CN1403383A - 活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法及装置 - Google Patents

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Abstract

活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法及装置，涉及一种净化饮用水的方法及设备。本发明是在活性炭纤维滤料上施加电场，使电流直接通过活性碳纤维滤料；然后使待净化水通过活性碳纤维滤料，在电场和流场作用下使水得到净化。由于施加了电场，纤维中有电流存在，有害离子和细菌的运动不再单单由流场决定，而是受到电场和流场的共同作用，在电场作用下产生的电迁移、电泳等动电作用可有效提高水中污染物离子、颗粒及细菌与活性炭纤维的碰撞频率；同时吸附在纤维表面的细菌，受到从活性炭纤维表面通过电流的直接作用，可以破坏细菌的细胞膜结构。因此本发明无需投加杀菌剂，即可有效抑制吸附在活性炭纤维表面上的细菌的生长，实现对细菌的灭活。

Description

活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法及装置
技术领域
本发明涉及一种饮用水净化方法及装置，特别涉及一种利用活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水的方法及设备。
背景技术
活性炭纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)是继粉状、粒状活性炭之后发展起来的新型高效吸附材料，具有成型性好、耐酸碱、导电性强和化学稳定性好等特点。根据制作原料的不同，可分为纤维素系、酚醛系、聚丙烯腈系、沥青系等，并可加工成各种形状，如毡状、纱状、蜂窝状和纤维束状等。活性炭纤维比表面积大，典型值为1000-2000m2/g，孔结构以微孔为主，直接分布在纤维表面，在吸附过程中，分子吸附的途径短，可以直接进入微孔，不象普通活性碳需要经过由大孔、过渡孔构成的较长的吸附通道，吸附量和吸附速率远远优于颗粒活性炭。
目前使用活性炭纤维作为吸附材料的家用饮用水净化器主要是筒状活性炭纤维饮用水净化装置和筒状多层活性炭纤维饮用水净化装置。在利用活性炭纤维吸附水中细菌方面，采取的技术是利用载银活性炭纤维或载碘活性炭纤维，通过在活性炭纤维上加载银和碘等杀灭细菌，还有通过投加杀菌剂来达到灭菌目的。
由于水中有机污染物浓度很低，会导致活性炭纤维吸附速率的下降，而且家用饮用水净化器中水的停留时间很短，不利于活性炭纤维进行吸附。另外水中有机污染物浓度很低会导致活性炭纤维达到吸附平衡点时对应的吸附量很小，往往活性炭纤维只发挥了10％-20％的吸附能力就丧失了其吸附能力，这样就需要更换活性炭纤维，造成极大的浪费。
利用活性炭纤维吸附水中的细菌，细菌并没有被杀死，而是附着在活性炭纤维的表面，而且细菌可以利用吸附在活性炭纤维上的有机物大量繁殖，一旦细菌在活性炭纤维表面形成生物膜，将很难被杀死，而且非常容易发生细菌泄漏，危害人们健康。采用载银活性炭纤维或载碘活性炭纤维可以抑制细菌，但是载银活性炭纤维和载碘活性炭纤维上的银离子和碘离子容易发生泄漏，银离子是重金属离子对人体危害很大，而碘离子虽然是人体必须的元素，但如果过量同样对人体有很大危害。投加灭菌剂的方法导致灭菌剂泄露的隐患更大，更不可取。
发明内容
本发明的目的是提供一种活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法及装置，即利用电动力学与活性炭纤维相结合，协同处理饮用水，实现高效对有害物质及细菌的去除；无需投加杀菌剂，可有效抑制吸附在活性炭纤维表面上的细菌生长。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)先在活炭纤维滤料上施加电场，使电流直接通过活性碳纤维滤料；
(2)然后使待净化水通过活性碳纤维滤料，在电场和流场作用下使水得到净化。
本发明中所述的电场可以采用恒压电场，也可采用脉冲电场。
本发明还提供了一种实施上述活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法的装置，该装置包括入水管，出水管，活性炭纤维滤芯及壳体，其特征在于：在活性炭纤维滤芯两侧放置两个惰性电极，该电极与一稳压电源或脉冲发生器相连。
所述的惰性电极采用石墨电极或铂电极。所述的活性炭纤维滤芯可采用筒状或圆柱状。
本发明由于是在活性炭纤维滤料上施加了电场，纤维中有电流存在，有害离子和细菌的运动不再单单由流场决定，而是受到电场和流场的共同作用，在电场作用下产生的电迁移、电泳等动电作用可有效提高水中污染物离子、颗粒以及细菌与活性炭纤维的碰撞频率，从而提高吸附速率和吸附效果。同时吸附在纤维表面的细菌，受到从活性炭纤维表面通过的电流的直接作用，电流可以破坏细菌的细胞膜结构从而起到杀菌目的。因此本发明无需投加杀菌剂，即可有效抑制吸附在活性炭纤维表面上的细菌的生长，实现对细菌的灭活。
附图说明
图1a为水中颗粒物施加电场前在单一流场作用下的运动示意图。
图2b为水中颗粒物施加电场后在电场和流场共同作用下的运动示意图。
图2为脉冲发生器的电路原理框图。
图3表示以苯酚为有机物的代表，在脉冲电场和恒定电场下，活性炭纤维对水中苯酚的吸附效果比较图。
图4为经过活性炭纤维和电场的协同净化作用，对水中细菌的吸附效果比较图。
图5为经过活性炭纤维和电场的协同净化作用，对水中大肠杆菌的吸附效果比较图。
图6为在有电场和无电场存在的情况下吸附相同数量的细菌，滤芯中存活细菌数量比较图。
图7为本发明提供的实施例装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的工作机理及具体实施方式。
水中颗粒物在施加电场前后运动如附图1a和1b所示，附图1a为单一流场作用下的颗粒运动示意图，附图1b为在电场和流场共同作用下颗粒的运动示意图。从图中可以看出，在有电场存在的条件下更有利于吸附水中的细菌和颗粒，而且细菌吸附在纤维表面，会受到从活性炭纤维表面通过的电流的直接作用，电流可以破坏细菌的细胞膜结构从而起到杀菌目的，有效抑制吸附在活性炭纤维表面上的细菌的生长，实现对细菌的灭活。
本发明利用电动力学与活性炭纤维相结合，协同处理饮用水。将活性炭纤维毡做成筒状滤料，或者直接采用圆柱状活性炭纤维滤芯作为滤料。在滤料两侧安装2个惰性电极，如石墨电极、铂电极等，使用石墨电极比较经济，保证电极与滤料接触良好，将电极连接到电源上，电源可采用恒定稳压电源，也可采用脉冲电源；电压、电流和脉冲电场频率作为主要控制参数，采用稳压电压的最佳范围在10V-40V，优选为30V。由于在脉冲电场下，活性炭纤维表面的微孔结构会产生电容作用，将电压放大，处理效果更好。峰值电压采用10V～40V，其优选值为30V；脉冲频率采用0.1Hz～10Hz，其优选值为0.1Hz～1Hz。为了产生所要求的电压，设计了一个小型脉冲脉冲发生器，原理框图见附图2所示。
以苯酚为有机物的代表，研究了在脉冲电场和恒定电场下，活性炭纤维对水中苯酚的吸附效果。结果见附图3。净水装置运行10、20、30、40、50、60、70、80小时后出水苯酚浓度见下表1。从表中可以看到，相同水利条件下，存在电场的情况下出水苯酚浓度远远低于没有电场的情况。
表1
    运行时间(h) 10.0  20.0  30.0  40.0  50.0  60.0  70.0  80.0
脉冲电场下苯酚出水浓度(mg/L) 0.62  0.75  1.16  1.35  1.35  1.64  1.89  2.18
恒定电场下苯酚出水浓度(mg/L) 0.99  1.30  1.50  1.58  2.09  2.38  2.55  2.68
无电场下苯酚出水浓度(mg/L) 1.60  1.98  2.20  2.39  2.55  2.77  2.95  3.16
图4图5分别表示在活性炭纤维中存在电流的情况下对细菌和大肠杆菌的吸附效果比较图。由于水中的细菌具有负电荷，在活性炭纤维中存在电流的情况下，也可以提高活性炭纤维对水中细菌和大肠杆菌的吸附效果。从图中可以看出，经过活性炭纤维和电场的协同净化，出水效果明显好于仅仅应用活性炭纤维的处理效果，完全达到国家标准：细菌数＜100/mL和大肠杆菌数＜3/L；而且完全由电流完成灭菌，不投加杀菌剂，不会产生毒害。
图6为在有电场和无电场存在的情况下吸附相同数量的细菌，滤芯中存活细菌数量比较图。用去离子水冲洗吸附细菌饱和的活性炭纤维滤芯，测定出水中细菌数，在脉冲电场下，反应器经过12小时运行后，同样满足细菌数＜100/mL的国家标准，而没有电场的情况下细菌大大超标。
图7为提供的一种利用活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水的实施例结构示意图，其饮用水入水方式采用传统的上流式入水。该装置包括入水管1，出水管2，活性碳纤维滤芯7及壳体3，在活性碳纤维滤芯7两侧放置两个惰性电极，电极采用石墨电极，该电极是由片状电极4和柱状电极5组成，片状电极的长度与滤料相同，保证电极与滤料接触良好。通过导线6将电极连接到稳压电源9上，有效电压为10V～40V，水中有机物去除效果明显，出水细菌和大肠杆菌浓度完全达到细菌数＜100/mL和大肠杆菌数＜3/L的国家标准。
本实施例也可采用脉冲电场，使用太阳能电池，要求有效电压12V。将脉冲发生器8连接到太阳能电池上，调节脉冲发生器输出电压和频率，电压采用30V，频率采用0.1Hz，水中有机物得到有效去除，出水细菌和大肠杆菌浓度远远优于细菌数＜100/mL和大肠杆菌数＜3/L的国家标准。

Claims (6)

1.一种活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)先在活性炭纤维滤料上施加电场，使电流直接通过活性碳纤维滤料；
(2)然后使待净化水通过活性碳纤维滤料，在电场和流场作用下使水得到净化。
2.按照权利要求1所述的净化饮用水方法，其特征在于：所述的电场采用恒压电场或脉冲电场。
3.按照权利要求2所述的净化饮用水方法，其特征在于：所述恒压电场的电源电压为10V-40V；脉冲电场的峰值电压为10V～40V，脉冲频率为0.1Hz～10Hz。
4.一种实施如权利要求1所述净化饮用水方法的装置，该装置包括入水管，出水管，活性炭纤维滤芯及壳体，其特征在于：在活性碳纤维滤芯两侧放置两个惰性电极，该电极与一稳压电源或脉冲发生器相连。
5.按照权利要求4所述的净化饮用水装置，其特征在于：所述的惰性电极采用石墨电极或铂电极。
6.按照权利要求4所述的净化饮用水装置，其特征在于：所述的活性炭纤维滤芯采用筒状或圆柱状。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105217744A (zh) * 2015-09-17 2016-01-06 大连理工大学 一种以活性炭纤维作为电吸附材料的圆柱形电吸附过滤装置
CN105217745A (zh) * 2015-10-19 2016-01-06 江门市腾飞科技有限公司 一种利用电场吸附除去水中重金属的净水器滤芯
CN109133271A (zh) * 2018-08-01 2019-01-04 清华大学 便携式电过滤应急净水器
CN111592158A (zh) * 2020-05-30 2020-08-28 佟旭亮 一种共享饮用水方法
CN111717966A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 中国石油化工股份有限公司 硫酸盐还原菌电过滤灭菌装置与石墨烯纳米纤维无纺布及其制备方法
CN113060805A (zh) * 2021-04-01 2021-07-02 山东大学 一种碳纤维太阳能水体净化器及重金属污水的处理方法
CN115159762A (zh) * 2022-07-15 2022-10-11 北京纳米能源与系统研究所 一种电穿孔杀菌净水设备

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105217744A (zh) * 2015-09-17 2016-01-06 大连理工大学 一种以活性炭纤维作为电吸附材料的圆柱形电吸附过滤装置
CN105217745A (zh) * 2015-10-19 2016-01-06 江门市腾飞科技有限公司 一种利用电场吸附除去水中重金属的净水器滤芯
CN109133271A (zh) * 2018-08-01 2019-01-04 清华大学 便携式电过滤应急净水器
CN109133271B (zh) * 2018-08-01 2024-03-22 清华大学 便携式电过滤应急净水器
CN111717966A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 中国石油化工股份有限公司 硫酸盐还原菌电过滤灭菌装置与石墨烯纳米纤维无纺布及其制备方法
CN111717966B (zh) * 2019-03-20 2022-06-17 中国石油化工股份有限公司 硫酸盐还原菌电过滤灭菌装置与石墨烯纳米纤维无纺布及其制备方法
CN111592158A (zh) * 2020-05-30 2020-08-28 佟旭亮 一种共享饮用水方法
CN113060805A (zh) * 2021-04-01 2021-07-02 山东大学 一种碳纤维太阳能水体净化器及重金属污水的处理方法
CN115159762A (zh) * 2022-07-15 2022-10-11 北京纳米能源与系统研究所 一种电穿孔杀菌净水设备
CN115159762B (zh) * 2022-07-15 2023-10-27 北京纳米能源与系统研究所 一种电穿孔杀菌净水设备

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