CN112973285A - 应急供水的复合滤芯及其制备方法、过滤器及其过滤方法 - Google Patents

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CN112973285A CN201911276904.6A CN201911276904A CN112973285A CN 112973285 A CN112973285 A CN 112973285A CN 201911276904 A CN201911276904 A CN 201911276904A CN 112973285 A CN112973285 A CN 112973285A
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Abstract

本发明公开了一种应急供水的复合滤芯及其制备方法、过滤器及其过滤方法，所述复合滤芯包括多层依次紧密连接的空心圆柱形过滤层，由外及内依次为陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层，所述活性炭层中心形成空腔，所述复合吸附层由多孔材料和粘结剂挤压而成，所述防护层的材质为KDF和ATS吸附树脂，所述多孔材料为沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝的一种或多种的混合物。本发明的复合滤芯过滤效果好，尤其适用于应急供水。

Description

应急供水的复合滤芯及其制备方法、过滤器及其过滤方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种应急供水的复合滤芯、制备方法及应用。
背景技术
中国是世界上遭受自然灾害最多的国家之一，灾害发生时，绝大多数情况下会造成饮用水供应系统的破坏和生活饮用水水质的恶化，包括水中的各种细菌、微生物、有机物、重金属等，这些污染超过人体的承受能力时，会引起水源性疾病的发生，严重时将会威胁百姓的生命安全和社会稳定。
现阶段常用的应急救灾供水设备包括运水车、净水设备、空投瓶装水等，但是，在电力中断、道路破坏等情况下，实施难度大，缺乏有效保障。相关技术中的水处理设备，为了提高过滤效果，设置有多个滤芯，多个滤芯通过管路连接，容易漏水，过滤效果不佳，管路布局复杂，占用空间大，而且结构不紧凑，导致体积较大，不便于拆装。
目前市场上也有少量手动应急供水设备，均采用反渗透膜作为过滤核心组件。但反渗透过滤需要较高的压力，手动操作极其不便。同时，产水量很低，大约5L/h，难以满足灾害情况下灾区人民和救援人员的饮水需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的应急水净化装置产量低，需要压力大的问题，而提供一种应急供水的复合滤芯，该复合滤芯能够高效去除水中的重金属、有机物、细菌病毒等污染物，将五类及五类以上水源处理成为生活饮用水。
本发明另一个目的是提供所述应急供水的复合滤芯的制备方法，
本发明的另一个目的是提供所述应急供水的复合滤芯在应急水处理中的应用。
本发明的另一个目的是提供基于所述复合滤芯的过滤器。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种应急供水的复合滤芯，包括多层依次紧密连接的空心圆柱形过滤层，由外及内依次为陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层，所述活性炭层中心形成空腔，所述复合吸附层由多孔材料和粘结剂挤压而成，所述防护层的材质为KDF和ATS，所述多孔材料为沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝的一种或多种的混合物。
在上述技术方案中，陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层通过粘接剂连接，优选的，所述粘结剂为聚丙烯腈或超高分子量聚乙烯。
在上述技术方案中，所述沸石粉为经由盐酸处理的改性沸石粉，所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土或两种混合型，所述高岭土采用煅烧高岭土，所述氧化铝采用活性氧化铝，所述石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、阴离子改性石墨烯、氧化还原石墨烯中的一种或者多种；
所述陶瓷层的材质为天然硅藻陶瓷；
所述活性炭层的材料为椰壳碳，所述活性碳为载银活性碳；
所述KDF和ATS的比例为(1：0.2)～(1：30)。
在上述技术方案中，所述复合吸附层由多孔材料混合物和粘接剂经过研磨、零价铁改性、高密度挤压而成，所述多孔材料为沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝中的一种或多种混合，所述多孔材料的微孔孔径大小为0.01μm～10μm，研磨后颗粒粒径目数高于200目，所述粘接剂为聚丙烯腈或超高分子量聚乙烯。
在上述技术方案中，所述复合滤芯外径为40-160mm，空腔直径为5-10mm，所述陶瓷层的厚度为3-8mm、复合吸附层的厚度为5-30mm，所述防护层的厚度为5-20mm，所述活性炭层的厚度为5-20mm，所述复合滤芯的长度为80-400mm。
在上述技术方案中，所述复合吸附层通过以下步骤：
步骤1，将沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝中的一种或多种混合，得到混合物；
步骤2，将上述混合物进行充分研磨，控制研磨得到的混合粉末的颗粒粒径目数高于200目，优选为300～500目；
步骤3，对步骤2得到的研磨混合物粉末进行纳米铁改性，在混合粉末颗粒微孔内部形成纳米零价铁粒子，得到改性混合粉末；
步骤4，将步骤3得到的改性混合粉末在300℃～500℃的条件下干燥5h～10h；
步骤5，向步骤4得到的干燥改性混合粉末中加入目数高于200目的粘接剂，混合均匀，
步骤6，将步骤5得到的混合物挤压成型，所述挤压成型分为4个阶段：
第一阶段：在温度为50℃～150℃，压力为0.5MPa～1.5MPa的条件下，挤压1h～3h；
第二阶段：在温度为100℃～300℃，压力为3MPa～5MPa的条件下，挤压2h～4h；
第三阶段：在温度为200℃～350℃，压力为4MPa～7MPa的条件下，挤压3h～6h；
第四阶段：在温度为100℃～300℃，压力为5MPa～8MPa的条件下，挤压2h～4h；
步骤7，将步骤6得到的挤压滤芯在模具内自然降温到20-30℃，得到复合吸附层。
在上述技术方案中，所述步骤1中所述沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝和粘接剂的重量比为(60～80)：(10～25)：(4～10)：(0.1～10)：(4～10)：(5～15)；所述重量比更优选为(65～75)：(12～23)：(5～8)：(0.5～6)：(5～9)：(7～12)；
所述步骤3中纳米铁改性的方法为：
a，常温下将混合粉末在淀粉含量3％-15％、亚铁离子含量1％-10％、pH为7-11的水溶液中浸泡20-30分钟后取出烘干；
b，将步骤a中的烘干粉末在在pH为8-10的硼氢化钠水溶液中浸泡3-15分钟后取出晾干；
c，将步骤b中的晾干粉末在氮气保护条件下以50-130℃/h的升温速率加热至约300-500℃，保温1-5小时，降温至150℃以下，取出自然降温。
在上述技术方案中，所述活性炭层通过以下步骤制备：
活性炭与纳米银溶胶超声10-90min，真空40-80℃下干燥1-5h后，进行挤压成型，其中：活性炭粉末粒径高于200目，纳米银粒子粒径为100-600nm；
挤压成型分为4个阶段：
第一阶段：在温度为50℃～150℃，压力为0.5MPa～1.5MPa的条件下，挤压1h～3h；
第二阶段：在温度为100℃～300℃，压力为3MPa～5MPa的条件下，挤压2h～4h；
第三阶段：在温度为200℃～350℃，压力为4MPa～7MPa的条件下，挤压3h～6h；
第四阶段：在温度为100℃～300℃，压力为5MPa～8MPa的条件下，挤压2h～4h；
得到的挤压滤芯在模具内自然降温到20-30℃，得到活性炭层。
在上述技术方案中，所述复合吸附层的密度为5000kg/m3以上，优选为10000-80000kg/m3，更优选为30000-50000kg/m3；所述活性炭层的密度为5000kg/m3以上，优选为10000-80000kg/m3，更优选为30000-50000kg/m3。
本发明的另一方面，一种过滤器，包括壳体和上下两端密封固定在所述壳体内的如权利要求1-8中任一项所述的复合滤芯，所述壳体的侧壁上形成有进水口，所述壳体的底部形成有出水口，所述壳体与所述复合滤芯之间形成入水通道，所述复合滤芯中心形成供水流流出的中心空腔。
在上述技术方案中，所述壳体内底部设有用于密封固定所述复合滤芯底部的托盘，所述托盘的外缘密封固定于所述壳体的内壁上，所述托盘的中心形成有与所述中心空腔相对应的集水孔，所述壳体顶部固定有密封压紧复合滤芯顶部的压块。
在上述技术方案中，所述壳体包括底部为漏斗形结构的筒体以及可拆卸装配在所述筒体顶部的顶盖，所述托盘为扁圆柱形。
在上述技术方案中，所述顶盖的外部固定有外伸杆。
在上述技术方案中，所述应急供水过滤器还包括位于所述中心空腔内的连接管，所述连接管的顶部封口底部开口，所述连接管的侧壁上形成有多个开孔，所述连接管的底部形成有外螺纹，所述托盘的集水孔上形成有内螺纹，所述连接管的底部通过螺纹连接在所述集水孔内，所述连接管的顶部形成有外螺纹，所述压块的中心形成有为贯通的螺纹孔，所述连接管的顶部通过螺纹连接在所述螺纹孔内。
在上述技术方案中，所述托盘上形成有与所述的吸附滤芯对应的凹槽。
在上述技术方案中，所述的托盘底部形成有加强筋，或者所述集水孔环周形成有加强筋。
在上述技术方案中，所述中心空腔的两端分别形成有上止口和下止口，所述压块为与所述上止口相匹配密封的圆柱形结构，所述托盘上形成有与所述下止口相匹配密封的凸台。
本发明的另一方面，所述过滤器的过滤方法，包括以下步骤：
水在压力作用下通过壳体侧上方的进水口进入壳体，当水注满壳体内壁与复合滤芯外部形成的空间后，在压力驱动下将依次穿过复合滤芯的陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层，净化后进入中心空腔，经由中心空腔、集水孔和出水口排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提出的复合滤芯具有多层过滤结构，克服目前固定床和移动床离子交换法的缺点，具备多重过滤功能，极大地简化了净水工艺，结构简单，操作更换方便，便于搬运和运输，适用于应急供水场景，相对于多种模块复合的方式，本发明利用多层套用的结构，结构更加简单便于运输，可空投，适用于应急情况。
本发明提出的一体式复合滤芯，结构简单，操作更换方便，极大地简化了净水工艺，便于搬运和运输，特别适用于应急供水场景，能够解决目前净水设备多级过滤结构依次串联造成的工艺复杂、结构繁琐、占地面积大、难以实现应急救援情况下快速响应的问题；
本发明提出的一体式复合滤芯具有多层过滤结构，具备多重过滤功能，根据户外复杂水质情况所包含的污染物类型，针对性地设计了涵盖全范围的净化系统，能够去除水中的重金属、有机物、细菌病毒等污染物，将五类及五类以上水源处理成为生活饮用水，相对于现有PP棉、微滤、超滤等多模块串联过滤方式，一支滤芯集成了多种过滤模块功能；
2.相对于反渗透膜分离或离子交换分离而言，本发明提出的复合滤芯阻力小，产水量大，可达1-2t/h,便于应急供水情况下的手动操作，能够及时地为灾区人民和救援人员提供足量的、安全的生活饮用水；
3.本发明所提出的复合滤芯多层结构中，复合吸附层具有去污污染物最核心的功能，该过滤层采用的沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝均为微孔材料，具有丰富发达的孔隙结构，经研磨后粉末粒径目数控制在200目以上，再挤压为高密度的成型材料，吸附滤芯具有吸附表面积大，吸附容量高，吸附效率高的特点；
4.本发明所提出的复合滤芯多层结构中，复合吸附层所用吸附材料发达的微孔结构内有零价铁涂层，在对重金属或放射性核素快速吸附的同时，能够牢固固定金属离子和放射性核素，不会出现析出、脱落的情况，能够保证净化饮用水的安全性；
5.本发明所提出的复合滤芯多层结构中，复合吸附层经高密度挤压工艺成型，滤芯结构致密，机械强度高，在使用中不会出现破损，微粒漏跑的情况，经过研磨和高密度挤压后，单位体积所具有的吸附面积远远高于普通吸附材料，因此对细菌病毒微生物、有机物、余氯、重金属离子、放射性核素的捕捉能力强，吸附速率和吸附容量高；
6.本发明所提出的复合滤芯多层结构中，活性炭层采用高密度挤压活性炭棒，滤芯结构致密，机械强度高，在使用中不会出现破损，微粒漏跑的情况，而且，活性炭经过载银改性处理，具有抑菌功能，能保证净化水不会造成二次污染。
7.本发明的应急供水过滤器结构简单，操作更换方便，便于应急供水情况下的手动操作，能够及时地为灾区人民和救援人员提供足量的、安全的生活饮用水。
附图说明
图1是复合滤芯的剖面图。
图2是复合滤芯立体结构
图3是过滤器结构图。
图4是过滤器剖面图。
其中，1-过滤器，2-壳体，2.1-顶盖，2.2-筒体，3-托盘，4-固定杆，5-压块，6-进水口，7-出水口，8-复合滤芯，8.1-陶瓷层，8.2-复合吸附层，8.3-防护层，8.4-活性炭层
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种应急供水的复合滤芯8，包括多层依次紧密连接的空心圆柱形过滤层，由外及内依次为陶瓷层8.1、复合吸附层8.2、防护层8.3和活性炭层8.4，根据户外复杂水质情况所包含的污染物类型，针对性地设计了涵盖全范围的净化系统，能够去除水中的重金属、有机物、细菌病毒等污染物，将五类及五类以上水源处理成为生活饮用水。
该四层过滤材料所能够实现的净化效果完全涵盖了户外水源的污染物类型，处理后的水是在应急救援情况下可用。特别要强调，本发明的应用场景是应急救援供水，原则是保证水质指标是安全的并且供水量能满足灾区大量灾民的饮用水需求,处理后的水质也就我们现在的自来水水平，而非纯净水等级别。
所述活性炭层中心形成空腔，所述复合吸附层由多孔材料和粘结剂挤压而成，所述防护层的材质为高纯铜锌滤料(KDF)和离子交换树脂(ATS)，KDF和ATS比例为(1：0.2)～(1：30)，所述多孔材料为沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝的一种或多种的混合物。
陶瓷层8.1、复合吸附层8.2、防护层8.3和活性炭层8.4通过粘接剂复合，所述的粘接剂为聚丙烯腈或超高分子量聚乙烯。
更优选地，所述沸石粉为改性沸石粉。具体的为采用10％～15％盐酸处理的改性沸石粉。所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土或两种混合型。进一步优选为钙基膨润土。所述高岭土采用煅烧高岭土。所述氧化铝采用活性氧化铝。所述石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、阴离子改性石墨烯、氧化还原石墨烯中的一种或者多种。进一步优选为氧化石墨烯、阴离子改性石墨烯。
作为优选方式，所述陶瓷层的材料为天然硅藻陶瓷，外表面可清洗，实现滤芯重复使用，不会因长时间使用造成污染物堵塞。
作为优选方式，所述活性炭层的材料为椰壳碳，所述活性碳为载银活性碳。所述活性炭层用于除去水中异味，改善口感。活性炭材料经载银改性处理，具有抑菌功能。活性炭层采用挤压棒状活性炭结构，吸附面积大，吸附容量大。
本发明所采用的活性炭可以为媒质碳或椰壳碳，优选椰壳碳，活性炭粉末粒径高于200目。纳米银粒子粒径为100-600nm。
所述活性炭层通过以下步骤制备：
活性炭与纳米银溶胶超声10-90min，真空40-80℃下干燥1-5h后，进行挤压成型，具体挤压成型分为4个阶段：
第一阶段：在温度为50℃～150℃，压力为0.5MPa～1.5MPa的条件下，挤压1h～3h；
第二阶段：在温度为100℃～300℃，压力为3MPa～5MPa的条件下，挤压2h～4h；
第三阶段：在温度为200℃～350℃，压力为4MPa～7MPa的条件下，挤压3h～6h；
第四阶段：在温度为100℃～300℃，压力为5MPa～8MPa的条件下，挤压2h～4h；
得到的挤压滤芯在模具内自然降温到20-30℃(优选为25℃)，得到活性炭层。
所述活性炭层的密度为5000kg/m3以上，优选为10000-80000kg/m3，更优选为30000-50000kg/m3。
作为优选方式，所述复合吸附层由多孔材料混合物和粘接剂经过研磨、零价铁改性、高密度挤压等工艺制备而成。多孔材料的微孔孔径大小为0.01μm～10μm，研磨后颗粒粒径目数高于200目。所述粘接剂为聚丙烯腈或超高分子量聚乙烯。所述复合吸附层能拦截细菌病毒微生物，能高效吸附余氯和有机物，能高效去除铬、镍、砷、铜、铅等重金属，还能去除放射性核素。
作为优选方式，复合滤芯外径为40mm-160mm，空腔直径为5mm-10mm，陶瓷层(3mm-8mm)、复合吸附层(5mm-30mm)、防护层(5mm-20mm)和活性炭层的厚度为(5mm-20mm)，长度80mm-400mm。
实施例2
所述复合吸附层通过以下步骤：
步骤1，将沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝中的一种或多种混合，得到混合物；
步骤2，将上述混合物进行充分研磨，控制研磨得到的混合粉末的颗粒粒径目数高于200目，优选为300～500目；
步骤3，对步骤2得到的研磨混合物粉末进行纳米铁改性，在混合粉末颗粒微孔内部形成纳米零价铁粒子，得到改性混合粉末；
步骤4，将步骤3得到的改性混合粉末在300℃～500℃的条件下干燥5h～10h；
步骤5，向步骤4得到的干燥改性混合粉末中加入目数高于200目的粘接剂，混合均匀，
步骤6，将步骤5得到的混合物挤压成型，该高密度挤压工艺共有4个阶段：
第一阶段：在温度为50℃～150℃，压力为0.5MPa～1.5MPa的条件下，挤压1h～3h；
第二阶段：在温度为100℃～300℃，压力为3MPa～5MPa的条件下，挤压2h～4h；
第三阶段：在温度为200℃～350℃，压力为4MPa～7MPa的条件下，挤压3h～6h；
第四阶段：在温度为100℃～300℃，压力为5MPa～8MPa的条件下，挤压2h～4h。
经高密度挤压工艺成型(采用此种工艺挤压，滤芯结构致密，密度可以达到5000kg/m3以上，吸附表面积大，吸附容量增大，有害物质在此层几乎全部被拦截，同时吸附层机械强度好，不会有滤料破损，跑漏的情况)，滤芯结构致密，机械强度高，在使用中不会出现破损，微粒漏跑的情况
步骤7，将步骤6得到的挤压滤芯在模具内自然降温到25℃，制备得到复合吸附层。可处理多种细菌、微生物、有机物、重金属以及放射性核素。
作为优选方式，所述步骤1中，所述沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝和粘接剂的重量比为(60～80)：(10～25)：(4～10)：(0.1～10)：(4～10)：(5～15)；所述重量比更优选为(65～75)：(12～23)：(5～8)：(0.5～6)：(5～9)：(7～12)。上述混合均匀整体空间作用范围增大，还有一些场增强效应，具体组分配比可根据物质属性和实际废水的特性而选择。
作为优选方式，所述步骤3中纳米铁改性的方法为：
a，常温下将混合粉末在淀粉含量3％-15％、亚铁离子含量1％-10％、pH为7-11的水溶液中浸泡20-30分钟后取出烘干；
b，将步骤a中的烘干粉末在在pH为8-10的硼氢化钠水溶液中浸泡3-15分钟后取出晾干；
c，将步骤b中的晾干粉末在氮气保护条件下以50-130℃/h的升温速率加热至约300-500℃，保温1-5小时，降温至150℃以下，取出自然降温。
经过零价铁改性后吸附材料发达的微孔结构内有零价铁涂层，在发达的孔隙结构对细菌病毒微生物、有机物、余氯、重金属离子、放射性核素进行快速吸附的同时，零价铁涂层能够牢固固定重金属离子和放射性核素，防止析出、脱落，能够保证净化水的使用安全性
作为优选方式，所述的滤芯(此处主要指经高密度挤压工艺成型的复合吸附层)的密度5000kg/m3以上，如10000-80000kg/m3，优选30000-50000kg/m3。
2.1
一种复合吸附层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，称取改性沸石粉3250g，钙基膨润土750g，煅烧高岭土400g，活性氧化铝350g，氧化石墨烯25g，混合均匀；所述的改性沸石粉为经过10％盐酸处理的改性沸石粉；
步骤2，将混合物进行充分研磨，控制研磨混合粉末颗粒的平均粒径为300目；
步骤3，常温下将混合粉末在淀粉含量5％、亚铁离子含量4％、pH为8的水溶液中浸泡20分钟后取出烘干；
步骤4，将步骤3中的烘干粉末在在pH为8.5的硼氢化钠水溶液中浸泡5分钟后取出晾干；
步骤5，将步骤4中的晾干粉末在氮气保护条件下以100℃/h的升温速率加热至约380℃，保温2.5小时，降温至120℃以下，取出自然降温；
步骤6，将步骤5得到的改性混合粉末在350℃的条件下微波干燥7h；
步骤7，向步骤6得到的干燥改性混合粉末中加入平均粒径300目的超高分子量聚乙烯400g，混合均匀；
步骤8，将步骤7中的混合物在温度为100℃，压力为0.8MPa的条件下，挤压1.5h；
步骤9，将步骤8挤压的材料在温度为230℃，压力为4.5MPa的条件下，继续挤压3.5h；
步骤10，将步骤9挤压的材料在温度为300℃，压力为5MPa的条件下，继续挤压5h；
步骤11，将步骤10挤压的材料在温度为280℃，压力为6MPa的条件下，继续挤压3h；
步骤12，将步骤11得到的挤压滤芯在模具内自然降温到25℃，由此制备得到(可处理多种细菌、微生物、有机物、重金属以及放射性核素的)复合吸附层，其外直径50mm，内直径10mm，长度100mm，密度为26406kg/m3。
2.2
一种复合吸附层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，称取改性沸石粉3000g，钙基膨润土650g，煅烧高岭土350g，活性氧化铝300g，氧化石墨烯15g，混合均匀；
步骤2，将混合物进行充分研磨，控制研磨混合粉末颗粒的平均粒径为300目；
步骤3，常温下将混合粉末在淀粉含量5％、亚铁离子含量4％、pH为7.5的水溶液中浸泡25分钟后取出烘干；
步骤4，将步骤3中的烘干粉末在在pH为9的硼氢化钠水溶液中浸泡4分钟后取出晾干；
步骤5，将步骤4中的晾干粉末在氮气保护条件下以80℃/h的升温速率加热至约420℃，保温3小时，降温至120℃以下，取出自然降温；
步骤6，将步骤5得到的改性混合粉末在400℃的条件下微波干燥6.5h；
步骤7，向步骤6得到的干燥改性混合粉末中加入平均粒径350目的聚丙烯腈120g，混合均匀；
步骤8，将步骤7中的混合物在温度为50℃，压力为0.5MPa的条件下，挤压1h；
步骤9，将步骤8挤压的材料在温度为100℃，压力为4.7MPa的条件下，继续挤压4h；
步骤10，将步骤9挤压的材料在温度为200℃，压力为7MPa的条件下，继续挤压6h；
步骤11，将步骤10挤压的材料在温度为130℃，压力为5MPa的条件下，继续挤压2h；
步骤12，将步骤11得到的挤压滤芯在模具内自然降温到25℃，由此制备得到(可处理多种细菌、微生物、有机物、重金属以及放射性核素的)复合吸附层，其外直径50mm，内直径10mm，长度100mm，密度为23752kg/m3。
实施例3
一种应急供水过滤器1，包括壳体2和固定在所述壳体2内的如实施例1或实施例2所述的复合滤芯，所述复合滤芯中心形成中心空腔，所述壳体的侧壁上形成有进水口6，所述壳体的底部形成有出水口7，所述壳体内底部设有用于固定所述复合滤芯底部的托盘3，所述托盘3的外缘密封固定于所述壳体的内壁上，所述托盘3的中心形成有与所述中心空腔相对应的集水孔，所述壳体顶部固定有密封压紧复合滤芯顶部的压块5。
压块5下压所述复合滤芯顶部，并密封所述空腔的顶部，托盘3用于固定并密封所述复合滤芯的底部，托盘与壳体连接处通过粘接剂粘接，防止托盘上方液体通过间隙流入托盘下方壳体。复合滤芯与压块连接处、复合滤芯与托盘连接处均设有橡胶垫片，起密封作用，进一步避免水路短路。
经过预处理和灭菌的地表水在压力作用下通过壳体侧上方的进水口6进入壳体，当水注满壳体内壁与复合滤芯外部形成的空间后，在压力驱动下将依次穿过复合滤芯的陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层，净化后进入中心空腔，经由中心空腔、集水孔和出水口7排出。
水在穿过复合滤芯8时，其中的微小颗粒和部分细菌被拦截在陶瓷层外侧。细菌病毒微生物、有机物、余氯、重金属离子在复合吸附层的孔隙结构中被捕捉，并被零价铁涂层进一步还原，牢牢固定于微孔中。由于复合吸附层滤芯材料具有发达的孔隙结构，经过研磨和高密度挤压后，单位体积所具有的吸附面积远远高于普通吸附材料，因此对各种污染物的捕捉能力强，吸附速率和吸附容量高，净化效率可以达到99.9％。净化后的水再经过防护层，进一步确保重金属离子的去除效率，并通过活性炭层改善水质口感。
作为优选方式，所述壳体2包括底部为漏斗形结构的筒体2.2以及可拆卸装配在所述筒体顶部的顶盖2.1。所述顶盖与所述筒体顶部螺纹连接，所述进水口6形成在所述筒体的上部侧壁上，所述出水口7形成在所述漏斗形结构的最底部，所述托盘3固定在所述筒体2.2内且位于漏斗形结构的最顶部。
底部为漏斗形的筒体与端盖密封连接后形成一个相对封闭的腔体，将滤芯定位其中实现过滤吸附效果。漏斗形的设置可提高排水效果以及收集效果。
作为优选方式，所述托盘3为扁圆柱形，托盘具有一定的机械强度，能够支撑组合式滤芯，
作为优选方式，所述顶盖2.1的外部设有外伸杆。借助外伸杆旋转所述顶盖2.1，便于顶盖的拆装，外伸杆可设置4个，其与顶盖可设计为一体式，也可设计为拆卸式。
作为优选方式，所述应急供水过滤器还包括位于所述中心空腔内的连接管4，所述连接管的顶部封口底部开口，所述连接管的侧壁上形成有多个开孔，所述连接管的底部形成有外螺纹，所述托盘的集水孔上形成有内螺纹，所述连接管的底部通过螺纹连接在所述托盘上，所述连接管的顶部形成有外螺纹，所述压块的中心形成有为贯通的螺纹孔，所述连接管的顶部通过螺纹连接在所述压块上。
所述连接管为等直径中空薄壁圆柱杆，所述连接管的中上方和中下方设计有4个开孔，开孔轴线与杆轴线方向垂直。工作时，复合滤芯8中心的空腔穿过连接管4置于托盘3上，通过压块5与连接管4顶部的螺纹连接将复合滤芯8压紧于托盘3上。
经过净化的废液进入复合滤芯8的内腔，通过连接管4上的4个开孔进入连接管内腔，进一步通过连接管4A端开口进入筒体2.2下方锥形腔内，通过出水口7排出。
连接管4采用下端与托盘固定连接上端与压块连接的方式，减少了端盖对吸附滤芯的挤压定位要求，提高拆卸安装定位的便利性，尤其避免端盖安装时对吸附滤芯可能造成的密封不良。而且吸附滤芯结构简单，操作更换方便，可大幅减少人员操作、维护工作。可处理多种放射性核素的组合式吸附滤芯结构简单，所需配套应用设备结构简单，占地面积小，能够大量简化现有放射性废液处理吸附工艺流程，便于工业化推广。
作为优选方式，为提高对吸附滤芯的定位效果，所述托盘上形成有与所述的吸附滤芯对应的凹槽，方便安装且利于提高下端的密封效果。同时为提高连接强度，所述的托盘底部形成有加强筋，或者所述集水孔环周形成有加强筋等。
作为优选方式，所述中心空腔的两端分别形成有上止口和下止口，所述压块为与所述上止口相匹配密封的圆柱形结构，所述托盘上形成有与所述下止口相匹配的凹槽。增加迂回式设计，提高密封效果。所述的复合滤芯与托盘间，以及复合滤芯与压块间均设置有密封垫以进一步避免水路短路。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种应急供水的复合滤芯，其特征在于，包括多层依次紧密连接的空心圆柱形过滤层，由外及内依次为陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层，所述活性炭层中心形成空腔，所述复合吸附层由多孔材料和粘结剂挤压而成，所述防护层的材质为KDF和ATS，所述多孔材料为沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝的一种或多种的混合物。
2.如权利要求1所述的复合滤芯，其特征在于，陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层通过粘接剂连接，优选的，所述粘结剂为聚丙烯腈或超高分子量聚乙烯；
所述沸石粉为经由盐酸处理的改性沸石粉，所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土或两种混合型，所述高岭土采用煅烧高岭土，所述氧化铝采用活性氧化铝，所述石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、阴离子改性石墨烯、氧化还原石墨烯中的一种或者多种；
所述陶瓷层的材质为天然硅藻陶瓷；
所述活性炭层的材料为椰壳碳，所述活性碳为载银活性碳；
所述KDF和ATS的比例为(1：0.2)～(1：30)。
3.如权利要求1所述的复合滤芯，其特征在于，所述复合吸附层由多孔材料混合物和粘接剂经过研磨、零价铁改性、高密度挤压而成，所述多孔材料为沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝中的一种或多种混合，所述多孔材料的微孔孔径大小为0.01μm～10μm，研磨后颗粒粒径目数高于200目，所述粘接剂为聚丙烯腈或超高分子量聚乙烯。
4.如权利要求1所述的复合滤芯，其特征在于，所述复合滤芯外径为40-160mm，空腔直径为5-10mm，所述陶瓷层的厚度为3-8mm、复合吸附层的厚度为5-30mm，所述防护层的厚度为5-20mm，所述活性炭层的厚度为5-20mm，所述复合滤芯的长度为80-400mm。
5.如权利要求1所述的复合滤芯，其特征在于，所述复合吸附层通过以下步骤：
步骤1，将沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝中的一种或多种混合，得到混合物；
步骤2，将上述混合物进行充分研磨，控制研磨得到的混合粉末的颗粒粒径目数高于200目，优选为300～500目；
步骤3，对步骤2得到的研磨混合物粉末进行纳米铁改性，在混合粉末颗粒微孔内部形成纳米零价铁粒子，得到改性混合粉末；
步骤4，将步骤3得到的改性混合粉末在300℃～500℃的条件下干燥5h～10h；
步骤5，向步骤4得到的干燥改性混合粉末中加入目数高于200目的粘接剂，混合均匀，
步骤6，将步骤5得到的混合物挤压成型，所述挤压成型分为4个阶段：
第一阶段：在温度为50℃～150℃，压力为0.5MPa～1.5MPa的条件下，挤压1h～3h；
第二阶段：在温度为100℃～300℃，压力为3MPa～5MPa的条件下，挤压2h～4h；
第三阶段：在温度为200℃～350℃，压力为4MPa～7MPa的条件下，挤压3h～6h；
第四阶段：在温度为100℃～300℃，压力为5MPa～8MPa的条件下，挤压2h～4h；
步骤7，将步骤6得到的挤压滤芯在模具内自然降温到20-30℃，得到复合吸附层。
6.如权利要求5所述的复合滤芯，其特征在于，所述步骤1中所述沸石粉、膨润土、高岭土、石墨烯、氧化铝和粘接剂的重量比为(60～80)：(10～25)：(4～10)：(0.1～10)：(4～10)：(5～15)；所述重量比更优选为(65～75)：(12～23)：(5～8)：(0.5～6)：(5～9)：(7～12)；
所述步骤3中纳米铁改性的方法为：
a，常温下将混合粉末在淀粉含量3％-15％、亚铁离子含量1％-10％、pH为7-11的水溶液中浸泡20-30分钟后取出烘干；
b，将步骤a中的烘干粉末在在pH为8-10的硼氢化钠水溶液中浸泡3-15分钟后取出晾干；
c，将步骤b中的晾干粉末在氮气保护条件下以50-130℃/h的升温速率加热至约300-500℃，保温1-5小时，降温至150℃以下，取出自然降温。
7.如权利要求1所述的复合滤芯，其特征在于，所述活性炭层通过以下步骤制备：
活性炭与纳米银溶胶超声10-90min，真空40-80℃下干燥1-5h后，进行挤压成型，其中：活性炭粉末粒径高于200目，纳米银粒子粒径为100-600nm；
挤压成型分为4个阶段：
第一阶段：在温度为50℃～150℃，压力为0.5MPa～1.5MPa的条件下，挤压1h～3h；
第二阶段：在温度为100℃～300℃，压力为3MPa～5MPa的条件下，挤压2h～4h；
第三阶段：在温度为200℃～350℃，压力为4MPa～7MPa的条件下，挤压3h～6h；
第四阶段：在温度为100℃～300℃，压力为5MPa～8MPa的条件下，挤压2h～4h；
得到的挤压滤芯在模具内自然降温到20-30℃，得到活性炭层。
8.如权利要求1所述的复合滤芯，其特征在于，所述复合吸附层的密度为5000kg/m3以上，优选为10000-80000kg/m3，更优选为30000-50000kg/m3；所述活性炭层的密度为5000kg/m3以上，优选为10000-80000kg/m3，更优选为30000-50000kg/m3。
9.过滤器，其特征在于，包括壳体和上下两端密封固定在所述壳体内的如权利要求1-8中任一项所述的复合滤芯，所述壳体的侧壁上形成有进水口，所述壳体的底部形成有出水口，所述壳体与所述复合滤芯之间形成入水通道，所述复合滤芯中心形成供水流流出的中心空腔。
10.一种如权利要求9所述的过滤器，其特征在于，所述壳体内底部设有用于密封固定所述复合滤芯底部的托盘，所述托盘的外缘密封固定于所述壳体的内壁上，所述托盘的中心形成有与所述中心空腔相对应的集水孔，所述壳体顶部固定有密封压紧复合滤芯顶部的压块。
11.一种如权利要求9所述的过滤器，其特征在于，所述壳体包括底部为漏斗形结构的筒体以及可拆卸装配在所述筒体顶部的顶盖，所述托盘为扁圆柱形。
12.如权利要求10所述的过滤器，其特征在于，所述顶盖的外部固定有外伸杆。
13.如权利要求9所述的过滤器，其特征在于，所述应急供水过滤器还包括位于所述中心空腔内的连接管，所述连接管的顶部封口底部开口，所述连接管的侧壁上形成有多个开孔，所述连接管的底部形成有外螺纹，所述托盘的集水孔上形成有内螺纹，所述连接管的底部通过螺纹连接在所述集水孔内，所述连接管的顶部形成有外螺纹，所述压块的中心形成有为贯通的螺纹孔，所述连接管的顶部通过螺纹连接在所述螺纹孔内。
14.如权利要求9所述的过滤器，其特征在于，所述托盘上形成有与所述的吸附滤芯对应的凹槽。
15.如权利要求9所述的过滤器，其特征在于，所述的托盘底部形成有加强筋，或者所述集水孔环周形成有加强筋。
16.如权利要求9所述的过滤器，其特征在于，所述中心空腔的两端分别形成有上止口和下止口，所述压块为与所述上止口相匹配密封的圆柱形结构，所述托盘上形成有与所述下止口相匹配密封的凸台。
17.如权利要求10-16中任一项所述过滤器的过滤方法，其特征在于：
水在压力作用下通过壳体侧上方的进水口进入壳体，当水注满壳体内壁与复合滤芯外部形成的空间后，在压力驱动下将依次穿过复合滤芯的陶瓷层、复合吸附层、防护层和活性炭层，净化后进入中心空腔，经由中心空腔、集水孔和出水口排出。
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