CN107792975A - 去除饮用水中铁锰的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种去除饮用水中铁锰的方法及装置，该去除饮用水中铁锰的装置包括从储水箱至灌装机依序配置的一粗滤模块、一第一过滤模块、一第一紫外杀菌模块、一臭氧氧化模块、一超滤保护模块以及一超滤模块；其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5‑0.6ppm的臭氧氧化模块。本发明针对不同铁锰含量的水均具有较好的铁锰去除效果。

Description

去除饮用水中铁锰的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种饮用水处理方法及装置，特别涉及一种去除天然矿泉水中铁锰的方法及装置。

背景技术

现今人们对饮用水的安全十分重视，会将地下水、自来水等经过一系列的处理，生产成饮用纯净水产品后再行饮用，但是天然矿泉水由于其自身含丰富矿物质的特殊性，无法使用与纯净水相同的工艺进行处理。天然水中存在离子形式的铁和锰，若不经去除，在产品长时间存放后可能会因为铁锰元素价态的变化而使得产品中产生小黑点或者絮凝，影响产品的质量问题和感官。

现有技术中，也有一些去除饮用水中铁锰的装置或方法。然而，在现有的饮用水除铁锰技术中，往往只针对铁锰含量较高的水去除效果较好。若原料水本身铁锰含量较低，则有一定去除难度，且去除效果不明显，即便去除也无法确保最终产品经过长时间保存后不会出现小黑点和絮凝问题。

因此，如何设计一种去除饮用水中铁锰的方法及装置，使其可以克服现有技术中所存在的缺陷，即成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去除饮用水中铁锰的方法及装置，使其可针对不同铁锰含量的水均具有较好的铁锰去除效果。

为实现上述目的，本发明提供一种去除饮用水中铁锰的装置，用于将一储水箱中的一原料水去除铁锰并过滤为一饮用水后输入至一灌装机，该去除饮用水中铁锰的装置包括：

从该储水箱至该灌装机依序配置的一粗滤模块、一第一过滤模块、一第一紫外杀菌模块、一臭氧氧化模块、一超滤保护模块以及一超滤模块；

其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。

其中，该原料水选自于天然矿泉水。所述天然矿泉水来源于符合标准的自涌泉或者地下水。当该原料水符合天然矿泉水标准时，过滤后得到的该饮用水为一饮用天然矿泉水。

其中，该粗滤模块中容置石英砂作为过滤介质。具体而言，该粗滤模块是一种利用过滤介质去除水中各中悬浮物、微生物、以及其他微细颗粒，最终达到降低水浊度、净化水质效果的一种高效过滤模块。在一较佳实施方式中可以采用石英砂作为滤料(过滤介质)，以砂滤模块的形式来实现粗滤的功能。较佳的，石英砂滤料的密度不小于2.55g/cm³，灼烧减量不大于0.5％，SiO₂含量不小于95％，粒径在0.6-1.2mm之间，该粗滤模块中反洗空间≥40％(实际高度根据流量和桶槽体积进行增减)。

当然，除该粗滤模块外，本领域技术人员也可以根据实际情况在该第一过滤模块之前添加其他过滤模块，如过滤孔径更大的粗滤模块、有吸附功能的活性炭过滤模块等，本发明并不限制该些模块的添加。

其中，该第一过滤模块为一过滤孔径小于等于100μm的过滤模块。较佳的，该第一过滤模块为一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。该第一过滤模块可利用滤网或其他过滤装置直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，降低浊度，净化水质，减少系统污垢、菌藻、锈蚀等产生，以净化水质及保护系统其他设备正常工作。该第一过滤模块可依水质情况设置反洗时间自动反洗，当压差经常大于0.5Mpa时，进行过滤装置(如滤网)的清洗。

其中，该第一紫外杀菌模块为紫外线波长200-280nm的紫外杀菌模块。紫外线波长较佳为265nm。该第一紫外杀菌模块的剂量控制在40-120mj/cm²(即，中压剂量为120mj/cm²，低压剂量为40mj/cm²)。该第一紫外杀菌模块可以采用紫外灯或者其他紫外设备，在使用时，整个紫外杀菌步骤中均需保证紫外设备正常开启。该第一紫外杀菌模块以UVC的作用来破坏细菌的DNA，以此进行消毒灭菌，减小从原料水中带入的微生物数量，避免后续步骤中微生物的滋生。经过该第一紫外杀菌模块后，出水菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL。

其中，经过该粗滤模块、该第一过滤模块及该第一紫外杀菌模块后，出水的水质如下：无异臭，无异味，存在极少量天然矿盐沉淀，但无异物，电导率100-200μs/cm，pH(25℃)在6.0-7.5之间，硬度＜100mg/L，TDS＜200mg/L，浑浊度≤3NTU，色度≤10度，菌落总数≤100CFU/100mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL，大肠菌群为0MPN/100mL，铜绿假单胞菌为0CFU/250mL，粪链球菌为0CFU/250mL，产气荚膜梭菌为0CFU/50mL。

其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。在这一臭氧浓度下，可以达到预期的技术效果。该臭氧氧化模块于使用时，保证60±15min的氧化时间。在一较佳实施方式中，该臭氧氧化模块包括两个并联的臭氧缓冲混合罐，每一该臭氧缓冲混合罐的容积为35吨，高径比为6以上，罐中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm。经过该臭氧氧化模块后，可将水中过多的铁离子和锰离子去除，例如对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的水，经过该臭氧氧化模块，可以将水中的锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。

在现有的饮用水除铁锰工艺装置中，通常只针对铁锰含量高的水有较好的去除效果。若水中铁锰含量低，则很难去除，即使去除，也难以保证去除完全，产品仍有可能在长时间保存后出现絮凝问题(原水即使符合国标GB/T8538-2008中锰含量≤0.4ppm的要求，但若高于0.01ppm，仍然存在长期保存后出现黄色絮凝的风险)。

水体中的锰原为可溶性锰，随着锰元素的多价位变化会形成可溶性盐，使其变得难以去除(水体中的锰离子价态由+2价到+7价，但除了+2价和+4价的锰以外，其他价态锰离子在水中不能够稳定存在，溶于水中的+2价锰是要去除的主要对象)。针对这一问题，本发明特意设计了一种去除饮用水(特别是天然矿泉水)中铁锰的方法及装置，以臭氧氧化的方式，对水中的可溶性铁锰进行处理，以此来防止出现由于锰元素的多价位变化而形成可溶性盐无法除去的问题——去除大部分铁锰后，可避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题。臭氧是氧的同素异构体，有极强的氧化性，氧化还原电位仅次于氟，常温常压下，臭氧在水中的溶解度是氧的13倍，且在水处理中可同时起到消毒、杀菌的作用，此工艺安全无毒且与体积相对庞大的曝气装置相比，可节省大量空间。

本发明的臭氧氧化使用特意设计的条件(臭氧浓度0.5-0.6ppm、氧化时间60±15min)，其中，若臭氧浓度过高、时间过长，可能导致氧化过度，生成被氧化为高于+4价的可溶性盐；若氧化浓度过低、时间太短，则同样会出现氧化不足的问题，导致锰盐无法形成4价态的不溶物。使用本发明限定的臭氧浓度及氧化时间，可去除大部分铁锰，真正达到预期的技术效果(避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题)。

本发明的臭氧氧化模块，其作用原理如下：

本发明采用了臭氧氧化，过滤的除铁除锰原理，利用臭氧机将臭氧溶于水中，进而将水中Fe²⁺和Mn²⁺氧化成不溶于水的Fe³⁺和MnO₂，再通过后续的过滤设备将其去除。

铁锰氧化反应式如下：

2Fe²⁺+O₃+5H₂O＝2Fe(OH)₃+O₂+4H⁺

2Mn²⁺+2O₃＝2MnO₂+O₂

本发明不仅对于高铁锰含量的原水去除效率明显，且针对进水存在一定铁锰含量，含量又不是过高的原水同样去除效果明显，例如对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的原水，经过该套工艺后可将锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。因此，除了除铁锰效果好以外，本发明还有广阔的适用范围，既可以适用于高铁锰含量水中铁锰的去除，也可以适用于低铁锰含量水中铁锰的去除。

其中，该超滤模块为截留分子量大于等于10000道尔顿的超滤模块。较佳的，该超滤模块为截留分子量10000-100000道尔顿的超滤模块。对于超滤模块而言，截留分子量越小截留效果更佳，但是若设置截留分子量过小，也会降低超滤模块的寿命(超滤膜需要更频繁的更换)，因此，综合考虑成本及过滤效果，更佳的，该超滤模块为截留分子量50000-80000道尔顿的超滤模块。该超滤模块由亲水性改性材料制成，采用外压式过滤，可以截留水中的悬浮物、胶体、细菌、细微杂质及大分子有机物(如大肠菌群和胶体硅等)。经过该超滤模块后，出水浊度＜0.3NTU，菌落总数≤200CFU/100mL，霉菌/酵母≤20CFU/100mL，SDI＜4。该超滤模块为错流过滤超滤模块，包括一下部进水口，一中部分离介质，一上部中心出水口和一上部侧面出水口。该下部进水口用于输入臭氧氧化模块排出的水；该中部分离介质用于进行超滤操作，其可以为中空纤维(例如孔径在1.5纳米到0.2微米的膜管)；该上部中心出水口产出过滤后的水，并将其输入灌装机中；该上部侧面出水口用于排掉浓水。该超滤模块设定至少每1小时反洗一次，并且，当压力固定而产水量下降10％或产水量固定而进产水压差上升15％时，进行加药反洗。具体而言，该超滤模块在运行一段时间后，水中的杂质被截留在超滤的每根膜丝内，系统由PLC控制自动进行正冲和反洗，把超滤膜内的杂质冲洗掉。再经过若干次普通反洗后，系统会进行化学加强反洗，把膜内的杂质彻底洗掉。

其中，于该超滤模块及该臭氧氧化模块之间，还包括一超滤保护模块，该超滤保护模块包括顺序连接的一第二紫外杀菌模块及一第二过滤模块；该第二紫外杀菌模块为紫外线波长280-315nm的紫外杀菌模块，该第二过滤模块为过滤孔径小于等于100μm的过滤模块，较佳的，该第二过滤模块为一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。在经过臭氧氧化模块后，先经过第二紫外杀菌模块及第二过滤模块后再进入超滤，由此实现对超滤模块的保护：第二紫外杀菌模块进一步去除水体中的微生物，防止微生物被超滤截留后留在超滤膜上滋生，更重要的是，第二紫外杀菌模块的主要设置目的是利用紫外线扑灭从臭氧氧化模块中带入的臭氧，要求UV后臭氧浓度为0mg/L，防止带有臭氧的水进入超滤，破坏超滤膜；第二过滤模块进一步去除水体中的颗粒杂质以及此前臭氧氧化产生的铁锰不溶物，以此达到保护后续超滤滤膜过滤元件的目的。

其中，于该超滤模块及该灌装机之间，还包括顺序连接的一臭氧杀菌模块及一终端过滤模块(终端过滤组合模块)；该臭氧杀菌模块为臭氧浓度0.3±0.1ppm的臭氧杀菌模块；该终端过滤模块为过滤孔径小于等于1μm的过滤模块(例如1μm的钛棒终端过滤器)。在超滤模块后，再经过臭氧杀菌模块及终端过滤模块后再进入灌装机，可以更好的保证最终产品质量：该臭氧杀菌模块中的臭氧以氧原子的氧化作用破坏微生物膜的结构，以实现杀菌作用，臭氧能与细菌细胞壁脂类的双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡，臭氧杀菌后，在常温常态常压下即可分解为氧气，不会对人体造成伤害；终端过滤模块可以采用1μm的钛棒作为滤芯(更佳的，也可以采用0.2μm的耐臭氧过滤材质的除菌滤芯(PTFE材质))，滤除细小杂质及微生物，进一步确保产品中无菌及最终水质的纯净、安全。具体而言，在终端过滤模块中，过滤器主要由2部分组成，过滤器罐体及过滤元件。该过滤为死端过滤(一进一出)，装在灌装机前，以防止微小固体颗粒(大于1μm)及微生物进入到产品中(若滤芯采用PTFE材质的耐臭氧除菌滤芯则可过滤大于0.2μm的固体颗粒及微生物)，确保最后一道过滤的安全性，保证最终产品饮用水(饮用矿泉水)质量。

本发明还提供一种去除饮用水中铁锰的方法，用于将一储水箱中的一原料水去除铁锰并过滤为一饮用水后输入至一灌装机，该去除饮用水中铁锰的方法包括如下步骤：

1)从该储水箱中输出该原料水并进行一粗滤步骤；

2)对步骤1)的产水进行一第一过滤步骤；

3)对步骤2)的产水进行一第一紫外杀菌步骤；

4)对步骤3)的产水进行一臭氧氧化步骤；

5)对步骤4)的产水进行一超滤保护步骤及一超滤步骤，得到该饮用水；

6)将该饮用水排至该灌装机；

其中，该臭氧氧化步骤中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。

其中，该原料水选自于天然矿泉水。所述天然矿泉水来源于符合标准的自涌泉或者地下水。当该原料水符合天然矿泉水标准时，过滤后得到的该饮用水为一饮用天然矿泉水。

其中，该粗滤步骤中，以石英砂作为过滤介质。较佳的，该粗滤步骤为使用一粗滤模块来进行，该粗滤模块中容置石英砂作为过滤介质。在该粗滤步骤中，是利用过滤介质去除水中各中悬浮物、微生物、以及其他微细颗粒，最终达到降低水浊度、净化水质效果的目的。在一较佳实施方式中可以采用石英砂作为滤料(过滤介质)，以砂滤的形式来实现粗滤的功能。较佳的，石英砂滤料的密度不小于2.55g/cm³，灼烧减量不大于0.5％，SiO₂含量不小于95％，粒径在0.6-1.2mm之间，该粗滤模块中反洗空间≥40％(实际高度根据流量和桶槽体积进行增减)。

当然，除粗滤步骤外，本领域技术人员也可以根据实际情况在该第一过滤步骤之前添加其他过滤步骤，如过滤孔径更大的粗滤步骤、有吸附功能的活性炭过滤步骤等，本发明并不限制该些步骤的添加。

其中，该第一过滤步骤的过滤孔径小于等于100μm。较佳的，该第一过滤步骤可以采用一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。该第一过滤步骤可利用滤网或其他过滤装置直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，降低浊度，净化水质，减少系统污垢、菌藻、锈蚀等产生，以净化水质及保护系统其他设备正常工作。该第一过滤步骤可依水质情况设置反洗时间自动反洗，当压差经常大于0.5Mpa时，进行过滤装置(如滤网)的清洗。

其中，该第一紫外杀菌步骤采用波长200-280nm的紫外线。较佳为265nm的紫外线。其中，该第一紫外杀菌步骤的剂量控制在40-120mj/cm²(即，中压剂量为120mj/cm²，低压剂量为40mj/cm²)。该第一紫外杀菌步骤可以采用紫外灯或者其他紫外设备，在使用时，整个紫外杀菌步骤中均需保证紫外设备正常开启。该第一紫外杀菌步骤以UVC的作用来破坏细菌的DNA，以此进行消毒灭菌，减小从原料水中带入的微生物数量，避免后续步骤中微生物的滋生。经过该第一紫外杀菌步骤后，出水菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL。

其中，经过该粗滤步骤、该第一过滤步骤及该第一紫外杀菌步骤后，出水(即步骤3的出水)的水质如下：无异臭，无异味，存在极少量天然矿盐沉淀，但无异物，电导率100-200μs/cm，pH(25℃)在6.0-7.5之间，硬度＜100mg/L，TDS＜200mg/L，浑浊度≤3NTU，色度≤10度，菌落总数≤100CFU/100mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL，大肠菌群为0MPN/100mL，铜绿假单胞菌为0CFU/250mL，粪链球菌为0CFU/250mL，产气荚膜梭菌为0CFU/50mL。

其中，该臭氧氧化步骤中，所使用的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。上述的具体条件设置为本发明为了保证除铁锰效果的特意设计，可以达到较佳的除铁锰效果。经过该臭氧氧化步骤后，可以将水中的锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。本发明的臭氧氧化步骤可以以一臭氧氧化模块来进行，例如该臭氧氧化步骤可以使用两个并联的臭氧缓冲混合罐，每一该臭氧缓冲混合罐的容积为35吨，高径比为6以上，罐中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm。

在现有的饮用水除铁锰工艺装置中，通常只针对铁锰含量高的水有较好的去除效果。若水中铁锰含量低，则很难去除，即使去除，也难以保证去除完全，产品仍有可能在长时间保存后出现絮凝问题(饮用水即使符合国标GB/T8538-2008中锰含量≤0.4ppm的要求，但若高于0.01ppm，仍然存在长期保存后出现黄色絮凝的风险)。

水体中的锰原为可溶性锰，随着锰元素的多价位变化会形成可溶性盐，使其变得难以去除(水体中的锰离子价态由+2价到+7价，但除了+2价和+4价的锰以外，其他价态锰离子在水中不能够稳定存在，溶于水中的+2价锰是要去除的主要对象)。针对这一问题，本发明特意设计了一种去除饮用水(特别是天然矿泉水)中铁锰的方法及装置，以臭氧氧化的方式，对水中的可溶性铁锰进行处理，以此来防止出现由于锰元素的多价位变化而形成可溶性盐无法除去的问题——去除大部分铁锰后，可避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题。臭氧是氧的同素异构体，有极强的氧化性，氧化还原电位仅次于氟，常温常压下，臭氧在水中的溶解度是氧的13倍，且在水处理中可同时起到消毒、杀菌的作用，此工艺安全无毒且与体积相对庞大的曝气装置相比，可节省大量空间。

本发明的臭氧氧化使用特意设计的条件(臭氧浓度0.5-0.6ppm、氧化时间60±15min)，其中，若臭氧浓度过高、时间过长，可能导致氧化过度，生成被氧化为高于+4价的可溶性盐；若氧化浓度过低、时间太短，则同样会出现氧化不足的问题，导致锰盐无法形成4价态的不溶物。使用本发明限定的臭氧浓度及氧化时间，可去除大部分铁锰，真正达到预期的技术效果(避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题)。

本发明的臭氧氧化步骤，其作用原理如下：

本发明采用了臭氧氧化，过滤的除铁除锰原理，利用臭氧机将臭氧溶于水中，进而将水中Fe²⁺和Mn²⁺氧化成不溶于水的Fe³⁺和MnO₂，再通过后续的过滤设备将其去除。

铁锰氧化反应式如下：

2Fe²⁺+O₃+5H₂O＝2Fe(OH)₃+O₂+4H⁺

2Mn²⁺+2O₃＝2MnO₂+O₂

本发明不仅对于高铁锰含量的原水去除效率明显，且针对进水存在一定铁锰含量，含量又不是过高的原水同样去除效果明显，例如对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的原水，经过本发明工艺后可将锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。因此，除了除铁锰效果好以外，本发明还有广阔的适用范围，既可以适用于高铁锰含量水中铁锰的去除，也可以适用于低铁锰含量水中铁锰的去除。

其中，该超滤步骤的截留分子量大于等于10000道尔顿。较佳的，该超滤步骤的截留分子量为10000-100000道尔顿。对于超滤模块而言，截留分子量越小截留效果更佳，但是若设置截留分子量过小，也会降低超滤模块的寿命(超滤膜需要更频繁的更换)，因此，综合考虑成本及过滤效果，更佳的，该超滤步骤的截留分子量为50000-80000道尔顿。该超滤步骤可以截留水中的悬浮物、胶体、细菌、细微杂质及大分子有机物(如大肠菌群和胶体硅等)，经过该超滤步骤后，出水浊度＜0.3NTU，菌落总数≤200CFU/100mL，霉菌/酵母≤20CFU/100mL，SDI＜4。该超滤步骤可以采用一超滤模块来进行。该超滤模块由亲水性改性材料制成，采用外压式过滤。具体而言，该超滤模块为错流过滤超滤模块，包括一下部进水口，一中部分离介质，一上部中心出水口和一上部侧面出水口。该下部进水口用于输入臭氧氧化模块排出的水；该中部分离介质用于进行超滤操作，其可以为中空纤维(例如孔径在1.5纳米到0.2微米的膜管)；该上部中心出水口产出过滤后的水，并将其输入灌装机中；该上部侧面出水口用于排掉浓水。其中，该超滤步骤中至少每1小时进行一次反洗，并且，当压力固定而产水量下降10％或产水量固定而进产水压差上升15％时，进行加药反洗。具体而言，该超滤步骤使用的超滤模块在运行一段时间后，水中的杂质被截留在超滤的每根膜丝内，系统由PLC控制自动进行正冲和反洗，把超滤膜内的杂质冲洗掉。再经过若干次普通反洗后，系统会进行化学加强反洗，把膜内的杂质彻底洗掉。

其中，于该超滤步骤及该臭氧氧化步骤之间，还包括一超滤保护步骤，该超滤保护步骤包括顺序进行的一第二紫外杀菌步骤及一第二过滤步骤；该第二紫外杀菌步骤采用波长280-315nm的紫外线；该第二过滤步骤的过滤孔径小于等于100μm，较佳的，该第二过滤步骤采用一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。在经过臭氧氧化步骤后，先经过第二紫外杀菌步骤及第二过滤步骤后再进入超滤步骤，由此实现对超滤步骤中装置元件的保护：第二紫外杀菌步骤进一步去除水体中的微生物，防止微生物被超滤截留后留在超滤膜上滋生，更重要的是，第二紫外杀菌步骤的主要设置目的是利用紫外线扑灭从臭氧氧化步骤中带入的臭氧，要求UV后臭氧浓度为0mg/L，防止带有臭氧的水进入超滤，破坏超滤膜；第二过滤步骤进一步去除水体中的颗粒杂质以及此前臭氧氧化产生的铁锰不溶物，以此达到保护后续超滤滤膜过滤元件的目的。

其中，于该超滤步骤后，将该饮用水排至该灌装机之前还包括顺序进行的一臭氧杀菌步骤及一终端过滤步骤。该臭氧杀菌步骤采用浓度0.3±0.1ppm的臭氧；该终端过滤步骤的过滤孔径小于等于1μm(例如可以使用1μm的钛棒终端过滤器)。在超滤步骤后，再经过臭氧杀菌步骤及终端过滤步骤后再进入灌装机，可以更好的保证最终产品质量：该臭氧杀菌步骤中的臭氧以氧原子的氧化作用破坏微生物膜的结构，以实现杀菌作用，臭氧能与细菌细胞壁脂类的双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡，臭氧杀菌后，在常温常态常压下即可分解为氧气，不会对人体造成伤害；终端过滤步骤可以采用1μm的钛棒作为滤芯(更佳的，也可以采用0.2μm的耐臭氧过滤材质的除菌滤芯(PTFE材质))，滤除细小杂质及微生物，进一步确保产品中无菌及最终水质的纯净、安全。具体而言，在终端过滤步骤采用的过滤器主要由2部分组成，过滤器罐体及过滤元件。该过滤为死端过滤(一进一出)，装在灌装机前，以防止微小固体颗粒(大于1μm)及微生物进入到产品中(若滤芯采用PTFE材质的耐臭氧除菌滤芯则可过滤大于0.2μm的固体颗粒及微生物)，确保最后一道过滤的安全性，保证最终产品饮用水(饮用矿泉水)质量。

其中，本发明的去除饮用水中铁锰的方法，可以使用如上所述的去除饮用水中铁锰的装置来进行。

以上所述的，为本发明一较佳实施方式所提供的去除饮用水中铁锰的方法及装置，其中提供了一套完整的饮用水生产方法装置，可直接整套使用。但需要特别指出的是，本发明臭氧氧化模块(步骤)，并非限制于结合上述方法中才可以使用，也可以结合于其他的现有技术中的饮用水生产方法和装置中，使其具有额外的更优的去除铁锰效果。

基于此，本发明还提供一种去除饮用水中铁锰的装置，设置于一饮用水生产线上，该去除饮用水中铁锰的装置包括：

一臭氧氧化模块；

其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。

该臭氧氧化模块于使用时，保证60±15min的氧化时间，可以达到较佳的效果。经过该臭氧氧化模块后，出水中的锰含量降至≤0.01ppm，铁含量降至≤0.01ppm。

该饮用水生产线可以包括过滤模块、紫外杀菌模块、超滤模块及臭氧杀菌模块等。本领域技术人员可以根据实际情况设置本发明的该去除饮用水中铁锰的装置(即该臭氧氧化模块)的具体位置。例如，可以设置在紫外杀菌模块之后与超滤模块之前，但不作为限定(臭氧氧化后若接超滤需提前进行UV扑灭臭氧，以保护超滤模块)。较佳的，在原料水输入该臭氧氧化模块之前，最好已经进行了初步的过滤与紫外杀菌，过滤了100μm以上的杂质以及使菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL。

基于此，本发明还提供一种去除饮用水中铁锰的方法，用于一饮用水生产线上，该去除饮用水中铁锰的方法包括：

一臭氧氧化步骤；

其中，该臭氧氧化步骤中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。

经过该臭氧氧化步骤后，出水中的锰含量降至≤0.01ppm，铁含量降至≤0.01ppm。该饮用水生产线中的生产步骤，可以包括过滤步骤、紫外杀菌步骤、超滤步骤及臭氧杀菌步骤等。本领域技术人员可以根据实际情况设置本发明的该去除饮用水中铁锰的方法(即该臭氧氧化步骤)的具体使用位置，设置于上述的某两个步骤之间。例如，可以设置在紫外杀菌步骤之后与超滤步骤之前，但不作为限定(臭氧氧化后若接超滤需提前进行UV扑灭臭氧，以保护超滤模块)。较佳的，在原料水进行该臭氧氧化步骤之前，最好已经进行了初步的过滤与紫外杀菌，过滤了100μm以上的杂质以及使菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL。

其中，本发明的去除饮用水中铁锰的方法，可以使用如上所述的去除饮用水中铁锰的装置来进行。

与现有技术相比，本发明操作简单，不仅可用于去除铁锰含量较高的原水，亦可适用于去除存在一定铁锰含量却又不是很高的水质。对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的原水经过滤后，可使最终产品中的铁含量≤10ppb，锰含量≤7ppb，经比对验证，该铁锰含量(铁10ppb，锰7ppb)是防止产品出现黄色絮凝的临界点。本发明的最终产品饮用水(矿泉水)可以达到如下品质：色度≤10度，并不呈现其他异色；浊度≤1NTU，无正常视力可见外来异物，且使用0.45μm滤膜进行抽滤后，膜片上无小黑点；pH在6.5-7.5之间，电导率100-200μs/cm，TDS＜200mg/L，臭氧残余24h后为0mg/L；铁＜0.01mg/L，锰＜0.007mg/L，溴酸盐＜0.01mg/L，菌落总数为0CFU/100mL，霉菌和酵母为0CFU/100mL，大肠菌群为0CFU/100mL，铜绿假单胞菌为0CFU/250mL。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一较佳实施方式所提供的去除饮用水中铁锰的装置的系统构成示意图；

图2为本发明另一较佳实施方式所提供的去除饮用水中铁锰的装置的系统构成示意图；

图2a为本发明的去除饮用水中铁锰的装置中超滤保护模块的细部模块示意图；

图2b为本发明的去除饮用水中铁锰的装置中终端过滤组合模块的细部模块示意图；

其中，附图标记：

1 储水箱

2 灌装机

3 去除饮用水中铁锰的装置

31 粗滤模块

32 第一过滤模块

33 第一紫外杀菌模块

34 臭氧氧化模块

35 超滤模块

350 超滤保护模块

3501 第二紫外杀菌模块

3502 第二过滤模块

36 终端过滤组合模块

361 臭氧杀菌模块

362 终端过滤模块

具体实施方式

为能说清楚本发明的技术特点，以使得本领域技术人员可以清楚的了解本发明的结构、特点、使用方式及技术效果，下面通过具体实施方式，并结合附图，对本发明的方案进行阐述。但以下所述仅为例示说明之用，并不作为本发明的限制。

首先请参考图1，为针对不同铁锰含量的水均具有较好的铁锰去除效果，本发明提供一种去除饮用水中铁锰的装置3，用于将一储水箱1中的一原料水去除铁锰并过滤为一饮用水后输入至一灌装机2，该去除饮用水中铁锰的装置3包括：

从该储水箱至该灌装机依序配置的一粗滤模块31、一第一过滤模块32、一第一紫外杀菌模块33、一臭氧氧化模块34、一超滤保护模块350以及一超滤模块35；

其中，该臭氧氧化模块34为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。

其中，该原料水选自于天然矿泉水。所述天然矿泉水来源于符合标准的自涌泉或者地下水。当该原料水符合天然矿泉水标准时，过滤后得到的该饮用水为一饮用天然矿泉水。

请同时参考图1、图2，该粗滤模,31中容置石英砂作为过滤介质。具体而言，该粗滤模块31是一种利用过滤介质去除水中各中悬浮物、微生物、以及其他微细颗粒，最终达到降低水浊度、净化水质效果的一种高效过滤模块。在一较佳实施方式中可以采用石英砂作为滤料(过滤介质)，以砂滤模块的形式来实现粗滤的功能。较佳的，石英砂滤料的密度不小于2.55g/cm³，灼烧减量不大于0.5％，SiO₂含量不小于95％，粒径在0.6-1.2mm之间，该粗滤模块中反洗空间≥40％(实际高度根据流量和桶槽体积进行增减)。

当然，除该粗滤模块31外，本领域技术人员也可以根据实际情况在该第一过滤模块32之前添加其他过滤模块，如过滤孔径更大的粗滤模块、有吸附功能的活性炭过滤模块等，本发明并不限制该些模块的添加。

该第一过滤模块32为一过滤孔径小于等于100μm的过滤模块。较佳的，该第一过滤模块32为一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。该第一过滤模块32可利用滤网或其他过滤装置直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，降低浊度，净化水质，减少系统污垢、菌藻、锈蚀等产生，以净化水质及保护系统其他设备正常工作。该第一过滤模块32可依水质情况设置反洗时间自动反洗，当压差经常大于0.5Mpa时，进行过滤装置(如滤网)的清洗。

该第一紫外杀菌模块33为紫外线波长200-280nm的紫外杀菌模块。紫外线波长较佳为265nm。该第一紫外杀菌模块33的剂量控制在40-120mj/cm²(即，中压剂量为120mj/cm²，低压剂量为40mj/cm²)。该第一紫外杀菌模块33可以采用紫外灯或者其他紫外设备，在使用时，整个紫外杀菌步骤中均需保证紫外设备正常开启。该第一紫外杀菌模块33以UVC的作用来破坏细菌的DNA，以此进行消毒灭菌，减小从原料水中带入的微生物数量，避免后续步骤中微生物的滋生。经过该第一紫外杀菌模块33后，出水菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL。

经过该粗滤模块31、该第一过滤模块32及该第一紫外杀菌模块33后，出水的水质如下：无异臭，无异味，存在极少量天然矿盐沉淀，但无异物，电导率100-200μs/cm，pH(25℃)在6.0-7.5之间，硬度＜100mg/L，TDS＜200mg/L，浑浊度≤3NTU，色度≤10度，菌落总数≤100CFU/100mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL，大肠菌群为0MPN/100mL，铜绿假单胞菌为0CFU/250mL，粪链球菌为0CFU/250mL，产气荚膜梭菌为0CFU/50mL。

该臭氧氧化模块34的设置为本发明的关键所在，具体如下：

该臭氧氧化模块34为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。在这一臭氧浓度下，可以达到预期的技术效果。该臭氧氧化模块34于使用时，保证60±15min的氧化时间。在一较佳实施方式中，该臭氧氧化模块34包括两个并联的臭氧缓冲混合罐，每一该臭氧缓冲混合罐的容积为35吨，高径比为6以上，罐中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm。经过该臭氧氧化模块34后，可将水中过多的铁离子和锰离子去除，例如对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的水，经过该臭氧氧化模块34，可以将水中的锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。

在现有的饮用水除铁锰工艺装置中，通常只针对铁锰含量高的水有较好的去除效果。若水中铁锰含量低，则很难去除，即使去除，也难以保证去除完全，产品仍有可能在长时间保存后出现絮凝问题(原水即使符合国标GB/T8538-2008中锰含量≤0.4ppm的要求，但若高于0.01ppm，仍然存在长期保存后出现黄色絮凝的风险)。

水体中的锰原为可溶性锰，随着锰元素的多价位变化会形成可溶性盐，使其变得难以去除(水体中的锰离子价态由+2价到+7价，但除了+2价和+4价的锰以外，其他价态锰离子在水中不能够稳定存在，溶于水中的+2价锰是要去除的主要对象)。针对这一问题，本发明特意设计了一种去除饮用水(特别是天然矿泉水)中铁锰的方法及装置，以臭氧氧化的方式，对水中的可溶性铁锰进行处理，以此来防止出现由于锰元素的多价位变化而形成可溶性盐无法除去的问题——去除大部分铁锰后，可避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题。臭氧是氧的同素异构体，有极强的氧化性，氧化还原电位仅次于氟，常温常压下，臭氧在水中的溶解度是氧的13倍，且在水处理中可同时起到消毒、杀菌的作用，此工艺安全无毒且与体积相对庞大的曝气装置相比，可节省大量空间。

本发明的臭氧氧化使用特意设计的条件(臭氧浓度0.5-0.6ppm、氧化时间60±15min)，其中，若臭氧浓度过高、时间过长，可能导致氧化过度，生成被氧化为高于+4价的可溶性盐；若氧化浓度过低、时间太短，则同样会出现氧化不足的问题，导致锰盐无法形成4价态的不溶物。使用本发明限定的臭氧浓度及氧化时间，可去除大部分铁锰，真正达到预期的技术效果(避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题)。

本发明的臭氧氧化模块34，其作用原理如下：

本发明采用了臭氧氧化，过滤的除铁除锰原理，利用臭氧机将臭氧溶于水中，进而将水中Fe²⁺和Mn²⁺氧化成不溶于水的Fe³⁺和MnO₂，再通过后续的过滤设备将其去除。

铁锰氧化反应式如下：

2Fe²⁺+O₃+5H₂O＝2Fe(OH)₃+O₂+4H⁺

2Mn²⁺+2O₃＝2MnO₂+O₂

本发明不仅对于高铁锰含量的原水去除效率明显，且针对进水存在一定铁锰含量，含量又不是过高的原水同样去除效果明显，例如对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的原水，经过该套工艺后可将锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。因此，除了除铁锰效果好以外，本发明还有广阔的适用范围，既可以适用于高铁锰含量水中铁锰的去除，也可以适用于低铁锰含量水中铁锰的去除。

请续参考图1、图2。该超滤模块35为截留分子量大于等于10000道尔顿的超滤模块。较佳的，该超滤模块35为截留分子量10000-100000道尔顿的超滤模块。对于超滤模块而言，截留分子量越小截留效果更佳，但是若设置截留分子量过小，也会降低超滤模块的寿命(超滤膜需要更频繁的更换)，因此，综合考虑成本及过滤效果，更佳的，该超滤模块35为截留分子量50000-80000道尔顿的超滤模块。该超滤模块35由亲水性改性材料制成，采用外压式过滤，可以截留水中的悬浮物、胶体、细菌、细微杂质及大分子有机物(如大肠菌群和胶体硅等)。经过该超滤模块35后，出水浊度＜0.3NTU，菌落总数≤200CFU/100mL，霉菌/酵母≤20CFU/100mL，SDI＜4。该超滤模块35为错流过滤超滤模块，包括一下部进水口，一中部分离介质，一上部中心出水口和一上部侧面出水口。该下部进水口用于输入臭氧氧化模块34排出的水；该中部分离介质用于进行超滤操作，其可以为中空纤维(例如孔径在1.5纳米到0.2微米的膜管)；该上部中心出水口产出过滤后的水，并将其输入灌装机2中；该上部侧面出水口用于排掉浓水。该超滤模块35设定至少每1小时反洗一次，并且，当压力固定而产水量下降10％或产水量固定而进产水压差上升15％时，进行加药反洗。具体而言，该超滤模块35在运行一段时间后，水中的杂质被截留在超滤的每根膜丝内，系统由PLC控制自动进行正冲和反洗，把超滤膜内的杂质冲洗掉。再经过若干次普通反洗后，系统会进行化学加强反洗，把膜内的杂质彻底洗掉。

请特别参考图2及图2a，于该超滤模块35及该臭氧氧化模块34之间，还包括一超滤保护模块350，该超滤保护模块350包括顺序连接的一第二紫外杀菌模块3501及一第二过滤模块3502；该第二紫外杀菌模块3501为紫外线波长280-315nm的紫外杀菌模块，该第二过滤模块3502为过滤孔径小于等于100μm的过滤模块，较佳的，该第二过滤模块3502为一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。在经过臭氧氧化模块34后，先经过第二紫外杀菌模块3501及第二过滤模块3502后再进入超滤，由此实现对超滤模块35的保护：第二紫外杀菌模块3501进一步去除水体中的微生物，防止微生物被超滤截留后留在超滤膜上滋生，更重要的是，第二紫外杀菌模块3501的主要设置目的是利用紫外线扑灭从臭氧氧化模块中带入的臭氧(紫外波长设置与第一紫外杀菌模块不同也是由此而来)，要求UV后臭氧浓度为0mg/L，防止带有臭氧的水进入超滤，破坏超滤膜；第二过滤模块3502进一步去除水体中的颗粒杂质以及此前臭氧氧化产生的铁锰不溶物，以此达到保护后续超滤滤膜过滤元件的目的。

请特别参考图2及图2b，于该超滤模块及该灌装机之间，还包括顺序连接的一臭氧杀菌模块361及一终端过滤模块362(终端过滤组合模块36)；该臭氧杀菌模块361为臭氧浓度0.3±0.1ppm的臭氧杀菌模块；该终端过滤模块362为过滤孔径小于等于1μm的过滤模块(例如1μm的钛棒终端过滤器)。在超滤模块35后，再经过臭氧杀菌模块361及终端过滤模块362后再进入灌装机，可以更好的保证最终产品质量：该臭氧杀菌模块361中的臭氧以氧原子的氧化作用破坏微生物膜的结构，以实现杀菌作用，臭氧能与细菌细胞壁脂类的双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡，臭氧杀菌后，在常温常态常压下即可分解为氧气，不会对人体造成伤害；终端过滤模块362可以采用1μm的钛棒作为滤芯(更佳的，也可以采用0.2μm的耐臭氧过滤材质的除菌滤芯(PTFE材质))，滤除细小杂质及微生物，进一步确保产品中无菌及最终水质的纯净、安全。具体而言，在终端过滤模块362中，过滤器主要由2部分组成，过滤器罐体及过滤元件。该过滤为死端过滤(一进一出)，装在灌装机2前，以防止微小固体颗粒(大于1μm)及微生物进入到产品中(若滤芯采用PTFE材质的耐臭氧除菌滤芯则可过滤大于0.2μm的固体颗粒及微生物)，确保最后一道过滤的安全性，保证最终产品饮用水(饮用矿泉水)质量。

本发明还提供一种去除饮用水中铁锰的方法，用于将一储水箱中的一原料水去除铁锰并过滤为一饮用水后输入至一灌装机，该去除饮用水中铁锰的方法包括如下步骤：

1)从该储水箱中输出该原料水并进行一粗滤步骤；

2)对步骤1)的产水进行一第一过滤步骤；

3)对步骤2)的产水进行一第一紫外杀菌步骤；

4)对步骤3)的产水进行一臭氧氧化步骤；

5)对步骤4)的产水进行一超滤保护步骤及一超滤步骤，得到该饮用水；

6)将该饮用水排至该灌装机；

其中，该臭氧氧化步骤中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。

于步骤1)中，该原料水选自于天然矿泉水。所述天然矿泉水来源于符合标准的自涌泉或者地下水。当该原料水符合天然矿泉水标准时，过滤后得到的该饮用水为一饮用天然矿泉水。

该粗滤步骤中，以石英砂作为过滤介质。较佳的，该粗滤步骤为使用一粗滤模块来进行，该粗滤模块中容置石英砂作为过滤介质。在该粗滤步骤中，是利用过滤介质去除水中各中悬浮物、微生物、以及其他微细颗粒，最终达到降低水浊度、净化水质效果的目的。在一较佳实施方式中可以采用石英砂作为滤料(过滤介质)，以砂滤的形式来实现粗滤的功能。较佳的，石英砂滤料的密度不小于2.55g/cm³，灼烧减量不大于0.5％，SiO₂含量不小于95％，粒径在0.6-1.2mm之间，该粗滤模块中反洗空间≥40％(实际高度根据流量和桶槽体积进行增减)。

当然，除粗滤步骤外，本领域技术人员也可以根据实际情况在该第一过滤步骤之前添加其他过滤步骤，如过滤孔径更大的粗滤步骤、有吸附功能的活性炭过滤步骤等，本发明并不限制该些步骤的添加。

于步骤2)中，该第一过滤步骤的过滤孔径小于等于100μm。较佳的，该第一过滤步骤可以采用一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。该第一过滤步骤可利用滤网或其他过滤装置直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，降低浊度，净化水质，减少系统污垢、菌藻、锈蚀等产生，以净化水质及保护系统其他设备正常工作。该第一过滤步骤可依水质情况设置反洗时间自动反洗，当压差经常大于0.5Mpa时，进行过滤装置(如滤网)的清洗。

于步骤3)中，该第一紫外杀菌步骤采用波长200-280nm的紫外线。较佳为265nm的紫外线。其中，该第一紫外杀菌步骤的剂量控制在40-120mj/cm²(即，中压剂量为120mj/cm²，低压剂量为40mj/cm²)。该第一紫外杀菌步骤可以采用紫外灯或者其他紫外设备，在使用时，整个紫外杀菌步骤中均需保证紫外设备正常开启。该第一紫外杀菌步骤以UVC的作用来破坏细菌的DNA，以此进行消毒灭菌，减小从原料水中带入的微生物数量，避免后续步骤中微生物的滋生。经过该第一紫外杀菌步骤后，出水菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL。

经过该粗滤步骤、该第一过滤步骤及该第一紫外杀菌步骤后，出水(即步骤3的出水)的水质如下：无异臭，无异味，存在极少量天然矿盐沉淀，但无异物，电导率100-200μs/cm，pH(25℃)在6.0-7.5之间，硬度＜100mg/L，TDS＜200mg/L，浑浊度≤3NTU，色度≤10度，菌落总数≤100CFU/100mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL，大肠菌群为0MPN/100mL，铜绿假单胞菌为0CFU/250mL，粪链球菌为0CFU/250mL，产气荚膜梭菌为0CFU/50mL。

臭氧氧化步骤为本发明的关键步骤，具体详述如下：

于步骤4)中，该臭氧氧化步骤中，所使用的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。上述的具体条件设置为本发明为了保证除铁锰效果的特意设计，可以达到较佳的除铁锰效果。经过该臭氧氧化步骤后，可以将水中的锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。本发明的臭氧氧化步骤可以以一臭氧氧化模块来进行，例如该臭氧氧化步骤可以使用两个并联的臭氧缓冲混合罐，每一该臭氧缓冲混合罐的容积为35吨，高径比为6以上，罐中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm。

在现有的饮用水除铁锰工艺装置中，通常只针对铁锰含量高的水有较好的去除效果。若水中铁锰含量低，则很难去除，即使去除，也难以保证去除完全，产品仍有可能在长时间保存后出现絮凝问题(饮用水即使符合国标GB/T8538-2008中锰含量≤0.4ppm的要求，但若高于0.01ppm，仍然存在长期保存后出现黄色絮凝的风险)。

水体中的锰原为可溶性锰，随着锰元素的多价位变化会形成可溶性盐，使其变得难以去除(水体中的锰离子价态由+2价到+7价，但除了+2价和+4价的锰以外，其他价态锰离子在水中不能够稳定存在，溶于水中的+2价锰是要去除的主要对象)。针对这一问题，本发明特意设计了一种去除饮用水(特别是天然矿泉水)中铁锰的方法及装置，以臭氧氧化的方式，对水中的可溶性铁锰进行处理，以此来防止出现由于锰元素的多价位变化而形成可溶性盐无法除去的问题——去除大部分铁锰后，可避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题。臭氧是氧的同素异构体，有极强的氧化性，氧化还原电位仅次于氟，常温常压下，臭氧在水中的溶解度是氧的13倍，且在水处理中可同时起到消毒、杀菌的作用，此工艺安全无毒且与体积相对庞大的曝气装置相比，可节省大量空间。

本发明的臭氧氧化使用特意设计的条件(臭氧浓度0.5-0.6ppm、氧化时间60±15min)，其中，若臭氧浓度过高、时间过长，可能导致氧化过度，生成被氧化为高于+4价的可溶性盐；若氧化浓度过低、时间太短，则同样会出现氧化不足的问题，导致锰盐无法形成4价态的不溶物。使用本发明限定的臭氧浓度及氧化时间，可去除大部分铁锰，真正达到预期的技术效果(避免产品中小黑点的产生及未来经过若干月份之后，产品中未除尽的可溶性锰经过长时间氧化等化学作用出现黄色絮凝的问题)。

本发明的臭氧氧化步骤，其作用原理如下：

本发明采用了臭氧氧化，过滤的除铁除锰原理，利用臭氧机将臭氧溶于水中，进而将水中Fe²⁺和Mn²⁺氧化成不溶于水的Fe³⁺和MnO₂，再通过后续的过滤设备将其去除。

铁锰氧化反应式如下：

2Fe²⁺+O₃+5H₂O＝2Fe(OH)₃+O₂+4H⁺

2Mn²⁺+2O₃＝2MnO₂+O₂

本发明不仅对于高铁锰含量的原水去除效率明显，且针对进水存在一定铁锰含量，含量又不是过高的原水同样去除效果明显，例如对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的原水，经过本发明工艺后可将锰含量降至≤10ppb，铁含量降至≤10ppb。因此，除了除铁锰效果好以外，本发明还有广阔的适用范围，既可以适用于高铁锰含量水中铁锰的去除，也可以适用于低铁锰含量水中铁锰的去除。

于步骤5)中，该超滤步骤的截留分子量大于等于10000道尔顿。较佳的，该超滤步骤的截留分子量为10000-100000道尔顿。对于超滤模块而言，截留分子量越小截留效果更佳，但是若设置截留分子量过小，也会降低超滤模块的寿命(超滤膜需要更频繁的更换)，因此，综合考虑成本及过滤效果，更佳的，该超滤步骤的截留分子量为50000-80000道尔顿。该超滤步骤可以截留水中的悬浮物、胶体、细菌、细微杂质及大分子有机物(如大肠菌群和胶体硅等)，经过该超滤步骤后，出水浊度＜0.3NTU，菌落总数≤200CFU/100mL，霉菌/酵母≤20CFU/100mL，SDI＜4。该超滤步骤可以采用一超滤模块来进行。该超滤模块由亲水性改性材料制成，采用外压式过滤。具体而言，该超滤模块为错流过滤超滤模块，包括一下部进水口，一中部分离介质，一上部中心出水口和一上部侧面出水口。该下部进水口用于输入臭氧氧化模块排出的水；该中部分离介质用于进行超滤操作，其可以为中空纤维(例如孔径在1.5纳米到0.2微米的膜管)；该上部中心出水口产出过滤后的水，并将其输入灌装机中；该上部侧面出水口用于排掉浓水。其中，该超滤步骤中至少每1小时进行一次反洗，并且，当压力固定而产水量下降10％或产水量固定而进产水压差上升15％时，进行加药反洗。具体而言，该超滤步骤使用的超滤模块在运行一段时间后，水中的杂质被截留在超滤的每根膜丝内，系统由PLC控制自动进行正冲和反洗，把超滤膜内的杂质冲洗掉。再经过若干次普通反洗后，系统会进行化学加强反洗，把膜内的杂质彻底洗掉。

另外，于该超滤步骤及该臭氧氧化步骤之间，还包括一超滤保护步骤，该超滤保护步骤包括顺序进行的一第二紫外杀菌步骤及一第二过滤步骤；该第二紫外杀菌步骤采用波长280-315nm的紫外线；该第二过滤步骤的过滤孔径小于等于100μm，较佳的，该第二过滤步骤采用一过滤孔径小于等于100μm的自清洗过滤器。在经过臭氧氧化步骤后，先经过第二紫外杀菌步骤及第二过滤步骤后再进入超滤步骤，由此实现对超滤步骤中装置元件的保护：第二紫外杀菌步骤进一步去除水体中的微生物，防止微生物被超滤截留后留在超滤膜上滋生，更重要的是，第二紫外杀菌步骤的主要设置目的是利用紫外线扑灭从臭氧氧化步骤中带入的臭氧，要求UV后臭氧浓度为0mg/L，防止带有臭氧的水进入超滤，破坏超滤膜；第二过滤步骤进一步去除水体中的颗粒杂质以及此前臭氧氧化产生的铁锰不溶物，以此达到保护后续超滤滤膜过滤元件的目的。

另外，于该超滤步骤后，将该饮用水排至该灌装机之前还包括顺序进行的一臭氧杀菌步骤及一终端过滤步骤。该臭氧杀菌步骤采用浓度0.3±0.1ppm的臭氧；该终端过滤步骤的过滤孔径小于等于1μm(例如可以使用1μm的钛棒终端过滤器)。在超滤步骤后，再经过臭氧杀菌步骤及终端过滤步骤后再进入灌装机，可以更好的保证最终产品质量：该臭氧杀菌步骤中的臭氧以氧原子的氧化作用破坏微生物膜的结构，以实现杀菌作用，臭氧能与细菌细胞壁脂类的双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡，臭氧杀菌后，在常温常态常压下即可分解为氧气，不会对人体造成伤害；终端过滤步骤可以采用1μm的钛棒作为滤芯(更佳的，也可以采用0.2μm的耐臭氧过滤材质的除菌滤芯(PTFE材质))，滤除细小杂质及微生物，进一步确保产品中无菌及最终水质的纯净、安全。具体而言，在终端过滤步骤采用的过滤器主要由2部分组成，过滤器罐体及过滤元件。该过滤为死端过滤(一进一出)，装在灌装机前，以防止微小固体颗粒(大于1μm)及微生物进入到产品中(若滤芯采用PTFE材质的耐臭氧除菌滤芯则可过滤大于0.2μm的固体颗粒及微生物)，确保最后一道过滤的安全性，保证最终产品饮用水(饮用矿泉水)质量。

其中，本发明的去除饮用水中铁锰的方法，可以使用如上所述的去除饮用水中铁锰的装置3来进行。

以上所述的，为本发明一较佳实施方式所提供的去除饮用水中铁锰的方法及装置，其中提供了一套完整的饮用水生产方法装置，可直接整套使用。但需要特别指出的是，本发明臭氧氧化模块(步骤)，并非限制于结合上述方法中才可以使用，也可以结合于其他的现有技术中的饮用水生产方法和装置中，使其具有额外的更优的去除铁锰效果。

基于此，本发明还提供一种去除饮用水中铁锰的装置，设置于一饮用水生产线上，该去除饮用水中铁锰的装置包括：

一臭氧氧化模块；

其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。

该臭氧氧化模块于使用时，保证60±15min的氧化时间，可以达到较佳的效果。经过该臭氧氧化模块后，出水中的锰含量降至≤0.01ppm，铁含量降至≤0.01ppm。

该饮用水生产线可以包括过滤模块、紫外杀菌模块、超滤模块及臭氧杀菌模块等。本领域技术人员可以根据实际情况设置本发明的该去除饮用水中铁锰的装置(即该臭氧氧化模块)的具体位置。例如，可以设置在紫外杀菌模块之后与超滤模块之前，但不作为限定(臭氧氧化后若接超滤需提前进行UV扑灭臭氧，以保护超滤模块)。较佳的，在原料水输入该臭氧氧化模块之前，最好已经进行了初步的过滤与紫外杀菌，过滤了100μm以上的杂质以及使菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL，避免出水在进入臭氧模块之前微生物滋生。

基于此，本发明还提供一种去除饮用水中铁锰的方法，用于一饮用水生产线上，该去除饮用水中铁锰的方法包括：

一臭氧氧化步骤；

其中，该臭氧氧化步骤中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。

经过该臭氧氧化步骤后，出水中的锰含量降至≤0.01ppm，铁含量降至≤0.01ppm。该饮用水生产线中的生产步骤，可以包括过滤步骤、紫外杀菌步骤、超滤步骤及臭氧杀菌步骤等。本领域技术人员可以根据实际情况设置本发明的该去除饮用水中铁锰的方法(即该臭氧氧化步骤)的具体使用位置，设置于上述的某两个步骤之间。例如，可以设置在紫外杀菌步骤之后与超滤步骤之前，但不作为限定(臭氧氧化后若接超滤需提前进行UV扑灭臭氧，以保护超滤模块)。较佳的，在原料水进行该臭氧氧化步骤之前，最好已经进行了初步的过滤与紫外杀菌，过滤了100μm以上的杂质以及使菌落总数≤100CFU/mL，霉菌/酵母≤10CFU/100mL，避免出水在进入臭氧模块之前微生物滋生。

其中，本发明的去除饮用水中铁锰的方法，可以使用如上所述的去除饮用水中铁锰的装置来进行。

与现有技术相比，本发明操作简单，不仅可用于去除铁锰含量较高的原水，亦可适用于去除存在一定铁锰含量却又不是很高的水质。对含铁量≤500ppb，含锰量≤50ppb的原水经过滤后，可使最终产品中的铁含量≤10ppb，锰含量≤7ppb，经比对验证，该铁锰含量(铁10ppb，锰7ppb)是防止产品出现黄色絮凝的临界点。本发明的最终产品饮用水(矿泉水)可以达到如下品质：色度≤10度，并不呈现其他异色；浊度≤1NTU，无正常视力可见外来异物，且使用0.45μm滤膜进行抽滤后，膜片上无小黑点；pH在6.5-7.5之间，电导率100-200μs/cm，TDS＜200mg/L，臭氧残余24h后为0mg/L；铁＜0.01mg/L，锰＜0.007mg/L，溴酸盐＜0.01mg/L，菌落总数为0CFU/100mL，霉菌和酵母为0CFU/100mL，大肠菌群为0CFU/100mL，铜绿假单胞菌为0CFU/250mL。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种去除饮用水中铁锰的装置，用于将一储水箱中的一原料水去除铁锰并过滤为一饮用水后输入至一灌装机，其特征在于，该去除饮用水中铁锰的装置包括：

从该储水箱至该灌装机依序配置的一粗滤模块、一第一过滤模块、一第一紫外杀菌模块、一臭氧氧化模块、一超滤保护模块以及一超滤模块；

其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。

2.根据权利要求1所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，该粗滤模块中容置石英砂作为过滤介质。

3.根据权利要求1所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，该第一过滤模块为一过滤孔径小于等于100μm的过滤模块。

4.根据权利要求1所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，该第一紫外杀菌模块为紫外线波长200-280nm的紫外杀菌模块。

5.根据权利要求1所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，该超滤模块为截留分子量大于等于10000道尔顿的超滤模块。

6.根据权利要求5所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，该超滤模块为截留分子量50000-80000道尔顿的超滤模块。

7.根据权利要求1所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，该超滤保护模块包括顺序连接的一第二紫外杀菌模块及一第二过滤模块；该第二紫外杀菌模块为紫外线波长280-315nm的紫外杀菌模块，该第二过滤模块为过滤孔径小于等于100μm的过滤模块。

8.根据权利要求1所述的去除饮用水中铁锰的装置，其特征在于，于该超滤模块及该灌装机之间，还包括顺序连接的一臭氧杀菌模块及一终端过滤模块；该臭氧杀菌模块为臭氧浓度0.3±0.1ppm的臭氧杀菌模块；该终端过滤模块为过滤孔径小于等于1μm的过滤模块。

9.一种去除饮用水中铁锰的方法，用于将一储水箱中的一原料水去除铁锰并过滤为一饮用水后输入至一灌装机，其特征在于，该去除饮用水中铁锰的方法包括如下步骤：

1)从该储水箱中输出该原料水并进行一粗滤步骤；

2)对步骤1)的产水进行一第一过滤步骤；

3)对步骤2)的产水进行一第一紫外杀菌步骤；

4)对步骤3)的产水进行一臭氧氧化步骤；

5)对步骤4)的产水进行一超滤保护步骤及一超滤步骤，得到该饮用水；以及

6)将该饮用水排至该灌装机；

其中，该臭氧氧化步骤中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。

10.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，该粗滤步骤中，以石英砂作为过滤介质。

11.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，该第一过滤步骤的过滤孔径小于等于100μm。

12.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，该第一紫外杀菌步骤采用波长200-280nm的紫外线。

13.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，该超滤步骤的截留分子量大于等于10000道尔顿。

14.根据权利要求13所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，该超滤步骤的截留分子量为50000-80000道尔顿。

15.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，该超滤保护步骤包括顺序进行的一第二紫外杀菌步骤及一第二过滤步骤；该第二紫外杀菌步骤采用波长280-315nm的紫外线；该第二过滤步骤的过滤孔径小于等于100μm。

16.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，于该超滤步骤后，将该饮用水排至该灌装机之前还包括顺序进行的一臭氧杀菌步骤及一终端过滤步骤。该臭氧杀菌步骤采用浓度0.3±0.1ppm的臭氧；该终端过滤步骤的过滤孔径小于等于1μm。

17.根据权利要求9所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的去除饮用水中铁锰的装置来进行。

18.一种去除饮用水中铁锰的装置，设置于一饮用水生产线上，其特征在于，该去除饮用水中铁锰的装置包括：

一臭氧氧化模块；

其中，该臭氧氧化模块为一臭氧浓度0.5-0.6ppm的臭氧氧化模块。

19.一种去除饮用水中铁锰的方法，用于一饮用水生产线上，其特征在于，该去除饮用水中铁锰的方法包括：

一臭氧氧化步骤；

其中，该臭氧氧化步骤中的臭氧浓度为0.5-0.6ppm，氧化时间为60±15min。

20.根据权利要求19所述的去除饮用水中铁锰的方法，其特征在于，使用权利要求18所述的去除饮用水中铁锰的装置来进行。