智能型饮用水除氟装置及应用效果分析

李海军

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

农村饮用水安全关系到农村居民生活质量和生命安全，为解决居民饮用高氟水问题，在平遥县宁固镇推广应用智能型饮用水除氟装置，降低了饮用水中的含氟量，达到了国家规定的饮用水水质标准，取得了良好的效果。

1 示范区基本情况

宁固镇位于平遥县西北部，面积31.5 km2，人口1.6万人。该区地处汾河地区，受水文地质条件的影响，浅层地下水中氟化物等有害元素严重超标，饮用水氟化物含量达3.01 mg/L。为改善饮水水质，2005年当地政府建成集中供水工程，并开始使用山东碧海机械有限公司生产的反渗透除氟设备，采用集中供水方式供水，解决饮水中氟含量超标问题。但由于该设备产生的废水较多，产生二次污染，加之已运行5年，出水量越来越小，根本满足不了当地居民的人口增长对用水需求，因此采用智能型模块式除氟装置替代原来的反渗透除氟设备。

2 智能型饮用水除氟装置

智能型饮用水除氟装置采用Bio-F除氟滤料，原水经其吸附过滤后，能有效去除高氟水中的氟离子，出水氟含量小于1 mg/L，达到了国家规定的饮用水水质标准，且除氟效果明显，设备操作简单，能耗小，无有毒废液，不会对周边环境造成污染。

2.1 设备组成及产水过程

设备由预处理（初滤）系统、除氟系统、后置过滤系统、再生系统、电控系统和一些泵、阀、仪表、管路等组成。

2.1.1 产水工艺流程

智能型除氟设备产水过程分为三部分：第一部分为初滤，主要去除原水中泥沙、悬浮物等杂质，降低原水浊度，以满足除氟系统进水水质要求；第二部分为除氟，原水从罐体下部进入，经滤料除掉水中的氟离子，然后从设备上部管道出水进入后置系统，下部进水可以让原水与滤料充分接触，达到更好的除氟目的；第三部分为后置过滤，采用果壳活性炭为滤料，主要去除水中的色度、异嗅异味和溶解的有机污染物，提高供水水质。

2.1.2 产水操作流程

设备正常运行时，额定产水量为40 m3/h，可通过调节变频器的设定值来控制原水泵的流量。第一步启动原水泵，设备开始正常产水。当原水池水位低于液位开关的设定值或净水池水位高于液位开关的设定值时，原水泵会停止运行，以防水泵电机烧毁。当水位达到设定值时，原水泵自动启动。第二步停止原水泵，设备停止运行。

2.1.3 再生操作流程

当吸附剂饱和时，需对吸附剂进行再生，恢复对氟的吸附能力。再生周期根据当地水质设定，再生过程由电脑自动控制，再生前准备药纯度98%或以上的食品级片碱（氢氧化钠）约86.7 kg，配置药水8.5 t到再生罐中。加药前需将罐体内的水排空，通过再生泵将药水从设备底部打入滤罐中。当排废口流出的药水约为总量的20%时，停止再生泵，确保滤料在药水中浸泡12 h后，再将剩余药水打入罐体，然后用原水进行冲洗0.5 h左右，即可进入产水流程。排出的再生废液仅含无有害元素的盐类，在废液池中自然蒸发即可，不会对环境造成污染。

2.1.4 后滤料反洗操作流程

活性炭在使用过程中需根据原水水质情况进行反冲洗，反洗周期与原水水质有关，反洗是通过水流自下而上流过滤床，将滤料中的杂质带走。如需将滤罐中的水排掉时，须进行排空操作。

2.2 电控系统

电控系统采用PLC程序控制，通过触摸式人机界面操作，完成水处理设备的运行、反洗、再生等功能。主要有主界面、全厂监控、产水控制、粗滤监控、系统故障、系统帮助等6个操作界面。通过各个界面可实时监控相关的设备运行状态或设置需要的工艺参数。系统正常启动后，默认打开的操作界面为“主界面”，可通过点击各界面右下角的“菜单”按钮，进行切换。

本设备实行自动化控制，原水泵在提速或流量设置过大时，由于除氟设备存在一定的水阻而产生一定压差，此时压力继电保护将动作变频器以5 Hz/s的速度降频运行甚至停止，当压力恢复正常后会自动接续工作。当净水池水位超高或原水池水位过低时，原水泵会自动停止，当水位恢复正常后，原水泵会自动启动，继续工作。

2.3 智能型除氟装置特点

一是智能化程度高。该装置基本实现了从进水、除氟、出水以及再生全过程自动化，使用者只需接入待处理水源，便可获得含氟量达到国家规定标准的饮用水。二是安全性高、除氟容量大、除氟速度快、适应性强。吸附剂以生物食品的加工废弃物为主要原料研制而成，其毒理学指标与食品标准相当，除氟容量大，含氟量高于10 mg/L的高氟水地区也能适用；再生方法简单，再生效果稳定，无有毒废液；对进水水质适应性强，pH值适应范围广，避免了常规除氟设备采用活性氧化铝或其他含铝原料所导致的铝离子析出的风险。三是高效、经济、环保。该装置除氟效率高于90%，平均耗电量少，运行费用低于0.2元/m3，再生废液仅含盐类，无有害元素，处理简单，不会对周边环境造成污染。四是操作简单。打开开关就有达到国家生活饮用水卫生标准的净水，关闭就停止供水，完全人性化设计，使用相当方便，适合集中供水的高氟地区使用。

3 应用效果分析

3.1 除氟效果

在平遥县宁固镇集中供水工程处安装智能型饮用水模块式除氟装置，经现场安装调试，于2009年10月底开始试运行，同年11月28日设备正常运行，运行后连续12个月对原水和处理后的水中氟化物含量进行监测，均达到了国家规定的饮用水氟化物含量标准。在设备运行期间，针对当地水质泥沙含量大的特点，在原除氟设备初滤基础上增加了除氟前的二级过滤设备——纤维球过滤器附带反冲洗泥沙自动设备，增加的设备将原水中的大部分泥沙进行过滤，并将过滤的泥沙通过反冲洗设备自动定时排除，保障了设备的正常运行，同时提高了设备自动化程度，拓宽了智能除氟设备的使用范围。

3.2 效益分析

3.2.1 社会效益

长期饮用高氟水可引起地方性氟中毒，出现氟斑牙和氟骨症，严重者可造成骨质疏松、骨变形，甚至瘫痪，丧失劳动能力。智能型饮用水除氟装置的推广使用，能有效去除高氟水中的氟离子和氟化物，使出水达到国家规定的饮用水水质标准，可解决水中氟含量超标问题，提高高氟水地区居民的身体健康和生活质量，具有明显的社会效益。

3.2.2 经济效益

全省农村广大高氟水地区经济欠发达，而目前市场上除氟设备价格昂贵，运行成本高，智能型饮用水模块式除氟装置除氟效果好，操作维护简单，使用成本低，非常适合集中供水工程除氟使用。智能型家用除氟小型设备，价格不高，农民易接受，除氟效率高，含氟水经滤料过滤3~4 min即可除去氟离子，操作简单，适合分散供水广大的农村居民使用，不仅降低了除氟投资和运行成本，而且减轻了农民负担，具有良好的经济效益。

3.2.3 环境效益

本装置吸附剂原材料以生物食品的加工废弃物为主要原料研制而成，后置过滤系统采用果壳活性炭为滤料，具有吸附力强、孔隙结构发达、比表面积大、化学性能稳定、易再生等特点。废液不含有害成分，不会给周边环境产生污染和带来破坏，有利于环保产业的发展。

4 结语

智能型饮用水除氟装置经过在宁固镇的示范应用，其除氟性能稳定可靠，操作维修简单，技术达到了国内领先水平，具有广阔的应用前景。