷的去除方法主要包括生物降解法、化学沉淀法和吸附法等。这些方法虽能获得一定水处理效果，但也各有不足之处。生物降解法作用周期长，不适用于大面积分布的富氟、砷水体，也不适用于以快速、便捷为特点的小型水处理装置(如家用水处理装置)；化学沉淀法不能一次性将水中高浓度的氟、砷降低至饮用水标准以下，要获得令人满意的水处理效果需结合其他水处理方法进行多级处理操作，过程繁琐；吸附法的水处理效果因所选吸附剂而各有差异，但目前广为使用的吸附材料大多仅适用于水中低浓度的氟、砷处理(在水中氟、砷含量高时水处理效率极差)，且不能同时、有效去除水中氟和砷。鉴于以上原因，本实用新型基于水铝钙石进行水中氟和砷酸盐的处理。水铝钙石是一种层状双羟基复合金属氢氧化物，属阴离子黏土材料，具有独特的层状结构和结构记忆效应。其比表面积大、阴离子交换容量高，对水中氟和砷酸盐(在含量较低的情况下)均吸附效果良好；在水中氟和砷酸盐含量较高时，则可通过沉淀过程实现氟、砷去除。水铝钙石制备方法简单、成本低廉、可大规模生产，且对使用后的、附着有害组分的水铝钙石可通过焙烧处理恢复其水处理能力，实现循环再利用。

在本实用新型相关领域，目前已公开专利包括中电投山西铝业有限公司“一种水铝钙石的生产方法(专利号CN105271343A)”；华南理工大学“一种煅烧阴离子黏土可见光催化剂及其制备方法和用途(专利号CN103055872A)”；华南理工大学“一种石墨烯/阴离子黏土复合光催化剂及其制法与应用(专利号CN104226289A)”；华东交通大学“处理污水中磷的水滑石制备方法(专利号CN106179178A)”；南京农业大学“一种铁锰型水滑石焙烧物的制备及其在砷污染废水吸附中的应用(专利号CN103769037A)”；上海大学“一种调控形成类水滑石化合物深度处理渗滤液尾水的方法(专利号CN102674515A)”等，以上专利均为阴离子黏土材料的制备方法或其在水处理中基于吸附过程的应用。迄今为止，未见将水铝钙石应用于去除水中不同含量范围的氟和砷酸盐的实用新型。本实用新型设计了一种利用水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的方法(基于吸附过程或沉淀过程，视氟和砷酸盐的含量而定)及装置，以同时、高效处理水中不同浓度范围的氟和砷酸盐。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的装置，以水铝钙石为水处理填充材料，去除水中不同浓度范围的氟和砷酸盐。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的技术方案是，一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的装置，包括：待处理水进口、蠕动泵、滤芯、储水箱和水质监测装置。所述蠕动泵一端与所述待处理水进口连通，另一端与所述滤芯的底部连通；所述滤芯的顶部与所述储水箱连通，所述水质监测装置位于所述储水箱内。

优选地，所述滤芯安装于自动转换圆盘上，提供多组备用滤芯，其内部从下至上依次填充PP棉层、水铝钙石和石英砂混合层、PP棉层、活性炭层和超滤膜层。

优选地，所述滤芯的上下两端分别设置卡扣。

优选地，所述滤芯与所述储水箱通过处理后水溢出端连通，所述滤芯与所述处理后水溢出端之间设置流速监测表。

优选地，所述储水箱的底端设有排污口和处理后水出口，底端处理后水出口与所述匀速抽水泵连接。

优选地，所述水铝钙石为利用氯化钙、六水合氯化铝和氢氧化钠经共沉淀法合成的固体产物，经研磨过65目筛网后获得粒径小于250μm的粉末；石英砂为25-50目的颗粒。

本实用新型实施例还提供了一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的方法，具体包括以下步骤：

(1)采集待处理水样品，并检测其氟、砷的含量；

(2)根据氟、砷含量确定滤芯的尺寸及填充材料的比例，并安装所述待处理水进口、蠕动泵、滤芯、流速监测表、储水箱、水质监测装置、匀速抽水泵；

(3)将待处理水连接于待处理水进口，根据待处理水量调节蠕动泵的转速以控制其流入滤芯的速率；

(4)根据流速监测表和水质监测装置，实时监测处理后水的产水速率和水质，判断滤芯的有效性，以根据需要及时更换滤芯。

与相关技术相比，本实用新型装置的核心之处在于：

其一，可由蠕动泵的转速控制待处理水流入滤芯的速率；当待处理水的处理量较低时，可适当降低转速以减小待处理水流入滤芯的速率，延长其在滤层中的滞留时间和反应时间，达到更好的去除效果。

其二，可利用流速监测表和水质监测装置实时监测处理后水的产水速率和水质，判断滤芯的有效性；滤芯安装于自动转换圆盘上，备有多组滤芯，可拆卸更换。可根据待处理水中氟和砷酸盐的含量设计出不同尺寸的滤芯：当氟、砷含量较低时，为节省原料可设计较短的滤芯；当氟、砷含量较高时，可适当增加滤芯长度而延长待处理水在滤层中的滞留时间和反应时间，增强去除效果。

其三，填充于滤芯中的水铝钙石对水体中较宽浓度范围内的氟和砷酸盐均具有良好的去除效果。当溶液中氟、砷酸盐浓度较低时，F^-和HnAsO4^n-3(n＝0-3)可与水铝钙石层间的Cl^-发生阴离子交换或静电吸附于其表面；而当氟、砷酸盐浓度较高时，F^-或HnAsO4^n-3(n＝0-3)则可与水铝钙石溶解产生的Ca²⁺、Al(OH)n^3-n(n＝0-4)等组分生成萤石、氟代三水铝石或羟砷钙石、水羟砷铝石等沉淀。由此可根据待处理水中氟和砷酸盐含量调节滤芯尺寸、水铝钙石用量及其和石英砂的比例：当氟、砷含量较低时，可采用细长滤芯，并适当减少水铝钙石用量而增加石英砂用量；当氟、砷含量较高时，考虑到含氟、砷矿物的沉淀可能堵塞滤芯而影响处理后水的产水速率，可设计大横截面的滤芯以增加过水断面面积。

其四，水铝钙石是一种层状双羟基复合金属氢氧化物，具有结构记忆能力，吸附氟和砷酸盐后的固体产物可进行焙烧以获得其复合金属氧化物，并重新作为滤芯填充材料，与待处理水及其中的氟和砷酸盐作用而恢复其层状结构，达到循环利用的效果。

其五，装置底部设置储水箱和匀速抽水泵，可避免因滤芯使用时间延长、产水率降低而导致出水量不稳定的情况；同时可及时抽出处理后水，避免产水速率较高时储水箱中处理后水溢出的情况。

附图说明

图1是本实用新型实施例的装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例的滤芯结构示意图；

图3是本实用新型实施例的滤芯安装结构示意图。

图例：待处理水进口1、蠕动泵2、滤芯3、流速监测表4、处理后水溢出端5、储水箱6、水质监测装置7、排污口8、处理后水出口9、匀速抽水泵10、PP棉层11、水铝钙石和石英砂混合层12、活性炭层13、超滤膜层14、螺纹卡扣15、自动转换圆盘16、滤芯进水口17。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

参照附图1，本实用新型实施例提供了一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的装置，包括待处理水进口1、蠕动泵2、滤芯3、流速监测表4、处理后水溢出端5、储水箱6、水质监测装置7、排污口8、处理后水出口9和匀速抽水泵10。

所述蠕动泵2一端与所述待处理水进口1连通，另一端与所述滤芯3的底部连通，通过蠕动泵2将含氟和砷酸盐的待处理水经所述待处理水进口1传输至滤芯3中，可根据待处理水量调节蠕动泵2的转速以控制待处理水流入滤芯3的速率。

进一步地，所述滤芯3与所述储水箱6通过处理后水溢出端5连通，所述滤芯3与所述处理后水溢出端5之间设置流速监测表4，流速监测表4可监测经滤芯3处理后水的产水速率，以判断滤芯的有效性。当流速表数值小于设定值，即自动提醒更换滤芯3，能最大限度地利用滤芯3，控制运行成本。

进一步地，所述储水箱6，用于储存处理后水，避免因滤芯3使用时间的延长、产水率降低而导致出水量不稳定的情况；所述水质监测装置7位于所述储水箱6内，监测经滤芯3处理后水的水质，判断滤芯3的即时水处理效果，当出水水质劣于设定值时，自动更换滤芯3。

进一步地，所述储水箱6的底端设有排污口8和处理后水出口9，所述处理后水出口9与匀速抽水泵10连接。所述匀速抽水泵10可及时抽出处理后水，避免产水速率较高时储水箱中处理后水溢出的情况；所述排污口8用于清洗储水箱6时排出待处理水。

参照附图2，所述滤芯3内部自下而上依次填充PP棉层11、水铝钙石和石英砂混合层12、PP棉层11、活性炭层13和超滤膜层14。进入滤芯3中的待处理水首先通过PP棉层11流入水铝钙石和石英砂混合层12反应，再依次经过PP棉层11流入活性炭层13，最后经超滤膜层14排出。

所述PP棉层11可使待处理水渗流路径尽可能均匀，保证待处理水均匀流入滤芯，同时可固定水铝钙石和待处理水中的悬浮物；所述水铝钙石和石英砂混合层12可同时去除待处理水中氟和砷酸盐；所述活性炭层13可去除水中可能并存的有机物、重金属、异味等；所述超滤膜层14可有效降低水的浊度，排出澄清的处理后水。

参照附图3，所述滤芯3安装于自动转换圆盘16上，所述自动转换圆盘16上安装7组滤芯3，当使用中的滤芯3失效时，所述自动转换圆盘16可转动替换下一组滤芯3，每组滤芯3上呈3排3列的方式共设置9个进水口17，以便待处理水均匀进入滤芯3。

本实用新型实施例还提供了一种基于水铝钙石同时去除水中氟和砷酸盐的方法，具体包括以下步骤：

(1)采集待处理水样品，并检测其氟、砷的含量；

(2)根据氟、砷含量确定滤芯的尺寸及填充材料的比例，并安装所述待处理水进口1、蠕动泵2、滤芯3、流速监测表4、储水箱6、水质监测装置7、匀速抽水泵10；

(3)将待处理水连接于待处理水进口1，根据待处理水量调节蠕动泵2的转速以控制其流入滤芯3的速率；

(4)根据流速监测表4和水质监测装置7，实时监测处理后水的产水速率和水质，判断滤芯2的有效性，以根据需要及时更换滤芯。

本实用新型的主要特点在于：首先，在采用不同(针对性)填充设计方案的前提下，水处理核心部件(滤芯3)的主要填充材料水铝钙石可经吸附或沉淀过程有效、同时去除水中不同浓度范围(变化幅度大)的氟和砷酸盐；其次，本实用新型通过安装蠕动泵2、流速监测表4和水质监测装置7，控制和监测处理后水的产水速率和水质，以判断滤芯3的有效性，当流速表数值小于设定值或出水水质劣于设定值时，自动提醒更换滤芯3，以最大限度地利用滤芯3；再次，本实用新型装置的滤芯3可拆卸更换，可设计不同尺寸的滤芯3和填充不同比例的水铝钙石和石英砂混合物，且通过对水处理后的、附着污染物的固体产物(原水铝钙石)进行焙烧处理可实现其循环再利用；最后，本实用新型设置储水箱6和匀速抽水泵10，便于储存和抽出处理后水，避免出水量不稳定和处理后水量过多而溢出的情况。

在本文中，为技术方案表述的清晰及方便，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中的位置以及零部件之间的相对位置来定义的。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。