CN105217712B - 一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，包括壳体、设置在壳体内的光照组件以及填充在壳体内的颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂，壳体内部下端设置有支撑栅板，支撑栅板上方的筒体内填充有颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂，处理剂上设置有压实栅板，光照组件包括灯管及多个玻璃翼环，灯管的一端依次穿过壳体上盖和压实栅板置入处理剂内，多个玻璃翼环分别通过其中心通孔套设在灯管上。本发明的消毒罐用于居民饮用水的消毒，结构简单，成本低廉且占用空间小，消毒罐内填充有颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛，具有高效分解NOM，高效、光谱杀菌能力，适合在饮水机、直饮机上使用。

Description

一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐

技术领域

本发明涉及饮用水消毒技术领域，具体涉及一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐。

背景技术

随着生活水平的提高，家用饮水机走进了大多数居民家庭，作为社会基本管理单位的社区也安装了越来越多的直饮水设备，在给广大居民带来方便的同时，也带来不少健康隐患。饮水机的贮水罐是细菌自下而上的很好场所，长时间不进行清洗消毒处理，贮水罐成了细菌滋生的温床，还有饮水机的聪明座与水桶接触部位，以及饮水机的龙头处等都是易污染的部位。

在饮水机消毒初期，桶装水在饮用至一半时，不同品牌的饮用桶装水细菌总数已经出现不同倍数的超标现象，桶装水饮用到第六天时，细菌菌落总数平均最高的达到了1400efu/mL，为标准(GB5749—85)中的l4倍，不同品牌的桶装水都出现了不同程度的超标，在饮水机不加热的情况下，热水出水的细菌总数要远远超过冷水口，有文献报道，50%以上为致病菌。通常情况下，饮水机缺少清洗且清洗效果难以保证，需要主动杀灭细菌的技术方案降低饮水机二次污染的程度。目前用于饮水机杀菌的主要方法有高温、臭氧、紫外、超声、膜过滤和抗菌材料等技术，这些技术存在或者成本高、或者杀菌持久性不强等缺点。

随着经济增长，向水环境排放的污染物越来越多，导致部分水源水体受到轻度污染，水源水成了微污染水源水，尽管有自来水厂的混凝、沉淀和消毒工艺对它们进行去除，但是传统处理工艺的去除率很低。这些有机物在氯化消毒情况下，生成具有致癌风险的消毒副产物，给居民的生活带来影响。因此，水源水中微量有机物的去除对饮用水安全十分重要。氯化消毒副产物包括三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤代酮(HKs)、卤乙腈(HANs)、三氯硝基甲烷(Chlompierin)、氯化氰(Cyanogens chloride)、酸性氯化呋喃酮(MX)、卤代酚(ePs)、水合三氯乙醛(ehloralhydrate，CH)、溴酸盐等。三卤甲烷属挥发性卤代有机物，其中氯仿含量最高，还具有致突变性和动物致癌性。氯化副产物中非挥发性卤代有机物有卤乙酸、卤代酚、卤乙腈、卤代酮和卤代醛等，其中卤乙酸危害最大。因此，为保障人体健康，应采取有力的措施来控制饮用水中的氯化消毒副产物。

在各种改善水质，提高NOM处理效果的深度处理技术中，颗粒活性炭(GAC)吸附是最成熟有效的方法之一，它能完善常规水处理工艺，去除水中有机污染物。活性炭对有机物的去除主要是靠其巨大的比表面积，还有发达的空隙吸附。但是，通过GAC吸附去除NOM，存在吸附容量限制，且活性炭活化再生费用通常较高。因此，研究一种具有高效、持续消毒功能，成本低廉，占用空间小，且能去除水中天然有机物的杀菌装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，成本低廉，占用空间小，且具有广谱、高效、持续杀菌消毒能力。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，包括壳体、设置在壳体内的光照组件以及填充在壳体内的颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂，所述壳体由两端开口的筒体以及分别与筒体上下端螺纹连接的上盖和下盖构成，筒体内部下端设置有支撑栅板，且支撑栅板与下盖之间形成进水腔，支撑栅板上方的筒体内填充有颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂，处理剂上设置有压实栅板，压实栅板与上盖之间形成出水腔，所述光照组件包括灯管及多个玻璃翼环，灯管的一端依次穿过壳体上盖和压实栅板置入处理剂内，灯管的另一端置于壳体外部并设置有连接插头，所述玻璃翼环包括圆盘状翼环本体，翼环本体具有中心通孔，且翼环本体上均匀分布有沿轴线的透水孔，多个玻璃翼环分别通过其中心通孔套设在灯管上。

作为本发明一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐的进一步改进：所述颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂通过以下方法制备得到：

1）、取0.1mol/L硝酸水溶液和乙醇按5:1的体积比混合得到溶液A，再向溶液A中加入乙酰丙酮，乙酰丙酮和乙醇的体积比为1:5，搅拌至完全溶解得溶液B；再向溶液B中加入钛酸四丁酯，钛酸四丁酯和乙醇的体积比为1:2，搅拌至完全溶解得溶液C；

2）、取颗粒活性炭加入到溶液C中，超声分散均匀后得溶液D，向溶液D中加入沉淀剂尿素，溶解完全后得溶液E；

所述颗粒活性炭的加入量与步骤1）中0.1mol/L硝酸水溶液的质量比为1~2:10；

所述尿素的加入量与步骤1）中0.1mol/L硝酸水溶液的质量比为2~5；

3）、将溶液E转移到反应釜中，经水热反应得到水热合成产物F；

4）、将水热合成产物F经过滤、洗涤、烘干、隔绝空气加热后得颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂。

作为本发明一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐的进一步改进：所述筒体、上盖和下盖的材质均为PP材料。

作为本发明一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐的进一步改进：所述消毒罐还包括与进水腔连通的进水管以及与出水腔连通的出水管。这上进下出方式，有利于水溶液与改性活性炭的接触，增强有机物去除效果和杀菌效率。

作为本发明一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐的进一步改进：所述灯管上设置有防水环翼，灯管通过防水环翼旋设在上盖上。

作为本发明一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐的进一步改进：所述灯管为可见光灯管或紫外光灯管。

作为本发明一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐的进一步改进：所述玻璃翼环上透水孔的孔径为2mm，水流从透水孔流过，同时阻止改性颗粒活性炭跌落进透水孔中，降低光的通透性。

有益效果

1、本发明的消毒罐用于居民饮用水的消毒，结构简单，成本低廉且占用空间小，消毒罐内填充有颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛，具有高效分解NOM，高效、光谱杀菌能力，适合在饮水机、直饮机上使用；

2、本发明的消毒罐采用光催化颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛消毒的同时，利用强氧化性去除水中有机物，将水中有机物氧化成CO₂、H₂O等简单无机物，避免了一般化处理带来的二次污染，运行条件温和，光催化氧化有机物过程中，需要消耗大量能量，本发明采用低能谱的可见光，节约能量；

3、本发明消毒罐的罐体采用PP材料，环保无毒，且耐受可见光/紫外光照能力强。

附图说明

图1为本发明饮用水消毒罐的内部结构示意图；

图2为本发明饮用水消毒罐的玻璃翼环的结构示意图；

图中标记：1、筒体，2、上盖，3、下盖，4、支撑栅板，5、处理剂，6、压实栅板，7、灯管，8、玻璃翼环，9、连接插头，10、中心通孔，11、透水孔，12、进水管，13、出水管，14、防水环翼。

具体实施方式

如图所示：一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，包括壳体、设置在壳体内的光照组件以及填充在壳体内的颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂5，所述壳体由两端开口的筒体1以及分别与筒体1上下端螺纹连接的上盖2和下盖3构成，筒体1、上盖2和下盖3的材质均为PP材料，筒体1内部下端设置有支撑栅板4，且支撑栅板4与下盖3之间形成进水腔，进水腔连接有进水管12，支撑栅板4上方的筒体1内填充有颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂5，处理剂5上设置有压实栅板6，压实栅板6与上盖2之间形成出水腔，出水腔连接有出水管13，所述光照组件包括灯管7及多个玻璃翼环8，灯管7的一端依次穿过壳体上盖2和压实栅板6置入处理剂5内，灯管7上设置有防水环翼14，灯管7通过防水环翼14旋设在上盖2上，灯管7的另一端置于壳体外部并设置有连接插头9，灯管7为可见光灯管或紫外光灯管。所述玻璃翼环8包括圆盘状翼环本体，翼环本体具有中心通孔10，且翼环本体上均匀分布有沿轴线的透水孔11，透水孔11的孔径为2mm，多个玻璃翼环8分别通过其中心通孔10套设在灯管7上。

筒体两端均设计内螺纹，筒身高径比在3：1-5：1之间，厚度3-5mm，材料纯度要求99%以上，避免杂质对饮用水水质造成不利影响。筒体1许用应力大于0.5MPa，且能支撑总重约为30kg的活性炭处理剂、灯管、玻璃翼环和水。上盖和下盖也采用模具制成，材质也为聚丙烯塑料（PP），上盖和下盖带直径30mm、高20mm突出环，环上带外螺纹，便于与筒体安装。

可见光/紫外光灯管呈圆柱形，顶端带220V插头，上部热塑成型外径29mm、高20mm螺纹口防水环翼，与上盖螺纹方式安装，并采用PVC防水胶带密封，防止饮用水泄漏。可见光/紫外光灯管下部胶水粘接三片光透射翼环，翼环采用石英玻璃制作，直径稍小于筒体内径。

颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂通过以下方法制备得到：1）、取0.1mol/L硝酸水溶液和乙醇按5:1的体积比混合得到溶液A，再向溶液A中加入乙酰丙酮，乙酰丙酮和乙醇的体积比为1:5，搅拌至完全溶解得溶液B；再向溶液B中加入钛酸四丁酯，钛酸四丁酯和乙醇的体积比为1:2，搅拌至完全溶解得溶液C；

2）、取颗粒活性炭加入到溶液C中，超声分散均匀后得溶液D，向溶液D中加入沉淀剂尿素，溶解完全后得溶液E；

所述颗粒活性炭的加入量与步骤1）中0.1mol/L硝酸水溶液的质量比为1~2:10；

所述尿素的加入量与步骤1）中0.1mol/L硝酸水溶液的质量比为2~5；

3）、将溶液E转移到反应釜中，经水热反应得到水热合成产物F；

4）、将水热合成产物F经过滤、洗涤、烘干、隔绝空气加热后得颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂。

所述步骤3）中，水热反应釜的填充度为70～80%，水热反应温度为120℃，水热反应时间为12h，水热反应完成后自然冷却至室温。

所述步骤4）中过滤采用抽滤的方式，洗涤剂为去离子水，烘干温度为70～90℃，加热温度为400～500℃。

本发明消毒罐的进水管与自来水管、直饮水机出水管或饮水机出口相连，水压在0.05-0.2MPa，保证大于15min的空床接触时间(EBCT)，出水管与用户阀门相连。处理剂层高0.3-1.2m，过滤速度2-5m/h；空床接触时间5-10min；TOC去除率为40%～55%，平均为50%，DOC去除率为65%-75%。达到微生物2log灭活的CT值为108mg×min/L。在过滤速度为5m/h时，灭活细菌杀灭率达到99.9%需要时间为10min。出水中氯化消毒副产物包括三卤甲烷(THMs)<0.5mg/L，远低于GB 5749-2006 生活饮用水卫生标准中规定的三卤甲烷总量小于1mg/L的标准。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的具体实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，其特征在于：包括壳体、设置在壳体内的光照组件以及填充在壳体内的颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂（5），所述壳体由两端开口的筒体（1）以及分别与筒体（1）上下端螺纹连接的上盖（2）和下盖（3）构成，筒体（1）内部下端设置有支撑栅板（4），且支撑栅板（4）与下盖（3）之间形成进水腔，支撑栅板（4）上方的筒体（1）内填充有颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂（5），处理剂（5）上设置有压实栅板（6），压实栅板（6）与上盖（2）之间形成出水腔，所述光照组件包括灯管（7）及多个玻璃翼环（8），灯管（7）的一端依次穿过壳体上盖（2）和压实栅板（6）置入处理剂（5）内，灯管（7）的另一端置于壳体外部并设置有连接插头（9），所述玻璃翼环（8）包括圆盘状翼环本体，翼环本体具有中心通孔（10），且翼环本体上均匀分布有沿轴线的透水孔（11），多个玻璃翼环（8）分别通过其中心通孔（10）套设在灯管（7）上；

所述颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂（5）通过以下方法制备得到：

1）、取0.1mol/L硝酸水溶液和乙醇按5:1的体积比混合得到溶液A，再向溶液A中加入乙酰丙酮，乙酰丙酮和乙醇的体积比为1:5，搅拌至完全溶解得溶液B；再向溶液B中加入钛酸四丁酯，钛酸四丁酯和乙醇的体积比为1:2，搅拌至完全溶解得溶液C；

2）、取颗粒活性炭加入到溶液C中，超声分散均匀后得溶液D，向溶液D中加入沉淀剂尿素，溶解完全后得溶液E；

所述颗粒活性炭的加入量与步骤1）中0.1mol/L硝酸水溶液的质量比为1~2:10；

所述尿素的加入量与步骤1）中0.1mol/L硝酸水溶液的质量比为2~5；

3）、将溶液E转移到反应釜中，经水热反应得到水热合成产物F；

4）、将水热合成产物F经过滤、洗涤、烘干、隔绝空气加热后得颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛处理剂。

2.如权利要求1所述的一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，其特征在于：所述筒体（1）、上盖（2）和下盖（3）的材质均为PP材料。

3.如权利要求1所述的一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，其特征在于：所述消毒罐还包括与进水腔连通的进水管（12）以及与出水腔连通的出水管（13）。

4.如权利要求1所述的一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，其特征在于：所述灯管（7）上设置有防水环翼（14），灯管（7）通过防水环翼（14）旋设在上盖（2）上。

5.如权利要求1所述的一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，其特征在于：所述灯管（7）为可见光灯管或紫外光灯管。

6.如权利要求1所述的一种颗粒活性炭负载氮修饰纳米二氧化钛饮用水消毒罐，其特征在于：所述玻璃翼环（8）上透水孔（11）的孔径为2mm。