一种等离子体除氟溶液的制备方法、净水工艺及设备与流程

本发明涉及一种除氟溶液的制备方法及净水工艺和设备，具体是一种等离子体除氟溶液的制备方法、净水工艺及设备。

背景技术：
饮用水中氟离子超标会造成很多危害，氟离子由于直径较小很难用反渗透的方法去除，另外氟化物的在水中溶解度较大，也很难利用化学沉淀法去除。活性氧化铝加上絮凝沉淀技术能在一定程度上去除水中的氟离子，但是成本高，占地大，很难取得较好的除氟效果。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种等离子体除氟溶液的制备方法、净水工艺及设备，可以实现持续制备纳米颗粒，连续除氟无中断，显著提高除氟效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种等离子体除氟溶液的制备方法、净水工艺及设备，其中等离子体除氟溶液的制备方法具体步骤如下：

1）在电离室加入粒径为2-5mm的铝球，铝球与电极接触，铝球堆栈高度为电离室高度的1/5-2/3；

2）通过入口向电离室注入水，直至水覆盖铝球堆并从出口溢流而出；

3）电源接通，向电极提供周期性放电电压；

4）调节电源的放电电压，使放电电流不小于5a，即得到等离子体除氟溶液。

进一步，所述放电电压为：5000v；所述放电电流为：1000~1500a；所述放电周期为：1000hz。

进一步，所述除氟溶液中包括利用等离子体放电得到的材质为铝或铁的纳米颗粒，所述纳米颗粒的直径为20-100nm；所述纳米颗粒的zeta电位为10mkm^-3；所述纳米颗粒的比表面积为1000m²/g。

净水工艺的步骤如下：

1）采用等离子体制备除氟纳米颗粒；

2）原水经与纳米颗粒反应除氟后通入絮凝沉淀池进行絮凝沉淀；

3）经絮凝沉淀后的水通入浸没式超滤池进行超滤过滤，截留水中的悬浮物，使得处理后水的浊度<0.1ntu；

4）最终经消毒后进入净水池或供水管网。

本发明还提供了一种净水设备，包括纳米颗粒除氟反应器、絮凝沉淀池及浸没式超滤池；

所述纳米颗粒除氟反应器包括电源、电极、电离室、溶剂以及金属颗粒；所述溶剂处于电离室内部，所述金属颗粒沉没于溶剂液面以下；所述电极的一端与电源电连接，所述电极的另一端插入溶剂液面以下并与所述金属颗粒接触；所述电离室有供溶剂进出的入口以及出口。

进一步，所述入口在电离室下部，所述出口在电离室上部，还包括隔离板，所述隔离板将金属颗粒与入口分离开；所述隔离板为非金属材质。

进一步，所述电极为矩形，所述电极的材质为钛金属；所述金属颗粒为球形或不规则形状，所述金属颗粒的材质为铝和/或铁，其粒径为2-30mm；所述电离室为非金属材质，所述隔离板的材质为pvc，所述溶剂为水。

进一步，所述电源为直流电源，电压不小于24v。

进一步，所述电离室的出口与絮凝沉淀池连通，絮凝沉淀池与浸没式超滤池连通。

进一步，所述絮凝沉淀池和浸没式超滤池的底部分别安装有一级排泥阀和二级排泥阀，所述浸没式超滤池的顶部通过抽水泵与供水管网连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、纳米颗粒的比表面积大，物理吸附除氟能力强。

2、纳米颗粒由等离子体放电制备得来，其表面具有较高的zeta电位（正电），能够捕捉水中的氟离子（负电），化学反应除氟能力强。

3、电离室能够连续进行等离子体放电，可以实现持续制备纳米颗粒，连续除氟无中断。

4、通过控制电压、电流、放电周期等参数可以控制纳米颗粒的产量，不存在铝离子超标的问题。

5、电离室体积小，设备投入少，占地面积小适用范围广。

附图说明

图1是本发明的电离室结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明的净水处理设备结构示意图；

图4是zeta电位示意图；

图5是纳米颗粒结构示意图；

图中：1、电源，2、电极，3、电离室，3.1、入口，3.2、出口，3.3、隔离板，4、溶剂，5、金属颗粒，6、絮凝沉淀池，7、浸没式超滤池，8、一级排泥阀，9、二级排泥阀，10、抽水泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

等离子体除氟溶液的制备方法具体步骤如下：

1）在电离室3加入粒径为2-5mm的铝球，铝球与电极2接触，铝球堆栈高度为电离室3高度的1/5-2/3；

2）通过入口3.1向电离室3注入水，直至水覆盖铝球堆并从出口3.2溢流而出；

3）电源1接通，向电极2提供周期性放电电压；

4）调节电源1的放电电压，使放电电流不小于5a，即得到等离子体除氟溶液。

进一步，所述放电电压为：5000v；所述放电电流为：1000~1500a；所述放电周期为：1000hz。

进一步，所述除氟溶液中包括利用等离子体放电得到的材质为铝或铁的纳米颗粒，所述纳米颗粒的直径为20-100nm；所述纳米颗粒的zeta电位为10mkm^-3；所述纳米颗粒的比表面积为1000m²/g。

净水工艺的步骤如下：

1）采用等离子体制备除氟纳米颗粒；

2）原水经与纳米颗粒反应除氟后通入絮凝沉淀池进行絮凝沉淀；

3）经絮凝沉淀后的水通入浸没式超滤池进行超滤过滤，截留水中的悬浮物，使得处理后水的浊度<0.1ntu；

4）最终经消毒后进入净水池或供水管网。

如图1、图2和图3所示，本发明还提供了一种净水设备，包括纳米颗粒除氟反应器、絮凝沉淀池6及浸没式超滤池7；

所述纳米颗粒除氟反应器包括电源1、电极1、电离室3、溶剂4以及金属颗粒5；所述溶剂4处于电离室3内部，所述金属颗粒5沉没于溶剂4液面以下；所述电极2的一端与电源1电连接，所述电极2的另一端插入溶剂4液面以下并与所述金属颗粒5接触；所述电离室3有供溶剂进出的入口3.1以及出口3.2。

进一步，所述入口3.1在电离室3下部，所述出口3.2在电离室3上部，还包括隔离板3.3，所述隔离板3.3将金属颗粒5与入口3.1分离开；所述隔离板3.3为非金属材质。

进一步，所述电极2为矩形，所述电极的材质为钛金属；所述金属颗粒5为球形或不规则形状，所述金属颗粒5的材质为铝和/或铁，其粒径为2-30mm；所述电离室3为非金属材质，所述隔离板3.3的材质为pvc，所述溶剂为水。

进一步，所述电源1为直流电源，电压不小于24v。

进一步，所述电离室3的出口3.2与絮凝沉淀池6连通，絮凝沉淀池6与浸没式超滤池7连通。

进一步，所述絮凝沉淀池6和浸没式超滤池7的底部分别安装有一级排泥阀8和二级排泥阀9，所述浸没式超滤池7的顶部通过抽水泵10与供水管网连通。

本发明采用铝球及（或）铁球作为原料放入电离室中，水经过电离室时，对水体进行等离子体放电，瞬间制备纳米颗粒；利用纳米颗粒比表面积大、zeta电位高的特性去除水中的氟离子。

通过控制铝球及（或）铁球的粒径、形状、放电电压、放电电流可以获得直径在20-100nm的纳米颗粒，具有很高的比表面积，除氟溶液的吸附能力大大加强。

并且所获得的纳米颗粒为al⁰,al^2+,al³⁺的混合物，具有极高的化学活性，可以与f^-反应；水中的f^-离子在靠近纳米颗粒时，由于正负离子的异性相吸的作用，纳米颗粒可以将作用半径高达1000倍空间内的f^-离子捕捉到纳米颗粒的表面，并发生反应。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。