技术领域
[0001] 本
发明涉及天然矿泉水除氟技术领域，具体涉及一种用微藻去除矿泉水中氟的方法。
背景技术
[0002] 矿泉水是从地下深处自然涌出的或者是经人工揭露的、未受污染的地下矿水；含有一定量的矿物盐、微量元素或二
氧化
碳气体；在通常情况下，其化学成分、流量、水温等动态在天然
波动范围内的相对稳定。
[0003] 而氟作为
水体中电性的污染物，长期饮用高氟水则可导致氟中毒，会严重影响人体健康。传统中对于
废水的除氟处理主要为
吸附、沉淀、离子交换以及膜分离等技术。但是，矿泉水作为特殊的引用水，为了避免矿泉水中矿物质离子的流失并不采用传统的离子交换、膜分离技术。国内外主要针对矿泉水除氟的方法是采用
铝盐
水解和
活性氧化铝法。但是，由于铝离子能够产生老年痴呆等
疾病，因此其对人体健康具有一定量的危害，所以此方法具有二次污染的危害。
[0004] 微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养
植物，细胞代谢产生的多糖、
蛋白质、色素等。利用微藻进行
水处理的历史追溯已久，由于微藻的成长需要吸收大量的氮、磷
营养元素，因此其具有较好的水处理作用。倘若能够将微藻利用至矿泉水去除氟处理中，将能够成为一种对人体有益而无害的物质除氟方式。
发明内容
[0005] 针对上述存在的问题，本发明提供了一种无二次污染的用微藻去除矿泉水中氟的方法。
[0006] 本发明的技术方案为：一种用微藻去除矿泉水中氟的方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一：源水采集
[0008] 在水源地对矿泉水进行采集得到源水；
[0009] 步骤二：源水预处理
[0010] 对步骤一采集到的源水采用多介质
过滤器进行过滤，其中，多介质过滤器从进水口至出水口依次为鹅卵石、
石英砂、
活性炭；
[0011] 步骤三：除氟处理
[0012] 将预处理后的源水以3～5m3/h的流速送入培养有微藻的微藻除氟装置中进行处-2 -1理；其中，外部光照条件为460～500μmol·m ·s ，外部
温度条件为35～45℃；
[0013] 步骤四：杀菌处理
[0014] 对除氟后的源水进行杀菌处理。
[0015] 进一步地，步骤三所述微藻的种类为栅藻和小球藻，所述栅藻的投加量为 0.36～0.54g/L，所述小球藻的投加量为0.43～0.5g/L；一方面，栅藻更容易进行人工培养，另一方面，栅藻能够直接利用有机质作为碳源和氮源，在除氟的同时能够矿泉水中的有机物迅速降解；小球藻在进行除氟处理时不产生二次污染物，且自身能够作为食用的饵料，因此更适用矿泉水的
净化处理；栅藻和小球藻均具备较好的吸附能
力，具有较高的氟吸附容量。
[0016] 更进一步地，步骤三具体步骤为：采用间歇培养的方式将栅藻和小球藻在预处理后的源水中接种至接种至微藻除氟装置中培养；周期为5d，前2天连续通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气 1h；第5天停止二氧化碳供应，继续培养即将微藻接种至微藻除氟装置中，其中，培养时外部光照条件为380～420μmol·m-2·s-1，外部温度为室温；然后将预处理后的源水以3～5m3/h的流速持续通入接种后的微藻除-2 -1氟装置中进行处理，其中，处理时外部光照条件为460～500μmol·m ·s ，外部温度条件为35～45℃。
[0017] 进一步地，步骤三所述微藻除氟装置包括用于
支撑的
支架系统，用于培养微藻并对矿泉水进行除氟处理的培养处理管，用于培养处理管水传输的输水系统，以及用于对培养处理管提供光照的光照系统；所述培养处理管包括培养处理管本体，设置在培养处理管本体上的搅拌装置，设置在培养处理管本体上端的进水口、出水口，设置在培养处理管本体内部的玻璃
挡板；所述出水口设置有安装
槽口；
[0018] 所述培养处理管本体为上、下端均为开口的圆柱形玻璃器皿；且上、下端均活动设置有封塞；所述玻璃挡板有两个，两个玻璃挡板将培养处理管内部分为三个腔体，从左至右分别为左腔体、加热腔和右腔体，且加热腔底端设置有连通槽，所述连通槽用于连通左腔体和右腔体；
[0019] 所述安装槽口、连通槽内部均设置有过滤膜；
[0020] 所述搅拌装置有两个，两个搅拌装置分别安装在上端封塞上，用于对所述左腔体、右腔体内部进行搅拌；下端封塞处设置有
反冲洗口；
[0021] 左腔体、右腔体均设置有进气口；所述加热腔内部安装有加热装置；
[0022] 微藻除氟装置还包括PLC控制系统和电源装置，均为市售。
[0023] 进一步地，所述微藻除氟装置还包括补料装置，能够通过所述补料装置向矿泉水中添加辅助
试剂，所述辅助试剂具体为阳离子
淀粉，阳离子淀粉的作用机理为吸附架桥作用；其具有无毒、无污染、可
生物降解的特点，并且，由于阳离子淀粉成本较低，其在很宽的pH值范围内均可使用，因此采用阳离子淀粉。
[0024] 进一步地，所述过滤膜为
超滤膜；超滤膜作为孔径范围为0.01微米以下的微孔过滤膜，能够有效地阻止微藻随水流的流失。
[0025] 进一步地，所述左腔体放置栅藻，右腔体放置小球藻；先利用栅藻进行第一次微藻处理，再利用小球藻进行第二次微藻处理，因为在利用小球藻进行微藻处理时，处理效果会随着pH的升高而增强，经过栅藻处理后的矿泉水由于PO43--P、 Ca2+随着除氟的同步降低，矿泉水体系中的pH会上升，因此更利于小球藻进行第二次微藻处理。
[0026] 使用前，需要将封塞打开，然后通过上端口，将栅藻、小球藻分别投加至左腔体、右腔体中，栅藻的投加量为0.36g/L，小球藻的投加量为0.43g/L；然后关闭封盖，通过输水系统的进水系统将预处理后的源水通入培养处理管中，关闭输水系统的进水系统及出水系统，对栅藻、小球藻进行培养，具体为：前2天连续通过进气口向培养处理管中通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气1h；第5天停止二氧化碳供应；其中，培养时持续利用光照系统进行强度为380～420μmol·m-2·s-1的光照；使用时，通过输水系统的进水管路将预处理后的源水以适当流速持续通入培养处理管中进行处理，此时，光照系统进行强度为460～500μmol·m-2·s-1的光照，且通过加热装置将培养处理管中的水温维持在35～45℃。
[0027] 与
现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用微藻对矿泉水中的氟进行去除处理，具有无毒、成本低、广谱高效的优点，具有较好的工程化应用潜力；采用栅藻进行第一次微藻处理，再利用小球藻进行第二次微藻处理，合理的利用处理过程中水质的变化使得对矿泉水进行处理时更加高效；微藻除氟装置整体结构设计合理，制作成本较低，适合大量推广。
附图说明
[0028] 图1是本发明的微藻除氟装置的结构示意图；
[0029] 图2是本发明的微藻除氟装置的剖视图；
[0030] 图3是本发明的培养处理管的结构示意图；
[0031] 图4是本发明的培养处理管的局部纵剖图；
[0032] 其中，1-支撑的支架系统、2-培养处理管、21-培养处理管本体、210-左腔体、 211-加热腔、212-右腔体、22-搅拌装置、231-进水口、232-出水口、2320-安装槽口、24-玻璃挡板、241-连通槽、25-进气口、26-加热装置、3-输水系统、4-光照系统。
具体实施方式
[0033] 下面结合
实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方法不限于此。
[0034] 实施例1：一种用微藻去除矿泉水中氟的方法，包括以下步骤：
[0035] 步骤一：源水采集
[0036] 在水源地对矿泉水进行采集得到源水；
[0037] 步骤二：源水预处理
[0038] 对步骤一采集到的源水采用多介质过滤器进行过滤，其中，多介质过滤器从进水口至出水口依次为鹅卵石、石英砂、活性炭；
[0039] 步骤三：除氟处理
[0040] 采用间歇培养的方式将栅藻和小球藻在预处理后的源水中接种至接种至微藻除氟装置中培养，其中，栅藻的投加量为0.36g/L，小球藻的投加量为0.43g/L；周期为5d，前2天连续通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气1h；第5天停止二氧化碳供应，继续培养即将微藻接种至微藻除氟装置中，其中，培养时外部光照条件为380μmol·m-2·s-1，外部温度为室温；然后将预处理后的源水以3m3/h的流速持续通入-2 -1接种后的微藻除氟装置中进行处理，其中，处理时外部光照条件为460μmol·m ·s ，外部温度条件为35℃；
[0041] 步骤四：杀菌处理
[0042] 对除氟后的源水进行杀菌处理。
[0043] 其中，步骤三微藻除氟装置包括用于支撑的支架系统1，用于培养微藻并对矿泉水进行除氟处理的培养处理管2，用于培养处理管2水传输的输水系统3，以及用于对培养处理管2提供光照的光照系统4；培养处理管2包括培养处理管本体21，设置在培养处理管本体上的搅拌装置22，设置在培养处理管本体21 上端的进水口231、出水口232，设置在培养处理管本体21内部的玻璃挡板24；出水口232设置有安装槽口2320；
[0044] 培养处理管本体21为上、下端均为开口的圆柱形玻璃器皿；且上、下端均活动设置有封塞；玻璃挡板24有两个，两个玻璃挡板24将培养处理管2内部分为三个腔体，从左至右分别为左腔体210、加热腔211和右腔体212，且加热腔 211底端设置有连通槽241，连通槽241用于连通左腔体210和右腔体212；
[0045] 安装槽口2320、连通槽241内部均设置有过滤膜，过滤膜采用超滤膜；
[0046] 搅拌装置22有两个，两个搅拌装置22分别安装在上端封塞上，用于对左腔体210、右腔体212内部进行搅拌；下端封塞处设置有反冲洗口；
[0047] 左腔体210放置栅藻，右腔体212放置小球藻；左腔体210、右腔体212均设置有进气口25；加热腔211内部安装有加热装置26；
[0048] 其中，微藻除氟装置还包括PLC控制系统，为市售，具体采用型号为S7-300 的西
门子PLC控制系统；加热装置26采用即热式加热装置，具体为上海灏为电热技术有限公司提供的即热式PTC
水电分离加热器；进气口25与外部二氧化碳源连接；输水系统3包括进水系统和出水系统，进水系统包括进水管路及进水
泵，出水系统为出水管路；光照系统4为
LED灯箱。
[0049] 使用前，需要将封塞打开，然后通过上端口，将栅藻、小球藻分别投加至左腔体210、右腔体212中；然后关闭封盖，通过输水系统3的进水系统将预处理后的源水通入培养处理管2中，关闭输水系统3的进水系统及出水系统，对栅藻、小球藻进行培养，具体为：前2天连续通过进气口25向培养处理管2中通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气1h；第5天停止二氧化碳供应；其中，培养时持续利用光照系统4进行强度为380μ mol·m-2·s-1的光照；
[0050] 使用时，通过输水系统3的进水管路将预处理后的源水以适当流速持续通入培养处理管2中进行处理，此时，光照系统4进行强度为460μmol·m-2·s-1的光照，且通过加热装置26将培养处理管2中的水温维持在35℃。
[0051] 实施例2：与实施例1不同的是：
[0052] 步骤三：除氟处理
[0053] 采用间歇培养的方式将栅藻和小球藻在预处理后的源水中接种至接种至微藻除氟装置中培养，其中，栅藻的投加量为0.5g/L，小球藻的投加量为0.48g/L；周期为5d，前2天连续通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气1h；第5天停止二氧化碳供应，继续培养即将微藻接种至微藻除氟装置中，其中，培养时外部光照条件为400μmol·m-2·s-1，外部温度为室温；然后将预处理后的源水以4m3/h的流速持续通入接-2 -1种后的微藻除氟装置中进行处理，其中，处理时外部光照条件为480μmol·m ·s ，外部温度条件为40℃；
[0054] 实施例3：与实施例1不同的是：
[0055] 步骤三：除氟处理
[0056] 采用间歇培养的方式将栅藻和小球藻在预处理后的源水中接种至接种至微藻除氟装置中培养，其中，栅藻的投加量为0.54g/L，小球藻的投加量为0.5g/L；周期为5d，前2天连续通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气1h；第5天停止二氧化碳供应，继续培养即将微藻接种至微藻除氟装置中，其中，培养时外部光照条件为420μmol·m-2·s-1，外部温度为室温；然后将预处理后的源水以5m3/h的流速持续通入接种后的微藻除氟装置中进行处理，其中，处理时外部光照条件为500μmol·m-2·s-1，外部温度条件为45℃；
[0057] 实施例4：与实施例1不同的是：微藻除氟装置还包括补料装置5，能够通过补料装置5向矿泉水中添加辅助试剂，辅助试剂具体为阳离子淀粉，阳离子淀粉的作用机理为吸附架桥作用；其具有无毒、无污染、
可生物降解的特点，并且，由于阳离子淀粉成本较低，其在很宽的pH值范围内均可使用，因此采用阳离子淀粉。
[0058] 一种用微藻去除矿泉水中氟的方法，包括以下步骤：
[0059] 步骤一：源水采集
[0060] 在水源地对矿泉水进行采集得到源水；
[0061] 步骤二：源水预处理
[0062] 对步骤一采集到的源水采用多介质过滤器进行过滤，其中，多介质过滤器从进水口至出水口依次为鹅卵石、石英砂、活性炭；
[0063] 步骤三：除氟处理
[0064] 采用间歇培养的方式将栅藻和小球藻在预处理后的源水中接种至接种至微藻除氟装置中培养，其中，栅藻的投加量为0.54g/L，小球藻的投加量为0.5g/L；周期为5d，前2天连续通入二氧化碳进行培养；第3、4天采用间歇式曝气方式，每曝气2h后停止曝气1h；第5天停止二氧化碳供应，继续培养即将微藻接种至微藻除氟装置中，其中，培养时外部光照条件为420μmol·m-2·s-1，外部温度为室温；然后将预处理后的源水以3m3/h的流速持续通入接种后的微藻除氟装置中进行处理，其中，处理时外部光照条件为500μmol·m-2·s-1，外部温度条件为45℃；
[0065] 预处理后的源水通过输水系统3流入培养处理管2前通过补料装置5向待处理的矿泉水中添加阳离子淀粉，其中，阳离子淀粉的投加量为13g/L。
[0066] 步骤四：杀菌处理
[0067] 对除氟后的源水进行杀菌处理。
[0068] 应
用例：取某矿泉水厂高氟水采用本发明实施例方法进行除氟处理，未处理前矿泉水氟含量为2.6mg/L，处理后的具体结构如下表：
[0069] 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
处理后氟含量 0.7mg/L 0.6mg/L 0.6mg/L 0.4mg/L
去除率 73.0％ 76.9％ 76.9％ 84.6％
[0070] 结论：由于矿泉水其作为
饮用水，原有氟含量较低，因此采用本发明方法进行除氟处理时去除率并不是太高，但是，经过本发明各实施例方法处理后的矿泉水氟含量均降至1mg/L以下，不仅符合我国GB5749-2006生活饮用水卫生标准，在进行出售
包装时，无需标注“含氟”字样。
[0071] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
