CN101264987A - 一种降低饮用水中硬度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低饮用水中硬度的方法，采用高分子络合剂，络合产生硬度的钙镁离子，然后采用陶瓷膜过滤的方法截留高分子络合剂，降低水中的硬度，其中陶瓷膜对高分子络合剂的截留率达99％以上，对硬度的去除率超过75％，且不会引入二次污染，尤其适合高硬度水源地区的饮用水净化。

Description

一种降低饮用水中硬度的方法

技术领域

本发明涉及一种降低饮用水中硬度的方法，属于饮用水处理净化领域。

背景技术

水的硬度是指溶解在水中的盐类物质的含量，即钙盐和镁盐含量的多少。钙镁离子含量多的硬度就大，反之则硬度小。按规范把1L水含钙镁离子的总和相当于10mg CaCO₃称之为1度：8度以下为软水，8-16度为中水，16度以上为硬水，30度以上为极硬水。一般饮用水的适宜硬度以10度～20度为宜。

传统的饮用水净化经常采用絮凝、砂滤和加氯杀菌等常规方法，该方法用絮凝结合砂滤工艺对水中的细小固形物颗粒和胶体杂质进行去除，由于砂滤孔隙尺寸较大，分离精度低，部分亚微米、纳米级别的小颗粒会穿透砂滤器进入后续工段，直接影响了出水的澄清度，另外砂滤对细菌等物质的截留能力较差，也不能很好的除去自来水中的病原类，影响了饮用水的质量，而且这些常规方法对硬度基本没有去除效果，不适用于特殊水质地区，尤其是高硬度水质地区。

去除水中硬度的常用方法有离子交换法、电渗析、化学药剂软化法等。

离子交换法虽然可降低硬度，但含有沉淀物的水如分离不彻底，仍可进入设备，对设备造成不良影响，且该法对水的硬度有一定要求，如果水硬度过高会严重增加其负荷，对设备寿命影响很大。

电渗析用于大规模的生活饮用水存在造价高、运行费用高等缺点。

石灰是化学药剂软化法中最常用的药剂，其价格较低，但去降硬度不彻底，且出水pH较高而不适宜饮用，另外化学药剂软化法也会产生大量的碳酸钙污泥，需要进行后续处理。

与上述传统除硬度工艺相比，膜法饮用水除硬度技术，工艺流程简单，且处理出水质量好且稳定，采用不同规格材料的膜能达到制备不同指标规格水的目的，能有效改善水质。而问题在于，纳滤和反渗透虽然对产生硬度的离子有稳定去除作用，但预处理要求高，配套设施多，成本高，难以大规模推广应用；而普通的微滤和超滤仅对一般固体杂质和胶体去除效果较好，对产生硬度的离子基本没有去除效果。在此情况下，络合-超滤技术对重金属离子的去除效果引起了水处理技术人员的注意。

水溶性聚合物络合-超滤耦合过程，是以水溶性聚合物络合溶液中的重金属离子，然后通过超滤浓缩溶液中的重金属，以实现对水溶液中微量重金属分离，从而达到处理金属废水的目的。

在此基础上，阎剑和许振良等对水溶性聚合物络合-超滤耦合过程进行了研究。分别选取聚乙烯亚胺(PEI)和聚丙烯酸(PAA)对含铜、锌的二元重金属废水进行络合-超滤耦合过程研究，虽然该实验结果表明，应用水溶性聚合物络合-超滤耦合技术可以对水溶液中的铜、锌等重金属离子进行分离去除，然而并没有研究对饮用水中的净化效果作研究，也没有对硬度的去除效果作报道。

中国专利CN200610117661.8公开了一种水溶性聚合物强化超滤法处理含金属离子废水的方法，其包括水溶性聚合物预处理，水溶性聚合物强化超滤，水溶性聚合物的回收、水溶性聚合物回用四步骤，使水溶性聚合物截留率达到100％；可回收工业废水中重金属离子、稀土离子，适用于处理含金属离子的工业废水。但该专利也没有将该技术应用于饮用水净化领域做报道，更没有对硬度的去除作研究。

虽然产生硬度的钙镁离子也属于多价离子，其分离机理和重金属离子的络合分离机理一致。但现阶段的研究都集中在重金属离子浓度比较低的情况下，重金属离子的浓度范围在10-200mg/L，对应加入的水溶性聚合物的浓度范围为5-1000mg/L，而饮用水中硬度离子的浓度范围一般在200mg/L以上才有研究意义，同时，阎剑等的研究表明：当pH＝7时，PEI对Cu²⁺、Zn²⁺的络合容量分别为K_Cu＝0.10mgCu²⁺/mgPEI，K_Zn＝0.06mgZn²⁺/mgPEI。并进一步说明：由于铜、锌二元混合溶液与PEI络合容量不同，因此有实现混合物分离的可能性，当pH＝5.8时，分离因子最大可达18。这就说明了水溶性聚合物对不同多价离子络合性能是不同的，而对产生硬度的钙镁离子的络合的研究还未见有报道，其应用更是一片空白。

发明内容

本发明的目的是：本发明为了解决常规方法净化饮用水对水中硬度去除效果差，出水水质达不到要求的问题，而提出了一种降低饮用水中硬度的方法，采用络合强化陶瓷膜过滤技术净化饮用水，为饮用水净化领域提供一项经济可行的技术。

本发明的方案如下：

采用高分子络合剂，络合产生硬度的钙镁离子，然后采用陶瓷膜过滤的方法截留高分子络合剂，去除水中的硬度，其中陶瓷膜对高分子络合剂的截留率超过99％，对硬度去除率超过75％，且不会引入二次污染，完全达到新的生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)，尤其适合高硬度水源地区的饮用水净化。

本发明的具体方案如下：

一种降低饮用水中硬度的方法，其特征在于在待净化的饮用水原水中添加高分子络合剂，然后将原水加压进入陶瓷膜过滤器，分别收集渗透侧出水和截留液。

本发明所说的饮用水水源为江、河、湖、泊等地表水或井水，以及其他处理后可以供饮用的水，其中原水的pH为6-8，硬度为20-50度。对于超出以上水质范围的水源，可以采用调节pH值和石灰法除硬度等预处理方法，对水质改善后采用本发明说述的方法。

直接往饮用水水源中添加高分子络合剂，形成高分子络合剂浓度为250-1000ppm的溶液，搅拌均匀，然后将水溶液泵入陶瓷膜过滤装置，以截留其中的固体悬浮物、胶体、细菌、高分子络合剂等杂质，其中高分子络合剂由于络合了产生硬度的钙镁离子而去除其中的硬度，而陶瓷膜对固体悬浮物、COD和消毒附产物前驱产物等杂质的去除率也可以分别达到99％、40％和50％，可以满足饮用水净化的要求。

其中，添加的高分子络合剂为优选为聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、海藻酸或壳聚糖，分子量为20万-500万。

其中陶瓷膜过滤器所用的陶瓷膜的孔径为5-50nm，既可以保证对高分子络合剂的截留效果达到99％以上，又可以保证对固体悬浮物、胶体等杂质有良好的去除效果；因为饮用水源的生物污染一般比较严重，所以膜材质选用耐生物污染的氧化铝、氧化锆、氧化钛和碳化硅材料；膜的构型为多通道管式膜，这样可以适应高浊度水源。

膜装置为普通市售的陶瓷膜过滤装置，采用泵对水源水加压至0.1-0.5MPa，水从膜的内侧管道渗透到外侧管壁，成为经净化的水，而固体悬浮物、胶体、高分子络合剂等则被截留在膜内侧的管道，由平行于膜面的水流带走，减缓了膜污染的发生。

经过滤的水，硬度去除率可达75％以上，对于饮用水源原水，其他各项指标也能够达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)，可以直接饮用或进市政自来水管网。

有益效果：

(1)工艺流程简单，对硬度的去除效果好。

(2)对固体悬浮物、细菌等杂质也有很好的去除效果，出水水质达到国家饮用水卫生标准。

具体实施方式

实施例1

准确计量50L地表水，加入分子量为100万的聚丙烯酸钠，配成浓度为250ppm的聚丙烯酸钠溶液，加压至0.1Mpa，然后过陶瓷膜过滤装置(南京九思高科技有限公司生产，膜面积0.5m²)，采用19通道氧化锆陶瓷膜，孔径为50nm，透过液收集后即为经净化的饮用水。

经化验，透过液的硬度由480mg/L降到124mg/L，浊度小于0.3NTU，其他各项指标也全部达到了国家饮用水卫生标准。

实施例2

准确计量50L地表水，加入分子量为50万的聚乙烯亚胺，配成浓度为400ppm的聚乙烯亚胺溶液，加压至0.3Mpa，然后过陶瓷膜过滤装置(南京九思高科技有限公司生产，膜面积0.5m²)，采用19通道氧化铝陶瓷膜，孔径为20nm，透过液收集后即为经净化的饮用水。

经化验，透过液的硬度由480mg/L降到57mg/L，浊度小于0.1NTU，其他各项指标也全部达到了国家饮用水卫生标准。

实施例3

准确计量50L地表水，加入分子量为20万的聚乙烯亚胺，配成浓度为1000ppm的聚乙烯亚胺溶液，加压至0.5Mpa，然后过陶瓷膜过滤装置(南京九思高科技有限公司生产，膜面积0.5m²)，采用19通道氧化钛陶瓷膜，孔径为5nm，透过液收集后即为经净化的饮用水。

经化验，透过液的硬度由480mg/L降到10mg/L，浊度小于0.03NTU，其他各项指标也全部达到了国家饮用水卫生标准。

Claims (5)

1.一种降低饮用水中硬度的方法，其特征在于在待净化的饮用水原水中添加高分子络合剂，然后将原水加压进入陶瓷膜过滤器，分别收集渗透侧出水和截留液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的饮用水原水的pH值为6-8，硬度为20-50度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的高分子络合剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、海藻酸或壳聚糖，分子量为20万-500万，加入饮用水原水中后的浓度为250-1000ppm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的陶瓷膜过滤器中所用陶瓷膜的孔径为5-50nm，材质为氧化铝、氧化锆、氧化钛或碳化硅材料，膜的构型为多通道管式膜。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的将原水加压进入陶瓷膜过滤器中的压力为0.1-0.5MPa。