專利名稱：含氟水的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水的處理方法，更具體地說是一種用天然植物絮凝劑(NCF)復配方法處理含氟水。
世界上有不少地區(qū)的地下水或地表水含氟量較高，一般可達2～6mg/l。我國的河北、河南、陜西、甘肅、青海、新疆等地就屬于高氟區(qū)。人畜長期飲用這種高含氟水會引起慢性中毒。輕者骨質(zhì)疏松，重者會抽搐、痙攣，甚至會呼吸麻痹而致死。此外還可引起各種皮膚病。因此，對這類高含氟水進行處理，使其達到飲用水的標準，保障人民健康，成為這些地區(qū)居民的迫切需要。
目前水中除氟的方法有多種，歸納起來有四類1.電滲析法該方法是依靠水溶液中的F-在外加電場的作用下，通過具有選擇透過性的離子交換膜，使F-隨水溶液中的礦物質(zhì)離子一同遷移至濃水中而被除去。該方法的主要優(yōu)點是操作簡單。其缺點是(1)在除F-的同時，除去了水中對人體有益的礦物質(zhì)，使處理后的水往往不適宜直接飲用;(2)當含氟量高于3mg/l時，難以一次除F-達到飲用水標準;(3)設(shè)備投資大，不適應(yīng)大規(guī)模水處理工程使用;(4)水的收率低，一般僅有50%，水資源浪費嚴重;(5)設(shè)備管理復雜，成本高。鑒于上述原因，電滲析除F法很少在實際水處理工程中被采用。
2.離子交換法該方法是依靠離子交換劑與水中的F-吸附交換作用，使其生成難溶的氟化物而被除去。這種方法，尤其以活性氧化鋁為代表，目前在國內(nèi)小型的除F-裝置中被廣泛采用。該方法的主要優(yōu)點是處理后的水一次達標，不改變水中的礦物質(zhì)組分。存在問題是(1)一次性投資大，水處理成本高;(2)無機離子交換劑衰退快，交換容量明顯降低;(3)無機離子交換劑需反復再生，操作麻煩;(4)僅適用于小型的水處理工程。
3.化學沉淀法化學沉淀法是向水溶液中加入某種陽離子與F-生成難溶的電解質(zhì)，產(chǎn)生沉淀物而與水分離，從而除去F-。該方法主要用于某些高含F(xiàn)-(20～4000mg/l)的工業(yè)廢水處理中。由于CaF2的溶解度為16mg/l，因此，即使加入過量的Ca2+，其水溶液中F-的殘留量很難低于8mg/l，所以該方法不適用含F(xiàn)-低的飲用水處理。
4.混凝除F-法(《簡明給水設(shè)計手冊》，鐘灤昌等，中國建筑工業(yè)出版社，1989.12.)。
混凝除F-法是通過向水中加入無機混凝劑(如堿式氯化鋁、聚合氯化鋁、硫酸鋁、氯化鐵等)。其中的金屬離子水解生成細微的膠核或絨絮體，這些絮體再吸附F-而產(chǎn)生共沉淀，從而達到除F-的目的，該方法的優(yōu)點是工藝過程簡單，操作管理方便，在除F-的同時，還可除去水中的懸浮物，降低濁度。存在問題是(1)形成的礬花細小，沉淀速度慢。混凝除F-過程中生成的絮體，需沉降8小時以上才能與水分離。這就需要極大的設(shè)備使沉淀完全，使工程投資大量增加。因此，該方法在實際工程中不能獲得應(yīng)用;(2)混凝劑投入后，由于陰離子(如Al3+)的水解，使水的pH值明顯降低，易造成酸性水，不適宜飲用。
本發(fā)明提供了一種具有除氟速度快、處理成本低、水質(zhì)好的天然植物絮凝劑(NCF)復配除氟方法。
本發(fā)明的方法是這樣來實施的。在含F(xiàn)-較高的地下水或地表水(含F(xiàn)-量為2～6mg/l)中先加入水溶性鋁鹽類混凝劑，然后加入苛化的NCF，水中的F-就會隨絮凝體很快沉淀下來而被除去，水中含F(xiàn)-量完全達到飲用水的標準0.5-1mg/l。
NCF是一種天然高分子經(jīng)化學處理的物質(zhì)，常作為管道緩蝕劑用。它含有多種官能團，其中有代表性的官能團是羧基、羥基、羰基，其有極強的吸附架橋作用。該物質(zhì)具有很強的絮凝作用、無毒性、除油效果好。它與人工合成的聚丙烯酰胺類有機高分子絮凝劑相比，其價格低廉、易于溶解，由于無毒性，可用于飲用水及食品行業(yè)的水處理。NCF與鋁鹽類混凝劑復配，可快速有效地除去水中的F離子。這是由于當鋁鹽加入水中，Al3+發(fā)生水解，會形成各種復雜的鉻離子，如[Al7(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等，而水中的F-又會與上述絡(luò)合陽離子發(fā)生化學作用，生成氟的復雜絡(luò)合離子，其代表性反應(yīng)式可表示為
此外，水溶液中SO2-4等陰離子也可與陽性絡(luò)合離子發(fā)生反應(yīng)生成復合絡(luò)合離子，并與F-發(fā)生絡(luò)合形成更為復雜的絡(luò)離子，其反應(yīng)式為
這些F-的絡(luò)合物懸浮于溶劑中很難發(fā)生沉淀。當它們與NCF發(fā)生反應(yīng)后，通過NCF中的各種官能團發(fā)生絡(luò)合作用，生成由若干個F-的絡(luò)合物組成的大分子絮體，就能很快從溶劑中析出。其反應(yīng)過程可表示為
式中R為NCF基。
本發(fā)明NCF用苛化堿苛化，其作用是苛化堿可改變NCF的高分子有機物的偶極矩，增強鍵力，使其得到活化，從而提高了除F效果和絮凝作用;另外苛化后的NCF水溶液呈強堿性，加入含F(xiàn)-水中后，可抑制Al3+水解而造成的溶液偏酸性，使其PH值保持在飲用水的范圍內(nèi)。本發(fā)明采用的苛化堿有NaOH、Na2CO3、KOH等。
本發(fā)明采用的混凝劑主要是水溶性鋁鹽類，有聚合氯化鋁(PAC)、堿式氯化鋁(BAC)、硫化鋁(AS)、明礬(Alum)。
本發(fā)明每升水中去除1mgF-藥劑投入量為F-∶混凝劑∶苛化NCF＝1∶50～150∶1～5(重量比)。
本發(fā)明NCF的苛化度控制在1-5。
本發(fā)明實施過程中析出的絮體-底渣，具有良好的活性，它可進一步吸附水中F-。因此，回流一部分底渣到原水中，不僅可增強除F-的效果，而且可降低混凝劑的投入量。回流量可為5～15%。
本發(fā)明的除F-方法具有沉淀速度快。易于實現(xiàn)固液分離，大大減少了設(shè)備費用，并且操作簡便。該方法不僅能除去水中的F-，也可進一步除去水中的懸浮物。降低濁度。但它不減少水中礦物質(zhì)，不改變水的酸堿性。因此，該方法不僅適宜于工業(yè)規(guī)模處理含F(xiàn)量高的地下水和地表水，而且也適用于廣大農(nóng)村家庭或小集體處量含F(xiàn)量高的飲用水。
實施例1(1)取1000ml含F(xiàn)-量為2.14mg/l的礦井水(2)投加濃度為10%的聚合氯化鋁(PAC)水溶液1.5ml至水樣中，攪拌1分鐘;
(3)加入2.5%濃度的苛化后的NCF水溶液0.4ml至(2)的水溶液中，攪拌2分鐘。靜置15分鐘，上層清液即為除F-水，其含F(xiàn)-量已降至國家飲用水的標準≤1.0mg/l。下層底渣可回流用。
實施例2(1)取1000ml與實施例1相同的水樣;
(2)投加10%硫酸鋁(AS)水溶液3.5ml至水樣中，攪拌1分鐘;
(3)加入2.5%濃度的苛化NCF水溶液0.4ml至(2)的水溶液中，攪拌2分鐘，靜置15分鐘后，上層清水含F(xiàn)-量可降至≤1.0mg/l。底渣可回流。
實施例3(1)取礦井水1000ml，其中含F(xiàn)-5mg/l;
(2)加入濃度為10%的聚合氯化鋁(PAC)水溶液3.5ml，攪拌1分鐘;
(3)加入2.5%濃度的苛化NCF水溶液0.6ml至(2)的溶液中，攪拌2分鐘，靜置15分鐘，取上清液化驗，其F-可降至≤1.0mg/l。底渣可作回流用。
實施例4(1)取礦井水1000ml，其中含F(xiàn)-量為2.14mg/l;
(2)將實施例2產(chǎn)生的底渣100ml傾入原水中攪拌;
(3)加入濃度為10%的硫酸鋁(AS)水溶液3ml，攪拌1分鐘;
(4)加入2.5%濃度的苛化NCF溶液0.4ml至(3)的溶液中，攪拌2分鐘，靜置15分鐘后，上清液F-濃度降至1.0mg/l以下。底渣可回流用。
實施例5(1)取礦井地下水300m3/h，其中含F(xiàn)-為2.2mg/l，經(jīng)初沉淀池后進行除F-處理;
(2)在反應(yīng)池中加入配制濃度為20%的硫酸鋁溶液，其投入量為450l/h，用泵進行攪拌，反應(yīng)池停留4分鐘;
(3)在反應(yīng)池出口加入苛化的濃度為2.5%的NCF溶液，其投入量為120l/h，通過管道混合器攪拌反應(yīng)，然后，經(jīng)斜板沉淀池進行固液分離，其停留時間為30分鐘。
(4)底渣采用10%回流量;
(5)斜板沉淀池的上清液經(jīng)砂濾，消毒后飲用。其含F(xiàn)-量達到飲用水標準。
該實施例的流程見

圖1。
苛化NCF的制備方法如下先稱取一定量的NCF量于定量的水中，當NCF溶解完全后，再加入定量的堿，攪拌溶解后，即制成苛化的NCF溶液。實施例中NCF與苛化堿量的比例為1∶1(重量比)。
本發(fā)明在混凝劑加入含氟水≥1分鐘后，再加入苛化NCF。
從實施例可見，用本發(fā)明除F-，在混凝劑和絮凝劑投入15～30分鐘，含F(xiàn)-水的F-含量即可降到國家規(guī)定的標準。沉淀時間由原來的混凝除F-方法的8小時降至半小時，因此處理水速度大大加快，從而設(shè)備體積大大減小，投資費用大輻度減少。生產(chǎn)成本降低。從投入試劑費用來看，若選用PAC混凝劑復合時，試劑費用減少量不大。若選用AS作混凝劑復配，則試劑費用大大降低。本發(fā)明方法操作容易，而且處理后的水質(zhì)量也好，其礦物質(zhì)量不減少，酸堿性也不變。用本發(fā)明的除氟方法不僅適用于處理大規(guī)模的含氟量高的飲用水，而且適用于處理廣大農(nóng)村家庭用水或小集體的飲用水。
本發(fā)明的方法亦可處理工業(yè)廢水中的氟。
權(quán)利要求
1.一種用天然植物絮凝劑NCF復配法處理含氟水的方法，該方法是在含氟水中加入混凝劑，其特征在于加入混凝劑后的水中再加入苛化的NCF，待靜置分層后，上層為除F水，下層為絮體底渣。
2.如權(quán)利要求1所述的處理含氟水的方法，其特征在于每升水中去除1mgF-的藥劑投入量為F-∶混凝劑∶苛化NCF＝1∶50～150∶1～5(重量比)。
3.如權(quán)利要求1所述的處理含氟水的方法，其特征在于苛化度為1～5。
4.如權(quán)利要求1所述的處理含氟水的方法，其特征在于混凝劑為水溶性鋁鹽，有聚合氯化鋁，堿式氯化鋁、硫酸鋁、明礬。
5.如權(quán)利要求1所述的處理含氟水的方法，其特征在于水溶性鋁鹽為硫酸鋁。
6.如權(quán)利要求1所述的處理含氟水的方法，其特征在于苛化堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉。
7.如權(quán)利要求1所述的處理含氟水的方法，其特征在于絮體底渣回流至含氟廢水中，回流量為5～15%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天然植物絮凝劑(NCF)復配法處理含氟水。該方法是在含氟水中加入混凝劑和苛化的NCF。由于苛化的NCF具有強的絮凝作用，從而使除氟速度大大加快，其速度是單一混凝劑除氟方法的16倍。且該方法處理后的水中礦物質(zhì)含量不減少，水的酸堿度也不變，方法簡單操作方便。因此本發(fā)明不僅適用于處理大規(guī)模的含氟量高的飲用水，而且適用于處理廣大農(nóng)村家庭用水。對技術(shù)經(jīng)濟落后的地區(qū)更具有現(xiàn)實意義。
文檔編號C02F1/56GK1066256SQ9210433
公開日1992年11月18日 申請日期1992年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月10日
發(fā)明者宋乾武, 劉申伯, 李承 申請人:核工業(yè)第二研究設(shè)計院