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业林饮用水除氟装置

YELIN®   Fu-系列  



地下水除氟方法

前言

  我国高氟水分布广泛,范围遍及全国各省、市和自治区。氟中毒严重地损害着广大群众的身体健康,是我国一种主要地方病。 为了保障人民的身体健康,改善饮用水水质,我国已进行了大量的除氟试验,目前已掌握了活性氧化铝、电渗析、电凝聚、絮凝 沉淀、骨炭等方法,并在一些典范工程中实施和形成系列处理方法。为满足饮用水除氟工程设计和管理的要求,特编制《饮用水 除氟设计规程》。
1 总 则

1.0.1 为指导我国饮用水除氟工程的设计,提高我国饮用水除氟设计技术水平、改善病区人民健康状况,特制定本标准。
1.0.2 饮用水氟化物含量应符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—85)的规定,当氟化物含量大于1.0mg/L时应进行[除氟处理。]
1.0.3 本规程包括活性氧化铝法、电渗析法、电凝聚法、絮凝沉淀法的有关技术规定。
1.0.4 本规程适用于新建、扩建或改建的城镇、工业企业及农村的永久性饮用水除氟工程的设计。
1.0.5 需饮用水除氟的给水工程,其供水方式宜实行分质供水。对扩建、改建工程应充分利用原有的设施。
1.0.6 设计饮用水除氟工程时,除应符合本规程规定外,还应符合《室外给水设计规范》(GBJ13—86)及国家现行有关标准的规定。
1.0.7 除氟净化过程中产生的废水及泥渣排放应符合《污水综合排放标准》(GB 8978—86)和《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284—84)的规定。


2 活性氧化铝法

2.1 一般规定
2.1.1 本规范适用于以活性氧化铝为滤料的除氟工艺。
2.1.2 除氟滤池的原水含氟量宜小于10mg/L,悬浮物不宜超过5mg/L。
2.1.3 当原水中含砷量超过[0.05mg/L]时,应通过试验确定除氟的工艺参数。
2.2 滤 料
2.2.1 活性氧化铝的粒径不得大于2.5mm,一般宜为0.4~1.5mm。
2.2.2 活性氧化铝应有足够的机械强度。
2.3 吸 附
2.3.1 在原水接触滤料之前,宜降低pH值,其降低值应通过技术经济比较确定,一般宜调整到6.0~7.0之间。
2.3.2 原水可采用投加硫酸、盐酸、醋酸等酸性溶液或投加二氧化碳气体降低pH值,投加量应根据原水碱度和pH值计算或通过试验来确定。
2.3.3 滤池的滤速可按下列两种方式采用:
(1)当滤池进水pH值大于7.0时,应采用间断运行方式,其设计滤速为2~3m/h,连续运行时间4~6h,间断4~6x。
(2)当进水pH值小于7.0时,可采用连续运行方式,其滤速为6~10m/h。
2.3.4 原水通过滤料层的流向可采用自下而上或自上而下方式。 当采用硫酸溶液调节pH值时,宜采用自上而下方式。[当采用二]氧化碳调节pH值时,宜采用自下而上方式。
2.3.5 单个滤池除氟周期终点出水的含氟量可稍高于1mg/L,并应根据混合调节能力确定终点含氟量值,但混合后处理水含氟量应不大于1.0mg/L。
2.3.6 滤料的周期吸附容量主要根据原水含氟量、pH值、滤速、滤层厚度、终点含氟量及滤料性能等因素来选定。
(1)当采用硫酸溶液调节pH值为6.0~6.5时,一般可为4~5g(F)/kg(Al2O3)。
(2)当采用二氧化碳调节pH值为6.5~7.0时,一般可为3~4g(F)/kg(Al2O3)。
2.3.7 单个滤池滤料厚度按下列规定采用:
(1)当原水含氟量小于4mg/L时,滤料厚度宜大于1.5m;
(2)当原水含氟量在4~10mgL时,滤料厚度宜大于1.8m。
注:当采用硫酸调pH值,规模较小、滤速转低时,滤层厚度可降为0.8~1.2m。
2.4 再 生
2.4.1 当滤池出水含氟量达到终点含氟量值时,滤料应进行再生处理。再生液宜采用氢氧化钠溶液,也可采用硫酸铝溶液。
2.4.2 当采用氢氧化钠再生时,再生过程可分为首次反冲、再生、二次反冲(或淋洗)及中和四个阶段。当采用硫酸铝再生时,上述中和阶段可以省去。
2.4.3 首次反冲洗滤层膨胀率可采用30%~50%,反冲时间可采用10~15min,冲洗强度视滤料粒径大小,一般可采用12~16L/m2·s。
2.4.4 再生溶液宜自上而下通过滤层;再生液流速、浓度和用量可按下列规定采用:
(1)氢氧化钠再生:可采用浓度为0.75%~1%NAOh溶液,氢氧化钠的消耗量可按每去除1g氟化物需要8~10g固体氢氧化钠来计算。。再生液用量容积为滤粒体积的3~6倍,再生时间为1~2h,再生液流速为3~10m/h。
(2)硫酸铝再生:浓度为2%~3%,硫酸铝的消耗量可按每去除1g氟化物需要60~80g固体硫酸铝{AL2(sO4)3·18h2O}来计算。再生时间可选用2~3h,流速可选用1~2.5m/h。
再生后滤池内的再生溶液必须排空。
2.4.5 二次反冲强度可采用3~5L/m2s,流向自下而上通过滤层,反冲时间可采用1~3h。淋洗采用原水以1/2正常过滤流量,从上部对滤粒进行淋洗,淋洗时间0.5h,淋洗时间0.5h。
2.4.6 采用硫酸铝作再生剂,二次反冲终点出水pH值应大于6.5,含氟量应小于1mg/L。
2.4.7 采用氢氧化钠作再生剂,二次反冲(或淋洗)后应进行中和。中和可采用1%硫酸溶液调节进水pH值至3左右,进水流速与正常除氟过程相同,中和时间为1~2h,直至出水pH值降至8~9时为止。
2.4.8 首次反冲、二次反冲、淋洗以及配制再生溶液均可利用原水。
2.4.9 首次反冲、二次反冲、淋洗及中和的出水均严禁饮用,必须废弃。
2.5 滤 池
2.5.1 滤池可采用敞开式或压力式,一般为圆型罐体。
2.5.2 浓酸应稀释后投加,应注入原水管的中心。二氧化碳气体的投加应通过微孔扩散器来完成。
2.5.3 滤池的结构材料应满足下列条件:
(1)符合生活饮用水水质的卫生要求;
(2)适应环境温度;
(3)适应pH2~13;
(4)易于维修和配件的更换。
2.5.4 当采用滤头布水方式时,应在吸附层下面铺一层厚度50~150mm,粒径2~4mm的石英砂作为承托层。
2.5.5 计算滤池的高度时,滤层表面至池顶高度宜采用1.5~[2.0m。]
2.5.6 反冲洗进出水管必须按首次反冲洗强度来选择管径,敞开式滤池反冲出水管可不安装阀门。
2.5.7 滤池应设置下列配件:
(1)进、出水取样管;
(2)进水流量指示仪表;
(3)观察滤层的视镜。
2.6 除 氟 站
2.6.1 除氟处理前必要时可进行预处理,消毒工艺应放在除氟[处理工艺的]后面。除氟站应设置废液处理装置。再生活性氧化铝[废液,二次]反冲废水,淋洗废水及中和废水必须经处理后方可排放。
2.6.2 除氟工艺可按连续运转渗计,当站内有调节构筑物时,可按最高日平均时供水量渗计;当无调节构筑物时,应按最高日最高时供水量设计。
2.6.3 滤池应建造在室内,其布置应留有足够的空间,以保证阀门和仪器操作方便。
2.6.4 多个滤池运行可根据实际情况确定串联或并联运行。
2.6.5 多个滤池的运行周期应互相错开,处理水可选择管道混合或储水池混合。
2.6.6 设置储水池时,其最小容积可按50%的最高日用水量计[算。]
2.6.7 在接触酸的区域附近必须为操作人员设置紧急淋浴和洗眼设备,操作人员工作时必须穿防护服。必须准备中和酸碱的化学品(如碳酸氢钠和硼酸溶液)处置溢漏,在可能出现溢漏的地区必须有盛装的容器。
2.6.8 除氟站应设置化验台,主要检测氟化物和pH值。
2.6.9 除氟站的管道一般可组成如下:
(1)原水进水管;
(2)处理水出水管;
(3)废水排放管;
(4)酸液管(或二氧化碳气体管);
(5)再生液(碱液或硫酸铝液)管;
(6)取样管。
酸、碱溶液管道的材料应采用塑料(例如聚氯乙稀)或不锈钢。
2.6.10 可用化学沉淀或蒸发的方法处理废水,浓缩的废水或沉淀物可进行填埋或者回收氟化物。


3 电渗析法①
3.1 一般规定
3.1.1 电渗析法适用于含盐量大于500mg/L,小于10000mg/L,氟化物含量大于1.0mg/L小于12mg/L的原水。
3.1.2 进入电渗析器的原水水质应符合下列条件:
(1)浊度5度以下。
(2)耗氧量<3mg/L(CODCr法)。
(3)铁<0.3mg/L。
(4)锰<0.3mg/L。
(5)游离余氯<1mg/L。
(6)细菌总数不宜大于1000个/mL(符合饮用水源标准)。
(7)水温5°~40℃。
3.1.3 当原水水质指标超出3.1.2规定时,应进行相应预处理。
3.1.4 系统中的储水池、阀门、管道、泵等元器件,应采用无毒工程塑料、不锈钢或混凝土等材料。
3.1.5 经处理后出水含盐量不宜<200mg/L。
3.1.6 经处理后出水含碘量低于10μg/L时应采取加碘措施。
3.2 工艺设计
3.2.1 一般可采用下列工艺流程:
(1)
(2)电渗析可与活性氧化铝或离子交换等方法串联使用。
3.2.2  电渗析除氟的主要设备应包括:电渗析器、倒极器、精[ 密过滤器、原水箱或原水加压泵、淡水箱、酸洗槽、酸液泵、浓水循环箱、供水泵、压力表、流量计、配电柜、硅整流器、变压[器、操作控]制台、大修洗膜池、化验检测仪器等。
3.2.3 原水水箱容积应按大于时供水量的2倍来计算。
3.2.4 电渗析器及主要辅助设备可按下列要求选择:
(1)电渗析器:应根据原水及供水水质要求和氟离子的去除率选择主机型号、流量、级、段和膜对数。
(2)倒极器:1)倒极器操作可采用手动或气动、电动、机械等自动控制倒极方式。2)自动倒极装置应同时具有切换电极极性和改变浓淡水方向的作用。3)倒极周期应根据原水水质及工作电流密度确定,一般频繁倒极周期宜采用0.5~1h,定期倒极周期不应超过4h。
(3)浓水箱:其有效容积除满足全系统用水外,还应留有1~2m3储存量。
(4)水质化验检测仪表:氟离子测定仪、温度计、电导仪、浊度计、pH计等。
3.2.5 电渗析主机酸洗周期可根据原水硬度、含盐量确定,当除盐率下降5%时,应停机按下列规定进行酸洗。
(1)周期:采用频繁倒换电极方式时,可为1~4周。
(2)方式:动态循环。
(3)时间:一般可为2h,以出水pH值不变为终点。
(4)酸洗液:宜采用工业盐酸,浓度可为1.0%~1.5%,但不得大于2%。
3.2.6 电渗析器大修每年不应少于1次。
3.2.7 配电设备或动力设备应按下列要求设计:
(1)与电渗析主机间距应能满足检修空间,并应采取防潮,防火措施。主要通道净宽应大于1.5m。
(2)变压器容量应根据原水含盐量、含氟量及倒换电极时最高冲击电流等因素确定,一般应为正常工作电流的2倍。
(3)电渗析器必须采用可调的直流电源。
(4)电渗析控制台应满足整流、调压、倒极操作及电极指示等要求。
3.2.8 处理站内可采用明渠或地漏排水。
3.2.9 电渗析淡水、浓水、极水流量可按下列要求设计:
(1)淡水流量可根据处理水量确定。
(2)浓水流量可略低于淡水流量,但不得低于2/3的淡水流量。
(3)极水流量一般可为1/3~1/4的淡水流量。
3.2.10 进入电渗析器的水压不应大于0.3MPA。
3.2.11 电渗析器工作电压可根据原水含盐量、含氟量及相应去除率,或通过极限电流试验确定。
膜对电压可按表3.2.11选用。

电渗析器膜对电压 表3.2.11 用 途 原水含盐量(溶解性总固体)
(mg/L) 原水含氟量
(mg/L) 不同厚度隔板的膜对电压(V/对)
0.5~1mm 1~2mm
除氟除盐 500~1000 1.0~12 0.3~1.0 0.6~2.0

3.2.12 电渗析器工作电流可根据原水含盐量、含氟量及相应去除率、或通过极限电流试验确定。
电渗析器的电流密度可按表3.2.12选用。

电渗析器电流密度 表3.2.12 原水含盐量(mg/L) <500 500~2000 2000~10000
电流密度(mA/cm) 0.5~1.0 1~5 5~20


3.2.13 浓、淡水进出连通孔流速一般可采用0·5~1m/s。
3.2.14 电渗析除氟站位置应尽量靠近用水设备,输水应选择最短距离。电渗析主机应设置在底层。
3.2.15 电渗析流程长度、级、段数应按脱盐率确定,脱盐率可按公式3.2.15计算:
 Z=(100Y-C)/(100-C)(3.2.15)
式中 Z——脱盐率(%);
Y——脱氟率(%);
    C——系数。重碳酸盐水型C为-45;氯化物水型C为-65;硫酸盐水类C为0。
3.3 电渗析主机
3.3.1 离子交换膜应符合下列要求:
(1)离子交换膜应采用选择透过率大于90%的硬质聚乙烯异相膜,其厚度宜采用0.5~0.8mm。
(2)离子交换阳膜的阳离子迁移数应大于0.9。离子交换阴膜的阴离子迁移数应大于0.9。
(3)离子交换膜必须无毒性。
(4)离子交换膜应有较好的化学稳定性;一般在正常工作条件下,应连续工作一年以上性能不变。
(5)离子交换膜应有良好的机械强度和尺寸稳定性。膜应平整,无孔洞,无裂缝。膜的爆破强度应大于0.3MPA。在使用中不因溶液浓度、湿度变化而变形。
3.3.2 隔板及隔网应符合下列要求:
(1)隔板厚度一般可采用0.5~2.0mm。
(2)隔板材质应耐酸碱,不受温度变化,必须无毒性,一般可采用聚丙烯或硬质聚氯乙烯。
(3)隔板尺寸一般为:400mm×800mm、400mm×1200mm、400mm×1600mm、800×1600mm。
(4)隔网厚度和孔眼分布应均匀,材质必须无毒性。隔网可采用编织网、冲模网、鱼鳞网等。
3.3.3 电极应具有良好导电性能、电坐小、机械强度高、化学及电化学稳定性好。一般可采用高纯石墨电极、钛涂钌电极;当采用不锈钢电极时水中氯离子含量应小于100mg/L;若采用其它材质时,则应符合《生活饮用水卫生标准》,严禁采用铅电极。
3.3.4 在处理高浓度含氟苦咸水时,为不使淡水受污染,应设置保护室。
3.3.5 夹紧装置应在压紧时均匀受力,可用镀锌螺杆,夹紧装置可分别采用钢板、槽钢组合或铸铁压板。锁紧压力以不内渗外漏为度,一般不宜超过0.35MPA。


4 电凝聚法

4.1 一般规定
4.1.1 本法适用原水含氟量小于20mg/L。
4.1.2 原水进电凝聚器前应加酸降低pH值,并应通过试验确定经济技术上最佳的pH值,一般可调到5.5~7.0。
4.2 工艺流程
4.2.1 一般工艺流程如下(见图4.2.1):


4.2.2 原水池的容积可按1h渗计水量确定。
4.3 电 解 槽
4.3.1 电解槽的电路选择按照电极的极性可分为单极性电极串联电路和双极性电极串联电路两种。
4.3.2 电解槽的设计参数可按下列规定采用:
(1)铝的消耗量可按每去除1g氟需要6~10g金属铝来计算。
(2)电解槽电极板的电流密度可采用10~15A/m2。
(3)电解铝极间距可采用3~10mm。
4.3.3 电解槽可采用下部进水,上部出水,并应保证配水及集水均匀。
4.3.4 电解槽应采用自动倒极装置,倒极周期可采用5~10min。
4.3.5 电解槽运行到电流效率急剧降低时,必须更换电极,并对极板进行机械净化。
4.3.6 电解槽的工作电流根据水中必须加进的每小时耗铝量及铝的电流效率确定。电解槽中的电压可根据电极联结系统和电极电阻抗的电压进行计算。电解槽上的工作电压不应超过36V。
4.4 电器设备
4.4.1 电解槽工作必须采用直流电源,一般可采用可控硅整流器。
4.4.2 电器设备控制台应设置直流电压表、电流表及电源开关。直流电压表的额定值应为工作电压的2倍,直流电流表的额定值应为正常工作电流的2倍。
4.4.3 变压器容量可根据原水含盐量、含氟量及最高冲击电压确定,一般应为正常工作容量的2倍。
4.4.4 电器渗备应设置过流保护、断相保护和报警等装置。
4.4.5 电器设备应设置倒极装置,一般可采用自动倒极。
4.4.6 电器设备与电解槽及净水装置的安装应留有维修及操作的间距,并应采取防潮,防火措施。

5 絮凝沉淀法

5.0.1 本法适用于处理水量≤30m3/d;含氟量≤4mg/L的原水。
5.0.2 原水水温适宜范围7°~32℃。
5.0.3 本法所使用药剂宜采用铝盐。
5.0.4 药剂(按AL↑[3+]计)投加量应通过实验确定,一般宜为原水含氟量的10~15倍。
5.0.5 投加药剂后应控制水中碱度,使pH值保持在6.5~7.5。
5.0.6 本法可采用下述两种流程,宜优先选用流程(1)。
5.0.7 运行方式与设计参数:
(1)药剂应与原水充分混合,混合方式可采用泵前加药或管道混合器混合。
(2)絮凝可采用底部切线进水的旋流絮凝型式。
(3)沉淀宜采用静止沉淀方式。
(4)沉淀时间应通过实验确定。一般情况采用流程(1)时,宜采用4x;采用流程(2)时,宜采用8h。
5.0.8 滤池的滤速、滤料、级配、反洗周期、反洗强度等应符合《室外给水设计范规》(GBJ13—86)的规定。

附录A 本规范用词说明

执行本规范条文时,对于要求严格程度的用词说明如下,以便在执行中区别对待。
(1)表示很严格,非这样做不可的用词:
正面词采用“必须”;
反面词采用“严禁”。
(2)表示严格,在正常情况下均应这样做的用词:
正面词采用“应”;
反面词采用“不应”或“不得”。
(3)表示允许稍有选择,在条件许可时,首先应这样做的词:
正面词采用“宜”或“可”;
反面词采用“不宜”。

 




 
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