申请日2016.05.04
公开(公告)日2016.08.31
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种高硫酸根和高氟离子地下水处理装置，包括调节池、吸附混凝沉淀池、折流曝气池、上流式砂滤池和清水池。吸附混凝沉淀池包括吸附区、混凝区和沉淀区，吸附区的中上部设置有吸附混凝沉淀池进水管，上部设置有吸附剂添加计量系统，混凝区的中上部设置有混凝剂添加计量系统，沉淀区的出口上部设有吸附混凝沉淀池溢水堰，沉淀区底部设计成锥形结构，在锥形结构底部设置有沉淀物排放阀;折流曝气池中上部为圆柱形、下部为圆锥形结构，包括下流区、上流区和污泥区;上流式砂滤池包括布水区、洗砂区和砂滤区。
权利要求书
1.一种高硫酸根和高氟离子地下水处理装置，其特征在于：包括调节池、吸附混凝沉淀池(1)、折流曝气池(2)、上流式砂滤池(3)和清水池;调节池、吸附混凝沉淀池(1)、折流曝气池(2)、上流式砂滤池(3)和清水池依次连通;
所述的调节池包括调节池进水管和调节池出水管，用于调节地下水的水质和水量;
所述的吸附混凝沉淀池(1)包括吸附区(1-1)、混凝区(1-2)和沉淀区(1-3);
所述的吸附区(1-1)的中上部设置有吸附混凝沉淀池进水管(1-4)，吸附区的上部设置有吸附剂添加计量系统(1-5)，吸附区的中部设置有吸附区搅拌器(1-6);吸附区的下部设有倾斜的底板(1-7)，吸附反应后的地下水沿倾斜的底板流入混凝区(1-2)的中下部;
吸附剂的制备过程为：
①把Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O按照n(Mg2+)：n(Fe3+)=3:1的比例混合形成溶液一;
②把2mol/L的NaOH和0.5mol/L的Na2CO3混合形成溶液二;
③把上述两种溶液混合搅拌60～100分钟，冷却至室温;
④把冷却液中形成的滤饼过滤;
⑤把过滤后的滤饼在80℃烘干12～20h;
⑥把烘干物在400～500℃焙烧4～6h后粉碎筛分，即得到吸附剂;
所述的吸附区(1-1)和混凝区(1-2)之间设有挡流板(1-8)，挡流板(1-8)的下部设置有45度的转角，转角转向吸附区一侧;混凝区(1-2)的中上部设置有混凝剂添加计量系统(1-9)，所述的混凝剂为氯化铁或硫酸铁溶液;混凝区(1-2)下部设置有混凝区搅拌装置(1-10);
所述混凝区(1-2)和沉淀区(1-3)之间设有隔板(1-11)，该隔板与吸附混凝沉淀池的内壁形成作为地下水进入沉淀区(1-3)的地下水流道，沉淀区(1-3)的出口处设有吸附混凝沉淀池三相分离器(1-12)，沉淀区的出口上部设有吸附混凝沉淀池溢水堰(1-13)，沉淀区底部设计成锥形结构，在锥形结构底部设置有沉淀物排放阀(1-14);吸附混凝沉淀池溢水堰(1-13)连接吸附混凝沉淀池出水管，吸附混凝沉淀池出水管连接折流曝气池进水管;
所述折流曝气池(2)中上部为圆柱形、下部为圆锥形结构，包括下流区(2-1)、上流区(2-2)和污泥区(2-3);所述下流区(2-1)位于折流曝气池的圆柱形结构的中部，为圆柱形结构，下流区(2-1)上部设有折流曝气池进水管(2-4)和折流曝气池布水管(2-5)，下流区中部设有下流区填料(2-6)，下流区下部设有下流区曝气管(2-7)，所述下流区的底部设有折流板(2-8)，所述的折流板(2-8)的纵断面呈喇叭状;所述上流区(2-2)位于下流区(2-1)的外围、折流板的上部，上流区中部设有上流区填料(2-9)，下部设有上流区曝气管(2-10)，上流区上部的出口处设有折流曝气池溢水堰(2-11);所述污泥区(2-3)位于折流曝气池的底部、下流区和上流区的下部，污泥区的底部设有污泥排放阀(2-12);
所述上流式砂滤池(3)包括上流式砂滤池进水管(3-1)和用于排出处理后的水的上流式砂滤池出水管，所述的上流式砂滤池包括布水区、洗砂区和砂滤区;所述的布水区位于上流式砂滤池的下部，布水区设有上流式砂滤池布水管(3-2)，上流式砂滤池布水管(3-2)连接上流式砂滤池进水管(3-1)，为了地下水处理的效果更好，所述的上流式砂滤池布水管(3-2)设置成同心圆形状，上流式砂滤池布水管上具有向下辐射出水口;所述的洗砂区位于上流式砂滤池的中心，为圆柱形筒状结构，圆柱形筒状结构下端开口位于上流式砂滤池的最底部，圆柱形筒状结构上端开口位于上流式砂滤池的上部，洗砂区的中部设有气提管(3-3)，气提管(3-3)连接上流式砂滤池外的上流式砂滤池鼓风机(3-4)，洗砂区的上部设有砂水沉淀分离区，砂水沉淀分离区的上部设有洗砂区溢水堰(3-5)，洗砂区溢水堰(3-5)连接洗砂水排放管和折流曝气池进水管(2-4)，砂水沉淀分离区的下部设有回砂通道(3-6);所述的砂滤区位于洗砂区的外围，砂滤区内充填有细砂，砂滤区上部设有砂滤区溢水堰(3-7)，砂滤区溢水堰(3-7)连接上流式砂滤池出水管，上流式砂滤池过滤处理后的水进入清水池。
2.采用权利1所述的高硫酸根和高氟离子地下水处理装置进行地下水处理的方法，其特征在于：具有如下步骤;
①高硫酸根和高氟离子地下水通过调节池进水管进入调节池，调节水质、水量;
②然后地下水通过吸附混凝沉淀池进水管(1-4)进入吸附区(1-1)，吸附剂添加计量系统(1-5)添加吸附剂，吸附区搅拌器(1-6)对地下水进行搅拌混合，地下水中的硫酸根和氟离子被吸附剂吸附和吸收;
③地下水通过吸附区下部设有的倾斜底板(1-7)和挡流板(1-8)之间的空隙进入混凝区(1-2)，与来自混凝剂添加计量系统的混凝剂溶液混合，利用设置在混凝区底部的混凝区搅拌装置(1-10)进行搅拌;
④地下水进入沉淀区(1-3)的地下水流道，吸附混凝沉淀池三相分离器(1-12)实现地下水和固体的分离，沉淀物在重力的作用下下沉到沉淀区的下部，通过底部的沉淀物排放阀(1-14)排出，沉淀后的地下水通过吸附混凝沉淀池溢水堰(1-13)和吸附混凝沉淀池出水管进入折流曝气池进水管(2-4);
⑤地下水通过折流曝气池进水管(2-4)、折流曝气池布水管(2-5)进入折流曝气池的下流区(2-1)，下流区曝气管(2-7)产生的空气与地下水在下流区填料(2-6)中交汇发生生化反应，同时下流区填料(2-6)对地下水进行过滤，地下水通过折流板(2-8)后进入上流区(2-2)，在上流区填料(2-9)中发生生化反应，同时上流区填料(2-9)对地下水进行过滤，下流区(2-1)和上流区(2-2)产生的污泥下沉到污泥区(2-3)，通过污泥区底部的污泥排放阀(2-12)排放出去，折流曝气池处理后的水通过折流曝气池溢水堰(2-11)和折流曝气池出水管进入上流式砂滤池;
⑥地下水通过上流式砂滤池进水管(3-1)和上流式砂滤池布水管(3-2)进入上流式砂滤池的下部，上流式砂滤池布水管(3-2)实现均匀布水，地下水进入砂滤区，地下水中的污染物被进一步过滤，然后地下水穿过砂滤区，由砂滤区溢水堰(3-7)和上流式砂滤池出水管流出，进入清水池;上流式砂滤池鼓风机(3-4)产生的气流带动洗砂区中的砂和水向上流动，同时对砂进行冲洗，然后砂和水进入砂水沉淀分离区，由于砂和水的比重不同，细砂沉淀下去并通过回砂通道(3-6)流入砂滤区，实现砂滤区中的细砂不断从上往下的移动，砂水沉淀分离区中的水通过洗砂区溢水堰(3-5)和洗砂水排放管进入折流曝气池进行再处理;
⑦吸附混凝沉淀池(1)产生的沉淀物和折流曝气池(2)排出的污泥经浓缩、脱水后外运。
说明书
高硫酸根和高氟离子地下水处理装置
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种高硫酸根和高氟离子地下水处理装置。
背景技术
硫酸根广泛存在于地下水中，形成原因有天然因素，也有人为影响，天然的硫酸根主要来自岩石土壤中石膏、硫酸盐沉积物的风化和淋溶，也可能来自金属硫化物的氧化。硫酸根含量过高时，会促进厌氧硫酸盐微生物生长，使硫酸根还原为H2S，水体气味变臭，影响水体正常使用;农业灌溉时会造成土壤盐渍化，抑制作物生长。此外，水体含硫酸根量过高还会造成管道或设备的腐蚀。长期饮用高浓度硫酸根的水将会引起腹泻、消化不良等症状。天然条件下，含氟矿物经过常年的风化、溶解、溶滤、浓缩等水文地球化学和地质长期作用会造成地下水的氟富集。人为影响主要是指工业含氟废水、废气和废渣等污染物大量排放、下渗进入地下水体中。过量摄取氟化物会引起氟斑牙及胃肠道、肾、神经系统等的病变，甚至导致癌症的发生。
国内外对如何处理含高浓度硫酸根和氟离子地下水进行了大量的科学研究工作。每一种处理方法都有其优点和缺点。化学沉淀法处理方法简单、处理方便、成本低，但处理水不能达标或产生二次污染。混凝沉降法经济实用、设备简单、操作容易，但干扰因素多、会产生二次污染。电凝聚法操作简单、稳定可靠，但干扰因素多、成本高。电渗析法除氟效率高且运行稳定，但存在投资大、操作严格、会同时去除水体中有益的矿物质。此外，电极溶解会代入新的离子成分，形成二次污染。离子交换树脂方法去除效率较高，但存在价格昂贵、再生困难、树脂破裂等问题，膜分离方法设备简单、产水量大，但存在原水需进行预处理、膜清洗等问题，投资运行成本较高。吸附法操作简单，吸附效果稳定，但存在吸附剂再生频繁等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述高硫酸根和高氟离子地下水的处理问题，本发明提供一种高硫酸根和高氟离子地下水处理装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高硫酸根和高氟离子地下水处理装置，包括调节池、吸附混凝沉淀池、折流曝气池、上流式砂滤池和清水池，调节池、吸附混凝沉淀池、折流曝气池、上流式砂滤池和清水池依次连通。
所述的调节池包括调节池进水管和调节池出水管，用于调节地下水的水质和水量。
所述的吸附混凝沉淀池包括吸附区、混凝区和沉淀区。
所述的吸附区的中上部设置有吸附混凝沉淀池进水管，吸附区的上部设置有吸附剂添加计量系统;吸附区的中部设置有吸附区搅拌器，吸附区的下部设有倾斜的底板，吸附反应后的地下水沿倾斜的底板流入混凝区的中下部。
吸附剂的制备过程为：
①把Mg(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O按照n(Mg2+)：n(Fe3+)=3:1的比例混合形成溶液一;
②把2mol/L的NaOH和0.5mol/L的Na2CO3混合形成溶液二;
③把上述两种溶液混合搅拌60～100分钟，冷却至室温;
④把冷却液中形成的滤饼过滤;
⑤把过滤后的滤饼在80℃烘干12～20h;
⑥把烘干物在400～500℃焙烧4～6h后粉碎筛分，即得到吸附剂;
所述的吸附区和混凝区之间设有挡流板，挡流板的下部设置有45度的转角，转角转向吸附区一侧。混凝区的中上部设置有混凝剂添加计量系统，所述的混凝剂为氯化铁或硫酸铁溶液。混凝区下部设置有混凝区搅拌装置。
所述混凝区和沉淀区之间设有隔板，该隔板与吸附混凝沉淀池的内壁形成作为地下水进入沉淀区的地下水流道，沉淀区的出口处设有吸附混凝沉淀池三相分离器，沉淀区的出口上部设有吸附混凝沉淀池溢水堰，沉淀区底部设计成锥形结构，在锥形结构底部设置有沉淀物排放阀。吸附混凝沉淀池溢水堰连接吸附混凝沉淀池出水管，吸附混凝沉淀池出水管连接折流曝气池进水管。
所述折流曝气池中上部为圆柱形、下部为圆锥形结构，包括下流区、上流区和污泥区;所述下流区位于折流曝气池的圆柱形结构的中部，为圆柱形结构，下流区上部设有折流曝气池进水管和折流曝气池布水管，下流区中部设有下流区填料，下流区下部设有下流区曝气管，所述下流区的底部设有折流板，所述的折流板的纵断面呈喇叭状;所述上流区位于下流区的外围、折流板的上部，上流区中部设有上流区填料，下部设有上流区曝气管，上流区上部的出口处设有折流曝气池溢水堰;所述污泥区位于折流曝气池的底部、下流区和上流区的下部，污泥区的底部设有污泥排放阀。
所述上流式砂滤池包括上流式砂滤池进水管和用于排出处理后水的上流式砂滤池出水管，所述的上流式砂滤池包括布水区、洗砂区和砂滤区;所述的布水区位于上流式砂滤池的下部，布水区设有上流式砂滤池布水管，上流式砂滤池布水管连接上流式砂滤池进水管，为了地下水处理的效果更好，所述的上流式砂滤池布水管设置成同心圆形状，上流式砂滤池布水管上具有向下辐射出水口;所述的洗砂区位于上流式砂滤池的中心，为圆柱形筒状结构，圆柱形筒状结构下端开口位于上流式砂滤池的最底部，圆柱形筒状结构上端开口位于上流式砂滤池的上部，洗砂区的中部设有气提管，气提管连接上流式砂滤池外的上流式砂滤池鼓风机，洗砂区的上部设有砂水沉淀分离区，砂水沉淀分离区的上部设有洗砂区溢水堰，洗砂区溢水堰连接洗砂水排放管和折流曝气池进水管，砂水沉淀分离区的下部设有回砂通道;所述的砂滤区位于洗砂区的外围，砂滤区内充填有细砂，砂滤区上部设有砂滤区溢水堰，砂滤区溢水堰连接上流式砂滤池出水管，上流式砂滤池过滤处理后的水进入清水池。
一种采用上述高硫酸根和高氟离子地下水处理装置进行地下水处理的方法，具有如下步骤：
①高硫酸根和高氟离子地下水通过调节池进水管进入调节池，调节水质和水量。
②然后地下水通过吸附混凝沉淀池进水管进入吸附区，吸附剂添加计量系统添加吸附剂，吸附区搅拌器对地下水进行搅拌混合，地下水中的硫酸根和氟离子被吸附剂吸附和吸收。
③地下水通过吸附区下部设有的倾斜底板和挡流板之间的空隙进入混凝区，与来自混凝剂添加计量系统的混凝剂溶液混合，利用设置在混凝区底部的混凝区搅拌装置进行搅拌。
④然后地下水进入沉淀区的地下水流道，吸附混凝沉淀池三相分离器实现地下水和固体的分离，沉淀物在重力的作用下下沉到沉淀区的下部，通过底部的沉淀物排放阀排出，沉淀后的地下水通过吸附混凝沉淀池溢水堰和吸附混凝沉淀池出水管进入折流曝气池进水管。
⑤地下水通过折流曝气池进水管、折流曝气池布水管进入折流曝气池的下流区，下流区曝气管产生的空气与地下水在下流区填料中交汇发生生化反应，同时下流区填料对地下水进行过滤，地下水通过折流板后进入上流区，在上流区填料中发生生化反应，同时上流区填料对地下水进行过滤，下流区和上流区产生的污泥下沉到污泥区，通过污泥区底部的污泥排放阀排放出去，折流曝气池处理后的水通过折流曝气池溢水堰和折流曝气池出水管进入上流式砂滤池。
⑥地下水通过上流式砂滤池进水管、上流式砂滤池布水管进入上流式砂滤池的下部，上流式砂滤池布水管实现均匀布水，地下水进入砂滤区，地下水中的污染物被进一步过滤，然后地下水穿过砂滤区由砂滤区溢水堰和上流式砂滤池出水管流出，进入清水池;上流式砂滤池鼓风机产生的气流带动洗砂区中的砂和水向上流动，同时对砂进行冲洗，气流带动洗砂区中的砂和水进入砂水沉淀分离区，由于砂和水的比重不同，细砂沉淀下去并通过回砂通道流入砂滤区，实现砂滤区中的细砂不断从上往下的移动，砂水沉淀分离区中的水通过洗砂区溢水堰和洗砂水排放管进入折流曝气池进行再处理。
⑦吸附混凝沉淀池产生的沉淀物和折流曝气池排出的污泥经浓缩、脱水后外运。
本发明的有益效果是：因地制宜，基建投资少，维护方便，能耗较低，对地下水具有比较好的处理效果。