CN101279788A - 应用还原水进行水质净化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种应用还原水进行水质净化的方法，它有效地解决了现有技术存在的生产效率低，价格昂贵，耗电多等问题，其技术要点是采用以下步骤：将含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装放入容器中，反应收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在－400mv～－600mv的强还原水。其利用矿物混合物与水反应在收集氢燃料的同时产生的副产品强还原水，来制作优质饮用水和进行污水处理，使水质净化。不仅获得高纯度清洁燃料氢气，而且所用矿物混合物的原料来源充足，制作简单，使用方便，降低成本，显著提高工作效率和水质的净化效果。

Description

应用还原水进行水质净化的方法
技术领域
本发明涉及一种还原水(又称活性氢水)的应用方法，特别是一种应用精选的矿物混合物与水反应所生成的强还原水的还原-氧化作用，对原水(自来水或轻度污染地下水)或污水(生活污水、工业有机废水)进行水质净化的方法。
背景技术
众所周知，水与我们的生命息息相关，是我们赖以生存的生命之源。然而当今世界，淡水资源一是不足，二是普遍污染。就连精心加工的自来水也由于采用氯气消毒，不可避免地残留强致癌的三氯甲烷等有机氯仿，加上管网、储水池、二次加压过程中(铁锈、微量重金属、细菌)造成的污染，所以国内、外不少人认为自来水也不能作为“放心饮用水”。另外，国内生活污水和工业污水处理方法大多采用活性污泥法、生物膜法、化学方法、絮凝沉淀法等，净化效果不很显著，成本较高，设备复杂，有一定局限性。为解决上述问题，各种净水器和净化饮水机相继问世，但因其存在出水口经常繁衍细菌、甚至绿藻，水通管污垢等缺陷，在一定程度上也影响了其推广应用。
据医学专家和水质专家介绍，这种也称之为活性氢水的还原水呈弱碱性，水分子团小，溶解力和渗透力强，口感好，富含已经离子化的多种矿物质。它能生津止渴，恢复精力，迅速解除疲劳，逐渐恢复体内正常的弱碱性环境。实际应用表明：还原水的活性很强，能有效地清除身体内致病垃圾-自由基，促进新陈代谢，提高自身免疫力。饮用呈弱碱性的还原水对人体多种疾病的辅助治疗作用正日益引起人们的重视。但是，目前生产还原水大多采用电解水的方法。本发明人曾针对该方法存在的所用装置通电后，电极很快钝化，电解效率低，所产生氢气携带热能不高，生产还原水的效率较低，价格昂贵，耗电多，不利于普及应用等缺陷，设计出一种专利公告号为CN2543950Y的“H2温泉矿物袋”，矿物袋中内封装的矿物组合为含有氧化钙的矿物与金属铝的混合体与水接触后，生成对人体赋有矿泉水效果的还原水。专利公告号为CN2823239Y的“制备氢燃料的矿物袋”，矿物袋内封装的原料为高温烧结粉碎的含有氧化钙或氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，投放水中就会释放大量高纯度氢气。在实际应用中发现，制备氢燃料的矿物袋生产氢燃料过程中还能产出副产品强还原水，其pH值在8～12之间，具有高达-400mv～-600mv负电位。应用强还原水制作优质饮用水或对城市生活污水或工业有机废水进行净化处理技术，本发明人曾委托辽宁省科学情报研究所进行检索，其结论是在国内、外相关文献中未见报道。
发明内容
本发明专利的目的是提供一种应用还原水进行水质净化的方法，它有效地解决了现有技术存在的生产效率低，价格昂贵，耗电多等问题，其利用矿物混合物与水反应在收集氢燃料的同时产生的副产品强还原水，来制作优质饮用水和进行污水处理，不仅获得高纯度清洁燃料氢气，而且所用矿物混合物的原料来源充足，制作简单，使用方便，降低成本，显著提高工作效率和水质的净化效果。
本发明专利的目的是这样实现的：该方法的技术要点是采用以下步骤：
将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装的100g混合物加入原水5L～10L的比例放入容器中，反应不少于1小时，收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在-400mv～-600mv的强还原水，在强还原水中继续添加原水稀释到pH值为7.5～8.5，氧化还原电位ORP在-200mV以下，制成优质饮用水；所述混合物的重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)。
应用还原水进行水质净化的方法的技术要点还在于采用以下步骤：
将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装的100g混合物加入原水5L～10L的比例放入容器中，反应不少于1小时，收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在-400mv～-600mv的强还原水，将强还原水通入污染指标为CODCr100mgO/L～1500mgO/L的污水中，反应并絮凝形成，静置一天沉淀，水变清，直到使污染指标CODCr降到50mgO/L以下，达到标准的中水进行回用，所述混合物的重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)。
应用还原水进行水质净化方法的技术要点还在于采用以下步骤：
将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，按5L～10L污水加入袋装或散装的100g混合物的比例，直接放入污染指标为CODCr100mgO/L～1500mgO/L的污水容器中，反应不少于1小时，同时收集高纯度清洁燃料氢气，絮凝形成，静置一天沉淀，水变清，直到使污染指标CODCr降到50mgO/L以下，达到标准的中水进行回用，所述混合物的重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)；。
所述矿物组合中的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合采用方解石、文石、钟乳石、菱镁矿、白云石、石灰石的天然矿物中的一种或一种以上的混合天然矿物。
所述金属铝采用工业铝粉或铝块、铝箔、铝材、铝边角料、废铝、铝制容器中的一种或一种以上的混合物。
所述原水采用自来水、水源地水、水库水、井水或轻度污染地下水。
所述污水为城市生活污水、工业有机废水。
由于本发明的水质净化方法采用含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，将袋装或散装的混合物投入原水或污水中发生激烈的化学反应，所以能在收集高纯度清洁燃料氢气的同时，产生大量的强还原水，然后再用强还原水来制作优质饮用水和进行污水处理。
其作用机理如下：2CaO+2Al+3H2O＝Ca2Al2O5↓+3H2↑
                2MgO+2Al+3H2O＝Mg2Al2O5↓+3H2↑
用氧化还原电位仪(ORP)测定还原水的还原程度，具体数字用电位单位毫伏(mV)表示。数字为负值是还原水，负的数字越大，水质还原程度就越高，氧化还原电位(ORP)是评价水质的一项重要指标。
实际应用中可以采用生产氢燃料时产生的副产品强还原水，来制作优质饮用水和进行污水处理。因该强还原水的发生期氢还原能力特别强，携带的能量巨大，在水中对所有无机、有机溶解物质无差别的广谱性攻击，先还原后以其连锁反应生成小分子团水。其实质是利用一种羟基自由基(·OH))的强氧化作用，水中的有机污染物(分子团比较大，电子受与点比较多，最容易受攻击)被还原-氧化分解为CO2↑、NH3↑、H2O，并对无机盐类同样还原分解。下面是对污水中有毒亚硝酸盐进行无害化分解处理的反应式：
NO2 -+2Al+OH-+H2O＝2AlO2 -+NH3↑
因此，重金属离子Cr6+(Cr2O7 --，CrO4 --)可以还原成Cr3+、Hg++→Hg、Fe+++→Fe++。
本发明的水质净化方法不仅可以获得高纯度清洁燃料氢气，将产生的H2直接使用或通过外接导管导入H2/O2燃料电池中，无需高压氢罐或液氢罐储藏和运输，而且所用矿物混合物的原料来源非常充足，矿物混合物的制作也很简单，袋装或散装均可。与电解制备还原水或现有对污水处理技术相比，本发明使用更加方便，能明显减少电能消耗，降低成本，显著提高工作效率和水质的净化效果。因此，本发明可以有效地解决现有技术存在的生产效率低，价格昂贵，耗电多等问题，故容易推广应用。按本发明的方法制备的优质饮用水和净化水的水质，经检测均符合相应标准的规定。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。该方法是应用袋装或散装的精选矿物混合物与原水或污水反应所生成的强还原水的还原-氧化作用，对原水或污水进行水质净化的方法。其中原水可以采用自来水、水源地水、水库水、井水或轻度污染地下水。污水可为城市生活污水、工业有机废水。
袋装或散装的精选矿物混合物中的原料重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)。其中所用布袋可采用棉织布或无纺布作为布料制成透气通水的封闭袋，布袋的规格大小应根据实际使用要求确定。布袋内封装的矿物混合物的规格、形状可采用各种粒度的粉状或粒状物，也可采用粉状或粒状物的混合物构成。含有氧化钙和氧化镁的矿物组合无严格比例要求。这是由于自然界氧化钙和氧化镁是共生关系，所以凡是有氧化钙的地方多多少少都含有氧化镁，反之也同样。以氧化钙含量最高的方解石为例，精密分析得知仍然含有微量氧化镁的成分；氧化镁含量最高的菱镁矿中也能分析出氧化钙的痕迹。因此，两者的比例关系均可以在0～100％。也就是说，单独的氧化钙或氧化镁与铝粉都能够完成上述各项反应(制备优质饮用水或净化处理污水)。只不过，如果两者按一定比例混合与金属铝的反应，那么效果会更好一些。
所用的矿物组合中的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合可以采用方解石、文石、钟乳石、菱镁矿、白云石、石灰石的天然矿物中的一种或一种以上的混合天然矿物。所用的金属铝可以采用工业铝粉或铝块、铝箔、铝材、铝边角料、废铝、铝制容器中的一种或一种以上的混合物。为使矿物混合物与原水或污水反应充分，还可以外加催化剂和矿化剂矿物，令金属铝全部参加反应，该反应永远不能再逆转。其中：
应用袋装或散装的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物与原水反应生成的强还原水制备优质饮用水的具体步骤是：将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装的100g混合物加入原水5L～10L的比例放入容器中，反应不少于1小时，收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在-400mv～-600mv的强还原水，在强还原水中继续添加原水稀释到pH值为7.5～8.5，氧化还原电位ORP在-200mV以下，制成优质饮用水。
应用袋装或散装的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物与原水反应生成的强还原水对污水净化处理的具体步骤是：将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装的100g混合物加入原水5L～10L的比例放入容器中，反应不少于1小时，收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在-400mv～-600mv的强还原水，将强还原水通入污染指标为CODCr100mgO/L～1500mgO/L的污水中，反应并絮凝形成，静置一天沉淀，水变清，直到使污染指标CODCr降到50mgO/L以下，达到标准的中水进行回用。
应用袋装或散装的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物直接与污水反应生成的副产品强还原水对污水净化处理的具体步骤是：将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，按5L～10L污水加入袋装或散装的100g混合物的比例，直接放入污染指标为CODCr100mgO/L～1500mgO/L的污水容器中，反应不少于1小时，同时收集高纯度清洁燃料氢气，絮凝形成，静置一天沉淀，水变清，直到使污染指标CODCr降到50mgO/L以下，达到标准的中水进行回用。
实施例一、应用强还原水对自来水净化制备优质饮用水
原水采用自来水生产优质饮用水，精选的矿物混合物的配比为：含有氧化钙和氧化镁的矿粉组合67.57g，添加纯铝粉32.43g混合均匀封装布袋内，将其放入烧杯中，倒入自来水5L，很快产生高热反应，同时收集高纯度清洁燃料氢气，将产生的H2直接使用或通过外接导管导入H2/O2燃料电池中。反应1小时后取水样进行检测，其结果为：pH 10.33，ORP-554mV，用自来水稀释到pH 7.5～8.5，ORP在-200mV以下，制成溶解有适当的钙、镁等矿物质的优质饮用水。总大肠菌等测试结果为：原水50CFU/mL，处理后水＜1CFU/mL。
实施例二、应用强还原水对城市生活污水进行净化处理
原水采用城市生活污水，悬浮有黑色污泥和臭味，在污水的进水口处用容器取悬浮有黑色污泥和臭味的污黄色的水95L，精选的矿物混合物的配比为：含有氧化钙和氧化镁的矿粉组合65.06g，添加纯铝粉34.94g混合均匀封装布袋内，将其放入烧杯中，倒入城市生活污水5L，很快产生高热反应，同时收集高纯度清洁燃料氢气，所形成的强还原水通入盛有95L城市生活污水的容器中，立即搅拌10分钟，放置1小时，污水中絮凝形成，一部分沉淀，一部分悬浮水面，中间水有点白色混浊。静置一天后的净化水清澈透明、无味，其检测结果为：CODCr达到10mgO/L，11mgO/L，原水CODCr为265.17mgO/L，CODCr除去率达到96.2％，可进行中水回用。
实施例三、应用副产品强还原水直接对污水净化处理
采用粮油加工厂的CODCr为250～300mgO/L的桔黄色、半透明的有机废水5L，倒入容器中，精选含有氧化钙和氧化镁的矿粉组合4.95g，纯铝粉0.05g的矿物混合物，混合物散放投入容器中搅拌，矿物混合物与有机废水接触马上引起激烈的反应，收集氢气(产业化运转时收集该氢气作清洁燃料使用)，放置1小时，污水中絮凝形成，一部分沉淀，一部分悬浮水面，中间水有点白色混浊。静置一天后的净化水、无味，水清澈透明，测试CODMn-OH(日本共立理化学研究所提供《简易水质测定器》)达到10mgO/L。中水可以回用。
实施例四：应用副产品强还原水直接对污水净化处理
采用纺织印染行业有机废水，水呈粉红色、有污灰、有腥臭味。水中CODCr135mgO/L，CODMn-OH120mgO/L。结合生产实际选A、B、C三个容器，分别安置在三个不同高度的台阶上，并使流入A容器中的水准确地全部流入B容器中，流入B容器中的水准确地全部流入C容器中。操作时，首先在A容器中放入5L～10L的印染行业有机废水，按水质需要有选择地加入含氧化钙和氧化镁的混合矿粉1g～99g，搅拌均匀后全部放入B容器中，预先在B容器中添加规定比例的金属铝粉或工业废铝(片、块)99g～1g，并使含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物的总重量为100g。待A容器中的水全部流到B容器后，将反应时间控制到一小时，同时收集氢气(产业化运转时收集该氢气作清洁燃料使用)。然后将B容器中的水全部放入C容器中静置沉淀，直至水清、无味后，测试CODMn-OH(日本共立理化学研究所提供《简易水质测定器》)达到5mgO/L即可放出进行中水回用。以此循环操作可不断对有机废水进行净化处理。
上述实施例中的对原水(自来水或轻度污染地下水)或污水(生活污水、工业有机废水)进行水质净化的处理场，除了晚间照明灯以外，基本不用电力，水的移动全靠地形的落差，不用水泵，占地面积很少。含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物的制作简单，其投入混合物的重量配比可以根据所需要处理的水质情况随时调整，因此，本发明方法容易推广应用。

Claims (7)

1、一种应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于采用以下步骤：
将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装的100g混合物加入原水5L～10L的比例放入容器中，反应不少于1小时，收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在-400mv～-600mv的强还原水，在强还原水中继续添加原水稀释到pH值为7.5～8.5，氧化还原电位ORP在-200mV以下，制成优质饮用水；所述混合物的重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)。
2、一种应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于采用以下步骤：
将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，以袋装或散装的100g混合物加入原水5L～10L的比例放入容器中，反应不少于1小时，收集高纯度清洁燃料氢气，同时产生氧化还原电位ORP在-400mv～-600mv的强还原水，将强还原水通入污染指标为CODCr100mgO/L～1500mgO/L的污水中，反应并絮凝形成，静置一天沉淀，水变清，直到使污染指标CODCr降到50mgO/L以下，达到标准的中水进行回用，所述混合物的重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)。
3、一种应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于采用以下步骤：将在温度740～980℃下烧结粉碎的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合与金属铝的混合物，按5L～10L污水加入袋装或散装的100g混合物的比例，直接放入污染指标为CODCr100mgO/L～1500mgO/L的污水容器中，反应不少于1小时，同时收集高纯度清洁燃料氢气，絮凝形成，静置一天沉淀，水变清，直到使污染指标CODCr降到50mgO/L以下，达到标准的中水进行回用，所述混合物的重量比为：含有氧化钙和氧化镁的矿物组合∶金属铝＝(1～99)∶(99～1)；。
4、根据权利要求1或2或3所述的应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于：所述矿物组合中的含有氧化钙和氧化镁的矿物组合采用方解石、文石、钟乳石、菱镁矿、白云石、石灰石的天然矿物中的一种或一种以上的混合天然矿物。
5、根据权利要求1或2或3所述的应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于：所述金属铝采用工业铝粉或铝块、铝箔、铝材、铝边角料、废铝、铝制容器中的一种或一种以上的混合物。
6、根据权利要求1或2所述的应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于：所述原水采用自来水、水源地水、水库水、井水或轻度污染地下水。
7、根据权利要求2或3所述的应用还原水进行水质净化的方法，其特征在于：所述污水为城市生活污水、工业有机废水。
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