一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的製作方法

2023-07-17 19:47:36

本實用新型屬於水處理設備技術領域，特別是涉及一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備。

背景技術：

氟是人體必須的微量元素之一，但長期飲用高氟水則可導致氟中毒,會嚴重影響人體健康，因此世界衛生組織公布了飲用水氟含量不得超過1.5mg/L的規定。當今除氟水處理方法研究受到各國的高度重視，前期研究公布的除氟水處理方法主要有混凝沉降法、化學沉澱法、電滲析法、電凝聚法、反滲透法、納濾法、離子交換法、吸附法等，其中：化學沉澱法和混凝沉降法會遺留大量鈣鋁等離子，主要用於工業廢水處理；由於高氟水主要分布在環境惡劣、地形複雜或缺水少電的地區，所以應用電滲析法、電凝聚法、反滲透法、納濾法等除氟的效果為優，但因裝置複雜、設備昂貴和使用成本高等不足而難以推廣應用。離子交換樹脂法因抗幹擾能力低也難以廣泛應用。吸附法是目前最常用的飲用水除氟處理方法，但濾料需要再生，也存在使用成本和除氟效能等問題，使其實際應用受到限制。為克服現有技術的不足，本申請人曾提出了一種聚合氯化鋁/羥基磷灰石共聚材料的製備方法，參見中國專利申請201410743901.X，該方法包括聚合氯化鋁半成品的製備、羥基磷灰石半成品的製備和共聚材料的製備，通過共聚方法合成聚合氯化鋁/羥基磷灰石共聚網絡結構材料，與現有除氟材料相比，除氟容量比單一的羥基磷灰石除氟濾料提高3倍，比活性氧化鋁除氟濾料提高5倍；材料的網絡結構有利於網捕水體中鋁離子和羥基磷灰石粉體的作用，解決了水體中鋁離子超標和水體澄清度的問題；同時共聚材料中的聚合氯化鋁活性組分可以促使羥基磷灰石不斷再生，提高材料的使用壽命。但該方法還存在以下明顯不足：一是鋁基水處理材料中的鋁離子含量在標準範圍內，但仍然高於非鋁基水處理材料，存在鋁離子超標的風險；二是應用鋁基水處理材料的工藝及設備較為複雜，要經過過濾、混凝、沉澱等過程，設備佔地面積大，運行成本較高；三是聚合氯化鋁/羥基磷灰石共聚材料存在低溫時的除氟效果降低的問題。

如何克服現有除氟水處理方法及所對應的除氟設備所存在的不足已成為當今水處理材料技術領域中亟待解決的重點難題之一。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為克服現有技術所存在的不足而提供一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備，本實用新型的除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備具有除氟效率高，用於種植法除氟水處理新工藝的操作方法簡便可靠，能夠滿足種植法除氟水處理新工藝的需要。

根據本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備，包括設有上蓋板和下蓋板的圓柱形筒體，所述圓柱形筒體的底部與底座支架固連，其特徵在於，還包括在圓柱形筒體內設有帶圓柱軸杆的矩形種植/除植兩用隔板，所述矩形種植/除植兩用隔板將圓柱形筒體分隔為毗聯式的左半圓柱形密封筒體和右半圓柱形密封筒體，所述左半圓柱形密封筒體中的矩形種植/除植兩用隔板上設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板，所述左篩網種植/除植兩用流道隔板呈T字形的間隔排列，所述間隔排列的內腔為左水道，所述左水道的上水道口與淨水出口閥連接以及下水道口與原水進口腔連接；所述右半圓柱形密封筒體中的矩形種植/除植兩用隔板上設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板，所述右篩網種植/除植兩用流道隔板呈T字形的間隔排列，所述間隔排列的內腔為右水道；所述右水道的上水道口與衝洗水出口閥連接以及下水道口與衝洗水進口腔連接；所述圓柱軸杆的上軸端與圓柱形筒體的上蓋板中心位的上密封軸套連接；所述圓柱軸杆的下軸端通過圓柱形筒體的下蓋板中心位的下密封軸套與變速電動機固連，所述變速電機與底座支架固連；所述左半圓形密封筒體的上部設有淨水出口閥與左水道的上水道口連接，所述左半圓形密封筒體的下部設有原水進口閥與原水進口腔連接，所述右半圓形密封筒體的上部設有衝洗水出口閥與右水道的上水道口連接，所述右半圓形密封筒體的下部設有衝洗水進口閥與衝洗水進口腔連接。

本實用新型的實現原理是：本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備是用於種植法除氟水處理新工藝而設計的，本實用新型開拓了除氟水處理設備的新結構和新品種。本實用新型所述種植法除氟水處理的過程：一是通過在含氟原水中添加氧化鈣、氫氧化鈣或氯化鈣和磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉，使其形成含可溶性鈣鹽、磷酸鹽、氟離子的含氟原水混合液；二是利用種植型羥基磷灰石濾粒表層富有羥基而具有較強化學活性的特點，易使可溶性鈣鹽、磷酸鹽、氟離子與種植型羥基磷灰石濾粒鍵合而迅速生長成為氟磷灰石晶核；三是氟磷灰石晶核繼續與含氟原水混合液中的可溶性鈣鹽、磷酸鹽、氟離子進一步反應而生長成為氟磷灰石晶體乳石；四是因氟磷灰石晶體乳石在種植型羥基磷灰石濾粒上的鍵合力較弱，定時用水衝洗種植型羥基磷灰石濾粒，促使種植型羥基磷灰石濾粒相互之間發生摩擦,即可去除種植型羥基磷灰石濾粒上生長的氟磷灰石晶體乳石，極為方便地恢復種植型羥基磷灰石濾粒的種植能力。本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備，是在圓柱形筒體內設有帶圓柱軸杆的矩形種植/除植兩用隔板，所述除植兩用隔板將圓柱形筒體分隔為毗聯式的左右兩個半圓柱形密封筒體，所述矩形種植/除植兩用隔板的左面設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板，其右面設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板；當所述左篩網種植/除植兩用流道隔板進入種植狀態，則所述右篩網種植/除植兩用流道隔板進入除植狀態，在達到預定的種植時間後，所述包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板與所述包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板通過變速電動機轉動180°進行調換位置，即由所述包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板進入種植狀態，所述包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板進入除植狀態，周而復始，從而保證了毗聯式流道反應釜設備的連續運行，大大提高了設備連續運行的效率。

本實用新型與現有技術相比其顯著優點在於：

一是本實用新型根據種植法除氟水處理的原理首創了適用於種植法除氟水處理新工藝的毗聯式流道反應釜設備，且能夠滿足種植型羥基磷灰石濾粒的種植/除植過程連續化生產的需要。

二是本實用新型的毗聯式流道反應釜設備採用了種植/除植兩用流道的結構設計，特別是通過設置多級流道種植反應的左和右篩網種植/除植兩用流道隔板，既保證了含氟原水混合液在控制液流速度的條件下能夠與種植型羥基磷灰石濾粒進行多級種植反應，在種植型羥基磷灰石濾粒上形成氟磷灰石晶核以及由氟磷灰石晶核繼續與含氟原水中的可溶性鈣鹽、磷酸鹽、氟離子進一步反應而生長形成的氟磷灰石乳石晶體，又保證了可方便地去除種植型羥基磷灰石濾粒上生長的氟磷灰石晶體乳石，極為方便地恢復種植型羥基磷灰石濾粒的種植能力。

三是本實用新型的毗聯式流道反應釜設備集種植/除植功能於一體，種植/除植過程分別在毗聯式流道反應釜中同步交叉進行，循環往復，大大延長了種植型羥基磷灰石濾粒的使用壽命，且無需另外設置種植型羥基磷灰石濾粒的再生設備，安全性好。

四是本實用新型的毗聯式流道反應釜設備中還可以附加設置種植型羥基磷灰石濾粒的種植懸浮層或/和附加設置超聲波發生器，以利於提高對高濃度含氟原水處理的效率及縮短處理時間。

五是本實用新型的毗聯式流道反應釜設備所採用的種植型羥基磷灰石濾粒為非鋁基水處理材料，其應用於種植法除氟水處理工藝，操作簡便可靠，設備簡潔和維護方便，運行成本很低。

綜上所述，本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備適用於基於種植法除氟水處理的新工藝。

附圖說明

圖1為本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的外形結構示意圖。

圖2為本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的立體結構的局部剖面示意圖。

圖3為本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的立體結構的剖面示意圖。

圖4為本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的帶圓柱軸杆的矩形種植/除植兩用隔板的立體結構示意圖。

圖5為本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的使用方法的流程步驟示意圖。

圖6為本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的所述毗聯式的左半圓柱形密封筒體的左水道4和右半圓柱形密封筒體的右水道12內附加設置種植型羥基磷灰石濾粒的種植懸浮層的結構剖面示意圖。

附圖編號說明：原水進口閥1、原水進口腔2、包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3、左水道4、上蓋板5、淨水出口閥6、上密封軸套7、衝洗水進口閥8、包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板9、矩形種植/除植兩用隔板10、圓柱軸杆11、右水道12、圓柱形筒體13、衝洗水進口腔14、衝洗水出口閥15、下密封軸套管16、變速電機17、下蓋板18、底座支架19、密封圈20、種植型羥基磷灰石濾粒21。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式進一步進行詳細說明。

實施例1。

結合圖1和圖2，本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備，包括設有上蓋板5和下蓋板18的圓柱形筒體13，所述圓柱形筒體13的底部與底座支架19固連，還包括在圓柱形筒體13內設有帶圓柱軸杆11的矩形種植/除植兩用隔板10，所述矩形種植/除植兩用隔板10將圓柱形筒體13分隔為毗聯式的左半圓柱形密封筒體和右半圓柱形密封筒體，所述左半圓柱形密封筒體中的矩形種植/除植兩用隔板10上設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3，所述左篩網種植/除植兩用流道隔板3呈T字形的間隔排列，所述間隔排列的內腔為左水道4，所述左水道4的上水道口與淨水出口閥6連接以及下水道口與原水進口腔2連接；所述右半圓柱形密封筒體中的矩形種植/除植兩用隔板10上設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板9，所述右篩網種植/除植兩用流道隔板9呈T字形的間隔排列，所述間隔排列的內腔為右水道12；所述右水道12的上水道口與衝洗水出口閥15連接以及下水道口與衝洗水進口腔14連接；所述圓柱軸杆11的上軸端與圓柱形筒體13的上蓋板5中心位的上密封軸套7連接；所述圓柱軸杆11的下軸端通過圓柱形筒體13的下蓋板18中心位的下密封軸套16與變速電動機17固連，所述變速電機17與底座支架19固連；所述左半圓形密封筒體的上部設有淨水出口閥6與左水道4的上水道口連接，所述左半圓形密封筒體的下部設有原水進口閥1與原水進口腔2連接，所述右半圓形密封筒體的上部設有衝洗水出口閥8與右水道12的上水道口連接，所述右半圓形密封筒體的下部設有衝洗水進口閥15與衝洗水進口腔14連接。

本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的進一步的優選方案是：

所述矩形種植/除植兩用隔板10的四個截面的周邊設有密封圈20，所述矩形種植/除植兩用隔板10與圓柱形筒體的內腔之間形成密封式緊配合裝配；密封圈16的材質為矽橡膠；所述矩形種植/除植兩用隔板10的厚度為10-15mm(包括可選擇10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm等)，以其厚度≥12mm為佳。

所述種植型羥基磷灰石濾粒為其結構中自濾粒的內核至外表面，以羥基含量的遞增而依次分為含羥基遷移料體的內核種植層、含羥基交換料體的過渡種植層和含乳石種植料體的外表種植層，且相鄰兩層之間為化學鍵合；其中：所述種植型羥基磷灰石濾粒的羥基遷移料體的內核種植層的羥基含量為1.19～1.7％、羥基交換料體的過渡種植層的羥基含量為1.7～2.21％、乳石種植料體的外表種植層的羥基含量為2.21～2.72％。

所述左水道4與右水道12的水道長度、水道截面均相等，其中水道截面積為1-5cm2，以水道截面積≥2cm2為佳。

所述左篩網種植/除植兩用流道隔板3與右篩網種植/除植兩用流道隔板9的面積、厚度和篩網網孔均相等，其中所述厚度為3-5mm(包括可選擇3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等)，以其厚度≥3.5mm為佳、網孔為40-60目、網孔的形狀為圓形、方形、多邊形中的一種和幾種的組合。

所述包覆種植型羥基磷灰石濾粒的包覆層厚度為1-10mm，以其厚度≥3mm為佳。

所述圓柱形筒體13的高度為所述圓柱形筒體13的外徑的1.5-3倍。

所述圓柱軸杆11的長度大於所述圓柱形筒體13的高度，滿足圓柱軸杆11的下軸端通過下密封軸套16與變速電動機17固連、圓柱軸杆11的上軸端與上密封軸套7固連；所述圓柱軸杆11的直徑為所述矩形種植/除植兩用隔板10的厚度的3-4倍，所述矩形種植/除植兩用隔板10的軸向截面穿透圓柱軸杆11的軸向長穿孔，其兩者交叉處的軸向長穿孔的縫隙為密封焊接。

為有利於提高高濃度含氟原水處理的效率及縮短處理時間，可在所述左半圓柱形密封筒體和右半圓柱形密封筒體的內壁上附加設置多個超聲波發生器，每個超聲波發生器的功率為100-300W、頻率為20-40kHz。

實施例2。

本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備適用於種植法除氟水處理新工藝。下面以本實用新型應用於種植法除氟水處理新工藝為實施例2，進一步詳細說明本實用新型的具體實施方式。

結合圖3，本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的使用方法，具體步驟包括如下：

步驟1，毗聯式流道反應釜設備進入準備狀態：在設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3的左半圓柱形密封筒體內投入種植型羥基磷灰石濾粒21，再通過原水進口閥1注滿投加經計量配置後的含有除氟水處理劑的原水混合液；設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板9的右半圓柱形密封筒體內通過衝洗水進口閥8注滿淨水；所述左半圓形密封筒體上部的淨水出口閥6和下部的原水進口閥1以及所述右半圓形密封筒體上部的衝洗水出口閥8和下部的衝洗水進口閥15均處於關閉狀態，變速電動機17與外部電源連接；

步驟2，毗聯式流道反應釜設備進入種植狀態：在完成步驟1的準備狀態的基礎上，開啟所述左半圓形密封筒體上部的淨水出口閥6和下部的原水進口閥1，在控制所述原水混合液的液流速度的條件下，使原水混合液自下而上通過所述左水道4與包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3上的種植型羥基磷灰石濾粒進行多級流道種植反應，在種植型羥基磷灰石濾粒上形成氟磷灰石晶核以及由氟磷灰石晶核繼續生長所形成的氟磷灰石晶體乳石，同時經多級流道種植反應後的種植淨水從淨水出口閥6流出圓柱形筒體13，從而得到淨水；

步驟3，毗聯式流道反應釜設備進入除植狀態：步驟2所述種植狀態達到設定的種植時間後，由變速電動機17帶動圓柱軸杆11將矩形種植/除植兩用隔板10旋轉180°，使設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3的左半圓柱形密封筒體與包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板9的右半圓柱形密封筒體進行兩兩位置對調；接下來，開啟所述右半圓形密封筒體的衝洗水出口閥8和衝洗水進口閥15，使衝洗水經衝洗水進口閥8自下而上進入設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3的左半圓柱形密封筒體內，在衝洗水對包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3的水流衝擊下進行衝洗，去除種植型羥基磷灰石濾粒上所生長的氟磷灰石晶體乳石，以恢復種植型羥基磷灰石濾粒的種植能力，所述氟磷灰石晶體乳石伴隨著衝洗水從衝洗水出口閥8流出柱形筒體13，除植狀態達到設定的衝洗時間後其衝洗水操作自動停止；若用於高濃度含氟原水處理時，設置超聲波發生器與衝洗水的水流衝擊協同進行衝洗，其效果更佳；

步驟4，毗聯式流道反應釜設備進入再種植狀態：對步驟3所述旋轉180°而迴轉的設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板9的右半圓形密封筒體繼續步驟2的操作使其進入種植狀態，在達到設定的種植時間後再次旋轉180°，與設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3的左半圓形密封筒體進行兩兩位置對調，周而復始，循環操作；

步驟5，毗聯式流道反應釜設備進入再除植狀態：對步驟4所述旋轉180°而迴轉的設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的右篩網種植/除植兩用流道隔板9的右半圓形密封筒體繼續步驟3的操作使其進入再除植狀態，在達到設定的除植時間後再次旋轉180°，與設有包覆種植型羥基磷灰石濾粒的左篩網種植/除植兩用流道隔板3的左半圓形密封筒體進行兩兩位置對調，周而復始，循環操作。

本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備的使用方法的進一步優選方案是：

所述種植型羥基磷灰石濾粒21為其結構中自濾粒的內核至外表面，以羥基含量的遞增而依次分為含羥基遷移料體的內核種植層、含羥基交換料體的過渡種植層和含乳石種植料體的外表種植層，且相鄰兩層之間為化學鍵合；所述種植型羥基磷灰石濾粒結構中的羥基遷移料體的內核種植層的羥基含量為1.19-1.7％、羥基交換料體的過渡種植層的羥基含量為1.7-2.21％、乳石種植料體的外表種植層的羥基含量為2.21-2.72％。

所述原水混合液為：按照摩爾份數配置，含氟原水﹕鈣鹽水處理劑＝1﹕3～10、含氟原水﹕磷酸鹽水處理劑＝1:2～5；其中，所述含氟原水的濃度為1-20ppm，所述鈣鹽水處理劑為氧化鈣、氫氧化鈣或氯化鈣，所述磷酸鹽水處理劑為磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉。

所述原水混合液的液流速度為≧10m/h。

所述設定的種植時間為60-120分鐘；所述種植時間是指原水混合液的連續運行時間，該連續運行時間的設定以測得步驟2得到的淨水的氟離子含量不超過1mg/L為限，種植時間可實時進行調控。

所述設定的除植時間為10-15分鐘；所述除植時間是指去除種植型羥基磷灰石濾粒上所生長的氟磷灰石晶體乳石，以恢復種植型羥基磷灰石濾粒的種植能力的連續運行時間。

本實用新型的具體實施方式中未涉及的說明屬於本領域公知的技術，可參考公知技術加以實施。

本實用新型經反覆試驗驗證，取得了滿意的試用效果。

以上具體實施方式及實施例是對本實用新型提出的一種基於種植法除氟水處理的毗聯式流道反應釜設備技術思想的具體支持，不能以此限定本實用新型的保護範圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在本技術方案基礎上所做的任何等同變化或等效的改動，均仍屬於本實用新型技術方案保護的範圍。