CN101684015B

CN101684015B - 一种净水装置及制备方法

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Publication number: CN101684015B
Application number: CN2008101674307A
Authority: CN
Inventors: 周奇迪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: CN101684015A

Abstract

本发明公开了一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性碳层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性碳层之间。相对于现有技术，本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性碳层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性碳层之间，这三层的存在可以有很好的絮凝沉淀作用、过滤作用以及协同作用，能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸，而又不会产生溴酸盐或银等有害物质，对水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率可以达到95％以上。

Description

一种净水装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置及其制备方法，属于水处理领域。

背景技术

工业和农业的迅速发展导致水资源遭到严重破坏，工业废水排放到江河、湖泊中，农药、杀虫剂等大量使用以及生活垃圾和生活废水的肆意排放，这些都造成地下水和地表水的水质变差，导致水中产生很多对人体有害的物质。水污染越来越成为影响人们生活的严峻问题。

在很多地区，未处理的水中含有溴化物，包括溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸。溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸被认为比氯代乙酸具有更强的DNA氧化损伤能力，对人体的潜在危害更大。这些溴代物主要是由于工业废水、油田含盐废水的排放、溴代甲烷杀虫剂的使用等等而引起的。

我国现行的生活饮用水标准中，仅仅对三氯甲烷类中的氯仿作了规定，却没有对溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸做出规定。因为溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸对人体健康的危害性更大，必须十分重视在饮用水中对其的去除。常规的水处理工艺无法达到去除目的。深度净化水处理技术中，对含溴源水预氧化后含溴的氯消毒副产物量会明显上升，如若提高臭氧投加量，虽然可以降低溴化物，但却又生成了有害的溴酸盐，还会将无致突变性的腐殖酸转化成弱突变物。载银活性炭吸附法可去除水中的溴化物，但是往往又使水中银会超标。无论有害物质是溴酸盐还是银，都不是水处理过程中期望出现的物质。

目前，还没有一种能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸、而又不会产生上述有害物质的净水装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，该净水装置能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸，而又不会产生溴酸盐或银等有害物质。

为了解决以上的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性炭层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性炭层之间。

所述沸石层包含沸石。沸石一般以天然沸石最为常用。天然沸石是含水多孔硅酸盐的总称，其结晶结构主要是由硅氧四面体构成，其中部分四价硅离子被三价铝离子取代，导致负电荷过剩，因此结构中有碱金属或碱土金属等平衡电荷的离子，同时沸石架构中有一定孔径的孔腔和孔道，决定了其具有吸附、离子交换等性质。天然沸石经过改性以后效果吸附效果更好。天然沸石的改性可以采用下述方法：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，称取一定质量的沸石，浸泡在一定浓度的改性剂溶液中，充分搅拌不少于2小时，中和后过滤，用去离子水清洗干净，烘干备用。改性剂可以为0.05～0.30mol/L(摩尔/升)的HCl，0.01～0.05mol/L的H₂SO₄，0.2～1.0mol/L的NaCl，0.05～0.25mol/L的NaOH，或0.03～0.15mol/L的HCl与0.2～1.0mol/L的NaCl的混合溶液。当改性剂为HCl和NaCl混合溶液时，最佳浓度NaCl为0.8mol/L，HCl为0.09mol/L，采用改性剂对沸石进行改性处理的时间通常应不少于2小时，最好不少于4小时，此时可改性充分完全。天然沸石还可以通过如下工艺进行改性处理：将天然沸石粉碎至5～80目，用质量浓度为4～10％的盐酸或硫酸浸渍处理10～20小时，经碳酸钠或苛性碱中和后洗涤，再水煮30～60分钟；将煮沸后的沸石干燥，然后在350～580℃温度下焙烧，然后粉碎至所需要的粒度。沸石经改性处理后，可去除矿物中所含的杂质和可溶物，在矿物结构中刻蚀出丰富的孔隙和孔腔，增大其接触面积，从而提高沸石的吸附、离子交换等性质。作为优选，改性沸石粉为天然斜发沸石粉，粒径可以选择840μm(微米)以下。优选地，沸石的表面附着有聚合氯化铝。聚合氯化铝附着在沸石上的方法可以为：利用聚合氯化铝的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡沸石粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化铝的沸石粉。

所述硅藻土层包含硅藻土。硅藻土是由含氧化物很高的硅藻、放射虫或海绵的遗体组成。硅藻骨架中的氧化硅类似于蛋白石或含水的氧化硅，主要由SiO₂组成，并含有少量的Fe₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃及有机杂质。硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而较轻。硅藻土在我国主要产于浙江省嵊州市。硅藻土中优选使用硅藻精土。硅藻精土是指硅藻土经过选矿，去除粘土、石英砂、碎屑矿物等杂质，使得硅藻品质达到92％以上便是精土。硅藻精土形体内含有1000多个纳米微孔，也是天然的纳米微孔材料，能够吸收超过自身重量3～4倍的物质。作为一种纳米微孔材料，硅藻精土可以吸附水中多种杂质。硅藻土优选的粒径范围为小于或者等于420μm。优选地，硅藻土的表面附着有聚合氯化铝。聚合氯化铝附着在硅藻土上的方法可以为：利用聚合氯化铝的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡硅藻土粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化铝的硅藻土粉。

活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、巨大的比表面积、特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源不同活性炭可分为木质活性炭，如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等；矿物质原料活性炭，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如废橡胶、废塑料等制成的活性炭。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。优选活性炭的比表面积不低于500平方米/克，更优选不低于1000平方米/克。活性炭可以高效吸附水中的杂质，尤其是医用活性炭，作为通过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好。选用医用活性炭直接用于饮用水的处理时效果更好。活性炭的粒径优选为小于或者等于2000μm。优选地，活性炭的表面附着有聚合氯化铝。聚合氯化铝附着在活性炭上的方法可以为：利用聚合氯化铝的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡活性炭粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化铝的活性炭粉。

一个非常优选的方案是，一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、活性炭层和硅藻土层，所述活性炭层在所述沸石层和硅藻土层之间，所述沸石层中的沸石的粒径小于或者等于840μm，所述硅藻土层中的硅藻土的粒径小于或者等于420μm，所述活性炭层中的活性炭的粒径小于或者等于2000μm，所述沸石、硅藻土和活性炭的表面均附着有聚合氯化铝。针对此方案，更优选地，所述沸石、活性炭和硅藻土的重量比为：30～50：10～30：30～50。如果是硅藻精土粉来代替硅藻土粉则更加优选。

虽然上面对本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置中用到的几种原料进行了较为详尽的描述，但是本发明不局限于任何理论，对于此去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置在处理水的过程中的原理或者发生的变化，尚不能确定。本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置可以有效地净化饮水，对水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率可以达到95％以上。

优选地，所述滤芯的高度为200～300mm(毫米)。这样的高度有利于操作人员的操作，以及滤芯的更换等操作。

优选地，所述滤芯为圆柱形滤芯，圆柱形滤芯的直径为60～100mm。滤芯和滤筒的形状优选为圆柱形，圆柱形的设计没有棱角，可以减少不必要的对操作人员的伤害。也可以为长方体形、正方体形、球形等规则或者不规则的形状。

在使用过程中，可以让待净化的水通过本发明所述的净水装置，依次通过滤芯中的沸石层、硅藻土层和活性炭层，出口流出的水便是符合国家卫生标准的水。处理过2～3吨水之后，净水装置的出水流速明显减小，这时可以停止使用，然后对滤芯进行再生处理。再生处理的具体方式可以为：对于沸石和硅藻土，可以将其利用质量分数9‰左右的氯化钠溶液浸泡1～5h(小时)左右，然后烘干，可以继续使用；对于活性炭，可以用沸水浸煮0.5h左右，然后沥干，可以继续使用；其中可以适当的替换补充一些新的活性炭。

本发明还提供一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置的制备方法，包括如下步骤：

a)向滤筒中填充一层沸石；

b)向滤筒中填充一层硅藻土；

c)向滤筒中填充一层活性炭。

优选地，所述沸石、硅藻土和活性炭的表面附着有聚合氯化铝。

相对于现有技术，本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性炭层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性炭层之间，这三层的存在可以有很好的絮凝沉淀作用、过滤作用以及协同作用，能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸，而又不会产生溴酸盐或银等有害物质，对水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率可以达到95％以上。

具体实施方式

为了能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。

实施例1

1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为80mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为60mm；所述改性天然沸石的粒径为420～590μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.09mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌2h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在4％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为60mm；所述改性硅藻土粉的粒径为250～420μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为120mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为178～420μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在2％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.6h，然后蒸干水即可；

5)在所述塑料滤筒的下端设置进水口，在上端设置出水口即可。

实施例2

1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为70mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为80mm；所述改性天然沸石的粒径为250～840μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.07mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌1h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为80mm；所述改性硅藻土粉的粒径为250～350μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为80mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为178～1190μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.6h，然后蒸干水即可；

实施例3

1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为90mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为70mm；所述改性天然沸石的粒径为178～420μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.05mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌2h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在2％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.7h，然后蒸干水即可；

3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为80mm；所述改性硅藻土粉的粒径为25～178μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在5％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.4h，然后蒸干水即可；

4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为90mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为104～840μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在3.5％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.9h，然后蒸干水即可；

实施例4

2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为100mm；所述改性天然沸石的粒径为420～590μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.08mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌1.5h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在2.5％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.4h，然后蒸干水即可；

3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为70mm；所述改性硅藻土粉的粒径为250～420μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为70mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为178～420μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在2.5％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.3h，然后蒸干水即可；

实施例5

2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为90mm；所述改性天然沸石的粒径为89～840μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌1h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在4％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为70mm；所述改性硅藻土粉的粒径为53～420μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为80mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为19～124μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在4.5％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.5h，然后蒸干水即可；

实施例6

利用实施例1～5所制得的滤筒分别对浙江省某县的天然水体进行处理，让待净化的天然水体通过净水装置，从下至上依次通过净水装置的沸石层、硅藻土层和活性炭层，然后对滤出水进行水质监测，具体的实验结果见表1和表2。

表1

测定项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						溴代三卤甲烷含量μg/L(净化前)	202	202	202	202	202
溴代三卤甲烷含量μg/L(净化后)	4	3	5	2	2

表2

测定项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						溴代卤乙酸含量μg/L(净化前)	154	154	154	154	154
溴代卤乙酸含量μg/L(净化后)	5	2	3	1	4

从表1可以看出，经过本发明所提供的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置处理过的水，水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率达到95％以上，并且经过试验检测没有发现溴酸盐或银等有害物质的存在。

以上对本发明所提供的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置及其制备方法进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性炭层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性炭层之间，所述沸石的表面附着有聚合氯化铝。

2.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述沸石层中的沸石的粒径小于或者等于840μm。

3.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述硅藻土层中的硅藻土的粒径小于或者等于420μm。

4.根据权利要求3所述的净水装置，其特征在于，所述硅藻土的表面附着有聚合氯化铝。

5.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述活性炭层中的活性炭的粒径小于或者等于2000μm。

6.根据权利要求5所述的净水装置，其特征在于，所述活性炭的表面附着有聚合氯化铝。

7.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述沸石层中的沸石的粒径小于或者等于840μm，所述硅藻土层中的硅藻土的粒径小于或者等于420μm，所述活性炭层中的活性炭的粒径小于或者等于2000μm，所述沸石、硅藻土和活性炭的表面均附着有聚合氯化铝。

8.根据权利要求7所述的净水装置，其特征在于，所述沸石、硅藻土和活性炭的重量比为：30～50∶10～30∶30～50。

9.根据权利要求8所述的净水装置，其特征在于，所述硅藻土为硅藻精土。

10.一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置的制备方法，包括如下步骤：

a)向滤筒中填充一层沸石；

b)向滤筒中填充一层硅藻土；

c)向滤筒中填充一层活性炭；

所述沸石、硅藻土和活性炭的表面附着有聚合氯化铝。