CN113577907A - 一种滤料、滤芯及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滤料、滤芯及其应用，属于水处理技术领域。所述滤料，其特征在于，包括天然大理石颗粒。所述滤芯，其特征在于，具有进水口和出水口的滤芯本体，所述滤芯本体内部填充有所述滤料。所述应用，其特征在于，用于直饮水的净化处理。本发明用于直饮健康活水的制备，经处理后到达用户终端的饮用水满足饮用净水水质标准，且满足没有污染、没有退化，符合人体生理需要，pH值呈弱碱性这三个条件的可直接饮用的水。

Description

一种滤料、滤芯及其应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体来说，是一种用于水处理的滤料、滤芯及其应用。
背景技术
直饮水又称为健康活水，指的是没有污染、没有退化，符合人体生理需要(含有人体相近的有益矿质元素)，pH值呈弱碱性这三个条件的可直接饮用的水。
经研究查阅，《2016年宁波农村生活饮用水现状调查及建议》中指出，宁波市下属部分农村地区饮用水厂出口水pH达标率只有72.7％；另外，有研究指出，2016年和2017年广州市农村饮(改)水点pH值的合格率较低，分别为76.32％、75.76％，不合格的均为pH值小于6.5，同时低于其他省份的研究，2009-2011年南昌市农村饮用水pH值的合格率为85.18％。
申请人经实地调查检测，某辖区内乡村100余个直饮水站产出的软水，其pH值低于6.0(呈弱酸性)的可占40％以上；总硬度小于50mg/L的占85％以上，其中小于1.0mg/L的占比30％；溶解性总固体低于100mg/L的占80％以上。
以上可见，目前市面上直饮水站产出的水并未达到直饮水的要求，实质应为软化水。
经分析，导致社区直饮水机出水的pH值、总硬度及溶解性总固体偏低的原因，主要与采用的反渗透制水工艺相关。
当前直饮水站普遍采用的水处理工艺主要是通过RO反渗透膜来有效去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。在反渗透过程中去除了水中的矿物盐类，导致总硬度及溶解性总固体含量下降；而溶解性气体可渗透过膜，致使进水与产水中的CO2含量基本不变。由于CO2的溶入打破了碳酸盐和重碳酸盐的平衡，使HCO3 -和CO3 2-减少了1-2个数量级，从而导致pH值偏低。
对于调节水质pH值的研究中，目前行业主要研究方向集中在利用树脂过滤上，而利用树脂进行过滤则会导致饮用水中矿物元素的更进一步降低，对于人体健康而言是不利的。另外，有中性pH值直饮机的研究，将研究方向放在利用活性炭、麦饭石、电气石等含矿物质的烧结而成的综合滤料，此滤料制作工艺相对复杂，需要进行烧结制成滤料。
为此，寻求一种可以调节水质pH值和矿物元素的滤料及水处理方法具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的之一在于公开一种滤料；目的之二在于提供一种采用所述滤料的滤芯；目的之三在于公开所述滤料在水处理中的用途。
第一方面，本发明提出了一种滤料，根据本发明的实施例，该滤料的特殊之处在于，
包括天然大理石颗粒、天然白云石颗粒中的一种或两种。
所述天然大理石颗粒和天然白云石的粒径为100-150μm，优选粒径为120μm。
第二方面，本发明提出了一种滤芯，根据本发明的实施例，该滤芯包括具有进水口和出水口的滤芯本体，所述滤芯本体内部填充有前述的滤料，由此而使该滤芯具备前述滤料的所具有的特征及优点。
所述滤料为天然大理石颗粒、天然白云石颗粒中的一种或两种。
所述滤料的粒径为100-150μm，优选粒径为120μm。
第三方面，本发明提出了所述滤料在水处理中的两种用途，所述滤料用于调节直饮水pH值的应用，以及所述滤料用于调节矿物元素的应用。
本发明的作用及功能将在本发明具体实施例中的相关过程控制及实验数据中得以验证，以使本领域的技术人员对本发明的创新部分更加充分地了解。
附图说明
图1：四种天然矿物材料有益元素及毒性元素分析结果图；
图2：四种天然矿物材料常量元素及限量元素分析结构图；
图3：四种天然矿物材料的实拍照片；
图4:4-7微米的砂芯漏斗抽滤装置实拍照片；
图5：不同粒径天然大理石处理软化水pH值的变化图；
图6：120微米不同矿物试料pH测定值变化图(矿物量0.5％)；
图7：四种天然矿物材料产水中有益矿物元素及人体常量、限量元素分析结果图。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一、原料的选择
A、离子交换树脂
基于目前调节直饮水pH值的研究方向，本发明首先将研究方向定位在离子交换树脂上。
离子交换树脂最主要的功能是离子交换，并具有吸附、催化、脱水等功能。根据其交换基团的性质分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。
考虑到调节pH值，选定强酸性钠型和D113型大孔弱酸性丙烯酸系氢型阳离子交换树脂两种离子交换树脂过滤，对直饮水的pH值进行实验测试。
本实施例选择的强酸性钠型阳离子树脂，产水pH值可达10以上，呈上升趋势。强酸性钠型树脂在与水中Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附时，每交换一个钙、镁离子时相应的释放一个钠在水中，反应时没有放出H+，所以在碳酸盐下降的同时pH上升，由于钙、镁离子被置换，产水硬度下降，减少了矿物盐类。
D113型弱酸性树脂含弱酸性基团，能在水中离解出H+而呈酸性，树脂离解后余下的负电基团，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。本实例产水pH值低于直饮水原水，呈下降趋势，产水硬度和矿物盐类下降。
B、重质碳酸钙
考虑到既要调节pH值，又不能损失矿物元素，选择不溶入水，并能影响水中CO2、碳酸盐和重碳酸盐的平衡的材料是关键，本研究利用重质碳酸钙对直饮水进行实验，即得到了较理想的弱碱性水。
首先，原料的选择主要围绕安全性、有效性及应用这三个方面，重质碳酸钙为天然矿物原材料属于非水溶性的无机物质，且来源简单、无毒无害、安全环保、无副作用，有利于大规模推广及应用，故本实施例考虑选用天然矿物材料，本实施例通过采集天然矿物材料并对其进行元素分析，最终选定了天然钠长石、天然大理石、天然白云石、天然麦饭石这四种天然矿物材料作为试验原料。
本实施例中的天然钠长石来自于牟平区，主要成分为Na2O·Al2O3·6SiO2；天然大理石来自于莱州市，其主要成分为方解石和天然白云石，主要成分为碳酸钙，次要成分为石英和少量铁氧化物；天然白云石来自于栖霞市，天然白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分，天然白云石的分子式为CaCO3 MgCO3；网购天然麦饭石，其主要化学成分是无机的硅铝酸盐。
本实施例分别对这四种天然矿物材料中的有益元素、常量元素、限量元素及毒性元素进行对比分析，其中，矿石中重金属及有毒有害元素含量天然钠长石＞天然大理石＞天然白云石＞天然麦饭石；有益于人体健康元素含量仍为天然钠长石＞天然大理石＞天然白云石＞天然麦饭石。结果如图1、图2所示。
二、粒径的选择
为了验证滤料的粒径大小对产水pH值存在的影响，本实施例以天然大理石作为原料，对滤料的粒径进行了筛选，选定过程如下：
a、研磨：选用天然大理石，用玛瑙土壤研磨机对其进行研磨过筛，筛分获得45μm、58μm、100μm、120μm、150μm、250μm、380μm不同粒径的试料颗粒；
b、抽滤：将7种不同粒径的试料颗粒分别装入不同的烧杯，在7个烧杯内分别倒入适量的直饮水，然后置于磁力搅拌器上搅拌30分钟后，经4-7μm的砂芯漏斗抽滤；
c、监测：对抽滤后的产水，在10小时内的pH值变化进行连续测定并记录；
d、结果：不同粒径天然大理石处理直饮水pH值的变化如图5所示，经试验确认，粒径为100-150μm的试料，均能达到有效的调节pH值的效果，但以粒径为120μm的试料，其pH值的调节效果最为稳定理想，因此将120μm作为最佳粒径。
三、确定首选料
以下分别对四种天然矿物材料制备成的滤料颗粒对直饮水处理，并对产水的pH值的稳定性和矿物元素的含量进行分析对比，最终确定首选料。
包括以下步骤：
a、研磨：将四种天然矿物材料分别研磨过筛，获得四种粒径为120μm的试料颗粒；
b、抽滤：将粒径为120μm的四种试料颗粒分别装入不同的烧杯，同时取一个空烧杯作为空白对照，在五个烧杯内分别倒入适量的直饮水，然后置于磁力搅拌器上搅拌30分钟后，经4-7μm的砂芯漏斗抽滤，获得五种产水；
c、监测：在此后的10小时内，对五种产水的pH值变化进行连续测定并记录，结果如图6；同时对五种产水进行元素分析并记录，五种产水的元素分析结果如表1及图7所示；
d、结果：经对测定结果进行对比分析，从产水pH值的稳定性和矿物元素的含量分布来看，天然大理石、天然白云石、天然钠长石和天然麦饭石均有一定程度的作用，而本发明中天然钠长石和天然麦饭石产出水中的限量元素铝和铁均超出饮用净水水质标准(CJ94-2005)限值。因此以麦饭石、钠长石作为滤材，存在饮水限量元素超标的风险，因此将天然大理石和天然白云石作为首选料。
Figure BDA0003167682160000071
Figure BDA0003167682160000081
本发明采用天然矿物材料作为滤料，因天然矿物以弱碱性碳酸钙、镁盐为主，钙、镁盐不溶入水，当在CO2存在下可反应生成溶于水的碳酸氢根和钙、镁离子。由于碳酸氢根的溶入，使弱酸性水变为弱碱性水，进而增加了水中的钙、镁离子含量。
本发明所产生的技术效果主要在于以下几个方面：
1、提高直饮水的pH值至弱微碱性。
2、提高直饮水总硬度及溶解性总固体，并提高硒、锂、锌、锶等有益人体健康的矿物元素。
3、选材为天然矿物，属于非水溶性的无机物质，其来源简单、无毒无害、安全环保无毒副作用，有利于大规模范围的推广和应用，不会导致产水中的限量元素超出饮用净水水质标准的限值。
4、天然矿物材料含有硒、锂、锌、锶等有益人体健康的矿物元素，对于人体骨骼形成、脑垂体正常发育、压制心血管和癌症的发生、预防癌症病变等密切相关，有些元素还能够镇静安神、改善造血功能、提高视力等等。
5、天然矿物材料以弱碱性碳酸钙、镁盐为主，钙、镁盐不溶入水，当在CO2存在下可反应生成溶于水的碳酸氢根和钙、镁离子。由于碳酸氢根的溶入，使弱酸性水变为弱碱性水，进而增加了水中的钙、镁离子含量。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种滤料，其特征在于，
包括天然大理石颗粒、天然白云石颗粒中的一种或两种。
2.如权利要求1所述的一种滤料，其特征在于，
所述滤料颗粒的粒径为100-150μm。
3.如权利要求2所述的一种滤料，其特征在于，
所述滤料颗粒的粒径为120μm。
4.一种滤芯，其特征在于，
包括权利要求1-3任一项所述的滤料。
5.如权利要求4所述的一种滤芯，其特征在于，
所述滤芯包括具有进水口和出水口的滤芯本体，所述滤芯本体内部填充有所述滤料。
6.如权利要求5所述的一种滤芯，其特征在于，
所述滤料为天然大理石颗粒、天然白云石颗粒中的一种或两种；
所述滤料的粒径为100-150μm。
7.权利要求1-3所述的滤料调节直饮水pH值的应用。
8.权利要求1-3所述的滤料调节直饮水矿物元素的应用。
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