一种吸附与超滤协同除氟除砷装置的制作方法

本发明属于水净化领域，特别涉及一种去除水中氟、砷污染物的饮用水净化装置。

背景技术：

长期以来，氟、砷污染及其健康风险已引起世界范围的广泛关注。据统计，全球超过2 亿人饮用氟超标的水，其中约8000万人在中国，全球约有两亿人的饮用水砷超标，其中约 2000万人在中国，而且绝大部分位于我国农村和偏远地区。长期饮用高氟水，可引起人体的钙磷代谢失调，造成体内缺钙，引发氟骨症和氟斑牙等中毒症状，重者将导致牙龈萎缩直至缺损脱落。长期饮用砷污染的地下水，即便是低浓度也可对健康造成危害，引起皮肤色素沉着、手掌和足底角化过度、肝病、损害心血管和肾功能。饮用水的氟、砷污染已成为世界上许多国家面临的重要环境和社会问题。

目前饮用水除氟除砷技术包括：离子交换法，混凝沉淀法，膜分离法，吸附法等，其中吸附法除氟、除砷具有操作简单、投资成本低等特点，因而占有很大的优势。传统的吸附法多采用滤柱或滤床的形式，存在着颗粒状吸附剂的吸附容量低、再生效果差且需要专人管理的缺点，不适用于农村及偏远地区使用。研究表明，吸附剂的粒径对吸附效果产生很大影响，粒径越小，比表面积越大，可以最大限度提高吸附剂的吸附容量，然而，使用小粒径吸附剂存在分离困难的问题。超滤作为一种高效固液分离技术，是21世纪材料科学发展的新成果，超滤膜的孔径能做到不大于0.02μm，理论上可截留水中包括病毒在内的一切致病微生物、浊质及细小的吸附剂颗粒，将超滤与吸附组合既可以充分发挥小粒径吸附剂吸附容量高的优势，同时还可以充分发挥超滤所具有的高效固液分离的优势。然而目前使用的膜滤净水装置一般需设置至少6个电动阀用以控制膜装置的进水、出水、排水、反洗水、药洗水和气洗等，同时需要配电和自动控制系统、检测仪表、泵、鼓风机、反洗水池、药剂池等等，系统复杂，设备费用高，十分不利在农村推广使用。鉴于吸附法除氟除砷的优势以及超滤的高效固液分离的特点，研究开发经济高效且简便易行的吸附与超滤组合除氟除砷装置具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种吸附与超滤协同除氟除砷装置，其特征在于：

一种吸附与超滤协同除氟除砷装置由原水泵、高压泵、加压泵、反洗泵、原水池、原料池、吸附池、调节池、保安过滤器、膜柱、反洗水箱、原水管、原水池进水管、原水池出水管、原料输送管、废料输送管、吸附池出水管、膜柱进水管、膜柱出水管、膜柱排水管、反洗水箱进水管、反洗水箱出水管、原料射水器、废料射水器、压力传感器、检修阀、单向阀、流量控制阀、电磁阀、浮球阀、电动排水阀组成。

原水管沿水流方向依次设置检修阀、原水池进水管、流量控制阀、单向阀、检修阀，原水泵通过原水管与吸附池连接，吸附池出水管与调节池的进水口连接，调节池出水口与膜柱进水管连接，膜柱进水管沿水流方向依次设置加压泵、检修阀、保安过滤器、单向阀、流量控制阀、压力传感器，膜柱出水管沿进水水流方向依次设置压力传感器、反洗水箱进水管、反洗水箱出水管、电磁阀、单向阀及检修阀，膜柱排水管上设置电动排水阀，反洗水箱通过反洗水箱进水管和反洗水箱出水管与膜柱出水管连接，反洗水箱进水管沿水流方向依次设置流量控制阀和浮球阀，反洗水箱出水管沿水流方向依次设置流量控制阀、单向阀及检修阀，原水池内放置高压泵，原水池进水管上设置浮球阀，原水池出水管同时连接原料输送管和废料输送管，原料输送管沿水流方向均依次设置电磁阀、单向阀、检修阀及原料射水器，原料池通过原料输送管与吸附池连接，废料输送管沿水流方向均依次设置电磁阀、单向阀、检修阀及废料射水器。

原水由原水泵抽取后，首先进入原水池，当达到原水池内最高水位时，原水池进水管上的浮球阀关闭，原水通过原水管送入吸附池。

吸附池的上部为圆柱形池体，下部为圆锥形池体，侧壁倾角60°，其内部下方设置布水器，与原水管连接，顶部设置出水槽，内部填充粒径≤0.5mm的吸附剂，布水器将送入吸附池的原水均匀分布于整个吸附池的断面上，由下而上经吸附剂层过滤，吸附去除水中超标的氟、砷等污染物，净水经上部出水槽流出，经吸附池出水管送至调节池。

调节池的顶部设置溢流管，内部设水位继电器，达到高水位时，关闭原水泵，开启加压泵，达到低水位时，开启原水泵，关闭加压泵。

废料射水器与吸附池底部相通，其作用是将位于吸附池底部的达到饱和的吸附剂抽出，送至废料坑进行无害化处理，具体操作方法为：启动高压泵及废料输送管上的电磁阀，原水池中的原水以高压水的形式输送至废料射水器，废料射水器内部形成的负压将达到吸附饱和的吸附剂由吸附池底部抽出，再通过废料输送管送出。

原料池的上部为圆柱形池体，下部为圆锥形池体，侧壁倾角60°，其顶部以下0.3m处设置筛网，用于过滤粗颗粒的杂质，避免堵塞原料射水器。

原料射水器与原料池底部相通，其作用是将吸附剂从原料池输送至吸附池，具体操作方法为：启动高压泵及原料输送管上的电磁阀，原水池中的原水以高压水的形式输送至原料射水器，在原料射水器内部形成的负压将吸附剂由原料池底部抽出，再通过原料输送管从吸附池顶部送入吸附池。

膜柱内部放置孔径小于0.02μm的超滤膜，可去除包括病毒在内的致病微生物、浊质及残留的吸附剂颗粒，膜过滤时，滤后水首先进入反洗水箱，当达到反洗水箱最高水位时，浮球阀关闭，滤后水通过膜柱出水管输送至用户。随着膜滤的进行，超滤膜逐渐被堵塞，过膜水头损失不断增大，需要对其反洗。反洗的操作为：同时开启电动排水阀与反洗泵，反洗水通过反洗水箱出水管进入膜柱，对超滤膜进行反洗，同时保持进水对超滤膜进行正洗，反洗达到预定时间时，同时关闭电动排水阀和反洗泵，结束反洗。

本实用新型具有以下优势：

1.采用粒径小于0.5mm的吸附剂，可以最大限度利用吸附剂的吸附容量，达到最佳的除氟除砷效果。

2.采用孔径小于0.02μm的超滤膜，可以高效截留水中包括病毒在内的一切致病微生物、浊质及小粒径的吸附剂颗粒，而无需投加药剂。

3.整个装置只采用一个电动阀门，减少了自控阀门的数量，降低了建设费用，简化了运行操作，运行中只需定期启闭高压泵、反洗泵及电动排水阀，便可实现吸附与超滤的自动运行。

4.原水由下而上经吸附剂层过滤，新鲜吸附剂由吸附池上部进行补充，饱和的吸附剂由吸附池下部排出，水与吸附剂逆向运动，能充分发挥吸附剂的吸附效能。

5.采用射水器驱动吸附剂迁移。新鲜的吸附剂用原料射水器抽送至吸附池上部，饱和的吸附剂用废料射水器抽从吸附池下部抽出，吸附池可不间断连续运行。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记：

1、原水泵 2、检修阀 3、原水管 4、流量控制阀 5、单向阀 6、浮球阀 7、高压泵 8、电磁阀 9、原料射水器 10、原料池 11、筛网 12、原料输送管 13、出水槽 14、布水器 15、吸附池 16、废料射水器 17、废料输送管 18、吸附池出水管 19、溢流管 20、水位继电器 21、调节池 22、加压泵 23、保安过滤器 24、压力传感器 25、膜柱进水管 26、膜柱 27、膜柱出水管 28、膜柱排水管 29、电动排水阀 30、反洗水箱进水管 31、反洗水箱出水管 32、反洗水箱 33、反洗泵 34、原水池 35、原水池进水管 36、原水池出水管

具体实施方式：

地下水氟浓度3mg/L，供水量15m³/d，设计水量0.8m³/h。

吸附池直径0.8m，池面积约为0.5m²，过滤速度为1.6m/h，上部的圆柱形池体高为2.3m，其中吸附层高2m，吸附池内水面高于吸附层顶面0.1m，超高0.2m；下部的圆锥形池体，倾角为60°，高0.8m，废料射水器高0.2m，吸附池总高为3.3m。水在吸附层内空床停留时间 1.25h，满足吸附时间要求。

原料池直径0.8m，上部的圆柱形池体高0.5m；下部的圆锥形池体，倾角为60°，高0.8m，废料射水器高0.2m，所以原料池总高为1.5m。

原水池体积为0.5m³，池直径0.8m，池深1.0m。

调节池体积为6m³，池直径2m，池深2m。

反洗水箱体积为0.2m³，直径0.5m，深1.0m。

膜柱选用1支孔径小于0.02μm外压超滤膜柱，膜面积为50m²，膜通量为16L/h.m²，反洗通量为60L/h·m²，反洗时间设置为2min。

吸附剂选用粒径为0.3～0.5mm的活性氧化铝。

设备运行时，首先开启所有检修阀2，原水泵1通过从水井中抽取原水，原水首先通过原水池进水管35进入原水池34，当达到最高水位时，原水池进水管35上的浮球阀6关闭，原水通过原水管3送入吸附池15。吸附池15内的布水器14将送入的原水均匀分布于整个吸附池15的断面上，并由下而上经吸附剂层过滤，吸附去除水中超标的氟、砷等污染物，净水经上部出水槽13流出，经吸附池出水管18送至调节池21。随着吸附的进行，吸附池15内的吸附剂层由下至上逐渐达到饱和。此时同时启动高压泵7、废料输送管17及原料输送管12 上的电磁阀8，原水池34中的原水以高压水的形式输送至废料射水器16和原料射水器9，废料射水器16内部形成的负压将达到吸附饱和的吸附剂由吸附池15的底部抽出，再通过废料输送管17送出，与此同时，原料射水器9内部形成的负压将吸附剂由原料池10的底部抽出，再通过原料输送管12从吸附池顶部送入吸附池15。

调节池21内部设水位继电器20，控制原水泵与加压泵的启闭，当达到最高水位时，关闭原水泵1，达到最低水位时，关闭加压泵22。调节池21内的除氟除砷水经膜柱进水管25上的保安过滤器23截留大块杂质，然后进入膜柱26，原水经膜柱26内的超滤膜过滤，滤后水首先通过反洗水箱进水管30进入反洗水箱32，反洗水箱32达到最高水位时，反洗水箱进水管30上的浮球阀6关闭，滤后水通过膜柱出水管27输送至用户，膜柱出水管27上的电磁阀 8控制水量的恒定，使膜柱26在特定的通量下运行。过滤一定时间后，膜柱26内的超滤膜堵塞，需进行反洗，反洗时，同时开启电动排水阀29与反洗泵33，反洗水通过反洗水箱出水管31流入膜柱26对超滤膜进行反洗，同时保持进水对超滤膜进行正洗，冲洗废水通过膜柱排水管28排出，反洗达预定时间后，同时关闭电动排水阀29和反洗泵33，结束反洗。

设备自动连续运行，出水氟浓度小于1mg/L。