申请日2016.11.30
公开(公告)日2017.05.24
IPC分类号B01J19/30; C02F1/00; C02F101/14
摘要
本发明涉及一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备及其使用方法，包括设有上盖板5和下盖板18的圆柱形筒体13，其特征在于，还包括在圆柱形筒体13内设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3和左水道4，设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板9和右水道12;左筛网种植/除植两用流道隔板3与右筛网种植/除植两用流道隔板9交替进入种植状态或除植状态，使种植/除植过程分别在毗联式流道反应釜中同步进行，循环往复。本发明的除氟水处理的毗联式流道反应釜设备具有除氟效率高，用于种植法除氟水处理新工艺的操作方法简便可靠，能够满足种植法除氟水处理新工艺的需要。
摘要附图
权利要求书
1.一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，包括设有上盖板5和下盖板18的圆柱形筒体13，所述圆柱形筒体13的底部与底座支架19固连，其特征在于，还包括在圆柱形筒体13内设有带圆柱轴杆11的矩形种植/除植两用隔板10，所述矩形种植/除植两用隔板10将圆柱形筒体13分隔为毗联式的左半圆柱形密封筒体和右半圆柱形密封筒体，所述左半圆柱形密封筒体中的矩形种植/除植两用隔板10上设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3，所述左筛网种植/除植两用流道隔板3呈T字形的间隔排列，所述间隔排列的内腔为左水道4，所述左水道4的上水道口与净水出口阀6连接以及下水道口与原水进口腔2连接;所述右半圆柱形密封筒体中的矩形种植/除植两用隔板10上设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板9，所述右筛网种植/除植两用流道隔板9呈T字形的间隔排列，所述间隔排列的内腔为右水道12;所述右水道12的上水道口与冲洗水出口阀15连接以及下水道口与冲洗水进口腔14连接;所述圆柱轴杆11的上轴端与圆柱形筒体13的上盖板5中心位的上密封轴套7连接;所述圆柱轴杆11的下轴端通过圆柱形筒体13的下盖板18中心位的下密封轴套16与变速电动机17固连，所述变速电机17与底座支架19固连;所述左半圆形密封筒体的上部设有净水出口阀6与左水道4的上水道口连接，所述左半圆形密封筒体的下部设有原水进口阀1与原水进口腔2连接，所述右半圆形密封筒体的上部设有冲洗水出口阀8与右水道12的上水道口连接，所述右半圆形密封筒体的下部设有冲洗水进口阀15与冲洗水进口腔14连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述矩形种植/除植两用隔板10的四个截面的周边设有密封圈20，所述矩形种植/除植两用隔板10与圆柱形筒体的内腔之间形成密封式紧配合装配;所述矩形种植/除植两用隔板10的厚度为10-15㎜。
3.根据权利要求2所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述种植型羟基磷灰石滤粒为其结构中自滤粒的内核至外表面，以羟基含量的递增而依次分为含羟基迁移料体的内核种植层、含羟基交换料体的过渡种植层和含乳石种植料体的外表种植层，且相邻两层之间为化学键合;其中：所述种植型羟基磷灰石滤粒的羟基迁移料体的内核种植层的羟基含量为1.19～1.7%、羟基交换料体的过渡种植层的羟基含量为1.7～2.21%、乳石种植料体的外表种植层的羟基含量为2.21～2.72%。
4.根据权利要求3所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述左水道4与右水道12的水道长度、水道截面均相等，其中水道截面积为1-5cm2。
5.根据权利要求4所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述左筛网种植/除植两用流道隔板3与右筛网种植/除植两用流道隔板9的面积、厚度、筛网网孔均相等，其中所述厚度为3-5mm、网孔为40-60目、网孔的形状为圆形、方形、多边形中的一种和几种的组合。
6.根据权利要求5所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的包覆层厚度为1-10mm。
7.根据权利要求6所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述圆柱形筒体13的高度为所述圆柱形筒体13的外径的1.5-3倍。
8.根据权利要求7所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述圆柱轴杆11的长度大于所述圆柱形筒体13的高度，满足圆柱轴杆11的下轴端通过下密封轴套16与变速电动机17固连、圆柱轴杆11的上轴端与上密封轴套7固连;所述圆柱轴杆11的直径为所述矩形种植/除植两用隔板10的厚度的3-4倍，所述矩形种植/除植两用隔板10的轴向截面穿透圆柱轴杆11的轴向长穿孔，其两者交叉处的轴向长穿孔的缝隙为密封焊接。
9.根据权利要求8所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，其特征在于，所述左半圆柱形密封筒体和右半圆柱形密封筒体的内壁上设置多个超声波发生器，每个超声波发生器的功率为100-300w、频率为20-40KHz。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备的使用方法，其特征在于，其具体步骤包括如下：
步骤1，毗联式流道反应釜设备进入准备状态：在设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3的左半圆柱形密封筒体内投入种植型羟基磷灰石滤粒21，再通过原水进口阀1注满投加经计量配置后的含有除氟水处理剂的原水混合液;设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板9的右半圆柱形密封筒体内通过冲洗水进口阀8注满净水;所述左半圆形密封筒体上部的净水出口阀6和下部的原水进口阀1以及所述右半圆形密封筒体上部的冲洗水出口阀8和下部的冲洗水进口阀15均处于关闭状态，变速电动机17与外部电源连接;
步骤2，毗联式流道反应釜设备进入种植状态：在完成步骤1的准备状态的基础上，开启所述左半圆形密封筒体上部的净水出口阀6和下部的原水进口阀1，在控制所述原水混合液的液流速度的条件下，使原水混合液自下而上通过所述左水道4与包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3上的种植型羟基磷灰石滤粒进行多级流道种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒上形成氟磷灰石晶核以及由氟磷灰石晶核继续生长所形成的氟磷灰石晶体乳石，同时经多级流道种植反应后的种植净水从净水出口阀6流出圆柱形筒体13，从而得到净水;
步骤3，毗联式流道反应釜设备进入除植状态：步骤2所述种植状态达到设定的种植时间后，由变速电动机17带动圆柱轴杆11将矩形种植/除植两用隔板10旋转180°，使设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3的左半圆柱形密封筒体与包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板9的右半圆柱形密封筒体进行两两位置对调;接下来，开启所述右半圆形密封筒体的冲洗水出口阀8和冲洗水进口阀15，使冲洗水经冲洗水进口阀8自下而上进入设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3的左半圆柱形密封筒体内，在冲洗水对包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3的水流冲击下进行冲洗，去除种植型羟基磷灰石滤粒上所生长的氟磷灰石晶体乳石，以恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力，所述氟磷灰石晶体乳石伴随着冲洗水从冲洗水出口阀8流出柱形筒体13，除植状态达到设定的冲洗时间后其冲洗水操作自动停止;
步骤4，毗联式流道反应釜设备进入再种植状态：对步骤3所述旋转180°而回转的设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板9的右半圆形密封筒体继续步骤2的操作使其进入种植状态，在达到设定的种植时间后再次旋转180°，与设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3的左半圆形密封筒体进行两两位置对调，周而复始，循环操作;
步骤5，毗联式流道反应釜设备进入再除植状态：对步骤4所述旋转180°而回转的设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板9的右半圆形密封筒体继续步骤3的操作使其进入再除植状态，在达到设定的除植时间后再次旋转180°，与设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板3的左半圆形密封筒体进行两两位置对调，周而复始，循环操作。
11.根据权利要求10所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备的使用方法，其特征在于，所述种植型羟基磷灰石滤粒21为其结构中自滤粒的内核至外表面，以羟基含量的递增而依次分为含羟基迁移料体的内核种植层、含羟基交换料体的过渡种植层和含乳石种植料体的外表种植层，且相邻两层之间为化学键合;所述种植型羟基磷灰石滤粒结构中的羟基迁移料体的内核种植层的羟基含量为1.19-1.7%、羟基交换料体的过渡种植层的羟基含量为1.7-2.21%、乳石种植料体的外表种植层的羟基含量为2.21-2.72%。
12.根据权利要求11所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备的使用方法，其特征在于，所述原水混合液为：按照摩尔份数配置，含氟原水﹕钙盐水处理剂=1﹕3～10、含氟原水﹕磷酸盐水处理剂=1:2～5;其中，所述含氟原水的浓度为1-20ppm，所述钙盐水处理剂为氧化钙、氢氧化钙或氯化钙，所述磷酸盐水处理剂为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠。
13.根据权利要求12所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备的使用方法，其特征在于，所述原水混合液的液流速度为≧10m/h。
14.根据权利要求13所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备的使用方法，其特征在于，所述设定的种植时间为60-120分钟。
15.根据权利要求14所述的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备的使用方法，其特征在于，所述设定的除植时间为10-15分钟。
说明书
一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备及其使用方法
技术领域
本发明属于水处理设备技术领域，特别是涉及一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备及其使用方法。
背景技术
氟是人体必须的微量元素之一，但长期饮用高氟水则可导致氟中毒,会严重影响人体健康，因此世界卫生组织公布了饮用水氟含量不得超过1.5mg/L的规定。当今除氟水处理方法研究受到各国的高度重视，前期研究公布的除氟水处理方法主要有混凝沉降法、化学沉淀法、电渗析法、电凝聚法、反渗透法、纳滤法、离子交换法、吸附法等，其中：化学沉淀法和混凝沉降法会遗留大量钙铝等离子，主要用于工业废水处理;由于高氟水主要分布在环境恶劣、地形复杂或缺水少电的地区，所以应用电渗析法、电凝聚法、反渗透法、纳滤法等除氟的效果为优，但因装置复杂、设备昂贵和使用成本高等不足而难以推广应用。离子交换树脂法因抗干扰能力低也难以广泛应用。吸附法是目前最常用的饮用水除氟处理方法，但滤料需要再生，也存在使用成本和除氟效能等问题，使其实际应用受到限制。为克服现有技术的不足，本申请人曾提出了一种聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料的制备方法，参见中国专利申请201410743901.X，该方法包括聚合氯化铝半成品的制备、羟基磷灰石半成品的制备和共聚材料的制备，通过共聚方法合成聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚网络结构材料，与现有除氟材料相比，除氟容量比单一的羟基磷灰石除氟滤料提高3倍，比活性氧化铝除氟滤料提高5倍;材料的网络结构有利于网捕水体中铝离子和羟基磷灰石粉体的作用，解决了水体中铝离子超标和水体澄清度的问题;同时共聚材料中的聚合氯化铝活性组分可以促使羟基磷灰石不断再生，提高材料的使用寿命。但该方法还存在以下明显不足：一是铝基水处理材料中的铝离子含量在标准范围内，但仍然高于非铝基水处理材料，存在铝离子超标的风险;二是应用铝基水处理材料的工艺及设备较为复杂，要经过过滤、混凝、沉淀等过程，设备占地面积大，运行成本较高;三是聚合氯化铝/羟基磷灰石共聚材料存在低温时的除氟效果降低的问题。
如何克服现有除氟水处理方法及所对应的除氟设备所存在的不足已成为当今水处理材料技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备及其使用方法，本发明的除氟水处理的毗联式流道反应釜设备具有除氟效率高，用于种植法除氟水处理新工艺的操作方法简便可靠，能够满足种植法除氟水处理新工艺的需要。
根据本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，包括设有上盖板和下盖板的圆柱形筒体，所述圆柱形筒体的底部与底座支架固连，其特征在于，还包括在圆柱形筒体内设有带圆柱轴杆的矩形种植/除植两用隔板，所述矩形种植/除植两用隔板将圆柱形筒体分隔为毗联式的左半圆柱形密封筒体和右半圆柱形密封筒体，所述左半圆柱形密封筒体中的矩形种植/除植两用隔板上设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板，所述左筛网种植/除植两用流道隔板呈T字形的间隔排列，所述间隔排列的内腔为左水道，所述左水道的上水道口与净水出口阀连接以及下水道口与原水进口腔连接;所述右半圆柱形密封筒体中的矩形种植/除植两用隔板上设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板，所述右筛网种植/除植两用流道隔板呈T字形的间隔排列，所述间隔排列的内腔为右水道;所述右水道的上水道口与冲洗水出口阀连接以及下水道口与冲洗水进口腔连接;所述圆柱轴杆的上轴端与圆柱形筒体的上盖板中心位的上密封轴套连接;所述圆柱轴杆的下轴端通过圆柱形筒体的下盖板中心位的下密封轴套与变速电动机固连，所述变速电机与底座支架固连;所述左半圆形密封筒体的上部设有净水出口阀与左水道的上水道口连接，所述左半圆形密封筒体的下部设有原水进口阀与原水进口腔连接，所述右半圆形密封筒体的上部设有冲洗水出口阀与右水道的上水道口连接，所述右半圆形密封筒体的下部设有冲洗水进口阀与冲洗水进口腔连接。
本发明的实现原理是：本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备是用于种植法除氟水处理新工艺而设计的，本发明开拓了除氟水处理设备的新结构和新品种。本发明所述种植法除氟水处理的过程：一是通过在含氟原水中添加氧化钙、氢氧化钙或氯化钙和磷酸二氢钠或磷酸氢二钠，使其形成含可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子的含氟原水混合液;二是利用种植型羟基磷灰石滤粒表层富有羟基而具有较强化学活性的特点，易使可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子与种植型羟基磷灰石滤粒键合而迅速生长成为氟磷灰石晶核;三是氟磷灰石晶核继续与含氟原水混合液中的可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子进一步反应而生长成为氟磷灰石晶体乳石;四是因氟磷灰石晶体乳石在种植型羟基磷灰石滤粒上的键合力较弱，定时用水冲洗种植型羟基磷灰石滤粒，促使种植型羟基磷灰石滤粒相互之间发生摩擦,即可去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷灰石晶体乳石，极为方便地恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力。本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备，是在圆柱形筒体内设有带圆柱轴杆的矩形种植/除植两用隔板，所述除植两用隔板将圆柱形筒体分隔为毗联式的左右两个半圆柱形密封筒体，所述矩形种植/除植两用隔板的左面设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板，其右面设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板;当所述左筛网种植/除植两用流道隔板进入种植状态，则所述右筛网种植/除植两用流道隔板进入除植状态，在达到预定的种植时间后，所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板与所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板通过变速电动机转动180°进行调换位置，即由所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的右筛网种植/除植两用流道隔板进入种植状态，所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板进入除植状态，周而复始，从而保证了毗联式流道反应釜设备的连续运行，大大提高了设备连续运行的效率。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
一是本发明根据种植法除氟水处理的原理首创了适用于种植法除氟水处理新工艺的毗联式流道反应釜设备，且能够满足种植型羟基磷灰石滤粒的种植/除植过程连续化生产的需要。
二是本发明的毗联式流道反应釜设备采用了种植/除植两用流道的结构设计，特别是通过设置多级流道种植反应的左和右筛网种植/除植两用流道隔板，既保证了含氟原水混合液在控制液流速度的条件下能够与种植型羟基磷灰石滤粒进行多级种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒上形成氟磷灰石晶核以及由氟磷灰石晶核继续与含氟原水中的可溶性钙盐、磷酸盐、氟离子进一步反应而生长形成的氟磷灰石乳石晶体，又保证了可方便地去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷灰石晶体乳石，极为方便地恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力。
三是本发明的毗联式流道反应釜设备集种植/除植功能于一体，种植/除植过程分别在毗联式流道反应釜中同步交叉进行，循环往复，大大延长了种植型羟基磷灰石滤粒的使用寿命，且无需另外设置种植型羟基磷灰石滤粒的再生设备，安全性好。
四是本发明的毗联式流道反应釜设备中还可以附加设置种植型羟基磷灰石滤粒的种植悬浮层或/和附加设置超声波发生器，以利于提高对高浓度含氟原水处理的效率及缩短处理时间。
五是本发明的毗联式流道反应釜设备所采用的种植型羟基磷灰石滤粒为非铝基水处理材料，其应用于种植法除氟水处理工艺，操作简便可靠，设备简洁和维护方便，运行成本很低。
综上所述，本发明提出的一种基于种植法除氟水处理的毗联式流道反应釜设备适用于基于种植法除氟水处理的新工艺。