CN201770565U - 一种直饮水净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直饮水净化装置。所述的直饮水净化装置包括三级处理器，依次为第一级炭吸附处理器用以对原水进行活性炭吸附处理；第二级超滤膜处理器用心对经第一级炭吸附处理后的净水进行超滤膜过滤处理；第三级紫外线处理器用以对经过第二级超滤膜处理的净水进行紫外消毒处理。本实用新型通过低能耗、低成本的技术能够有效解决目前饮用水常规处理工艺中痕量污染物去除效果较差与管道二次污染等问题。

Description

一种直饮水净化装置

技术领域：

本实用新型涉及一种水净化装置，尤其是直饮水的净化装置。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，生活和生产污染物排放日益增多，水源水质逐渐恶化，水中污染物尤其是有机污染物越来越多。水中污染物通常分为三大类，即生物性、物理性和化学性污染物。生物性污染物包括细菌、病毒和寄生虫。物理性污染物包括悬浮物、热污染和放射性污染。化学性污染物包括有机和无机化合物。

传统的水处理技术(如混凝、沉淀、过滤、消毒)去除水中溶解性有机物和痕量污染物质的能力有限，且加氯消毒工艺易导致三卤甲烷(THMs)等三致物的生成。目前，市面上的直饮水机种类较多，其各自的直接饮用处理技术，不外乎活性炭吸附法、臭氧氧化法和膜分离技术等。现有直饮水处理装置可能对以上三大类污染物质去除效果不佳，即可能存在对水中的有机物质或者微生物物质或者嗅味物质去除效果甚微，且可能存在耗能大、工艺复杂、运营管理技术要求高等问题。

为此，我们急需一种安全、稳定、高效的直接饮用水处理装置。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种依次经过活性炭吸附、超滤膜过滤、紫外消毒三个步骤的直接饮用水处理方法及其处理装置，该装置能耗低、成本低，且能够有效解决目前饮用水处理工艺中对痕量污染物去除效果较差与管道二次污染等问题。

本实用新型所提供的直饮水净化装置，包括壳体、连接在壳体上的进水口和出水口，该装置还包括第一级炭吸附处理器，第二级超滤膜处理器和第三级紫外线处理器。

所述的第一级炭吸附处理器对原水进行活性炭吸附处理(GAC)；

所述的第二级超滤膜处理器对经过第一级炭吸附处理后的净水进行超滤膜过滤处理(UF)；

所述的第三级紫外线处理器对经过第二级超滤膜处理后的净水进行紫外消毒处理(UV)；

所述第一级炭吸附处理器采用的活性炭材料其粒径为0.5mm至3.0mm，其碘吸附值≥900mg/g，其充填比重范围在0.35g/cm³至0.70g/cm³；

所述的活性炭采用椰壳颗粒作为材料。

经过活性炭的物理吸附和化学吸附，可以有效地吸附自来水中的小分子量有机物质。

所述的第二级超滤膜处理器所采用的超滤膜材料其截留分子量范围在5道尔顿至10万道尔顿、孔隙率为77.80％、接触角为42°；更优选地，所述的超滤膜材料的截留分子量范围在5道尔顿至7万道尔顿，孔隙率为77.50％、接触角为38.5°；进一步优选地，所述的超滤膜材料的截留分子量范围在5道尔顿至6万道尔顿，孔隙率为77.00％、接触角为32.4°。上述超滤膜材料材料的平均孔径均为0.1715um。

所述的超滤膜采用聚丙稀腈(PAN)、聚偏氟乙稀(PVDF)或聚氯乙稀(PVC)材料制成。

经过第二级超滤膜处理器过滤的净水，有效去除了悬浮颗粒、胶体、浑浊度和细菌等大分子量有机物质。该工序所需操作压力较低，膜组件操作管理方便、成本低廉，无需增加任何化学试剂(无化学相变)，尤其是超滤技术的工作条件温和，且不引起温度、pH的变化、占地面积小，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。

所述的第三级紫外线处理器所采用的紫外线辐照强度≥90μw/cm²。紫外消毒能够灭活大多数细菌、病毒、孢子。与化学消毒技术相比，紫外消毒少了有毒、有害化学品的运输、储藏和投加过程，且成本比加氯消毒法低很多。

通过上述三级处理器，依次去除了自来水中的小分子有机物，悬浮颗粒、胶体、浊度和细菌等大分子量有机物质以及细菌、病毒、孢子，使处理后的净水能够到达欧盟直接饮用水的标准。同时，上述三个处理器的先后排列次序，最大程度上利用了水处理材料的特性，延长了材料的使用寿命。

所述的直饮水净化装置还包括与进水口相连接、可调节水压的进水泵，该进水泵用于调整水压以保证原水与所述的第一级炭吸附处理器中活性炭材料的接触时间为7分钟到20分钟。

附图说明：

图1是本实用新型提供的直饮水净化装置的总装示意图；

图2是本上明提供的直饮水净化装置第二级处理超滤膜过滤处理装置的横截面示意图；

具体实施方式：

下面根据附图和实施例对本实用新型做进一步的解释：

如图1和图2所示，本实用新型包括壳体(1)、连接在壳体(1)上的进水口(2)和出水口(3)，进水口(2)和出水口(3)上分别设有进水开关(21)和出水开关(31)，进水泵(4)与进水口(2)相连接。第一级炭吸附处理器(5)以椰壳颗粒(51)填充，所述椰壳颗粒的粒度为0.5mm，碘吸附值为950-970mg/g，充填比重为0.39-0.40g/cm³；第二级超滤膜处理器(6)以中空的聚丙稀腈超滤膜(61)纵向紧密排列，所述聚丙稀腈超滤膜丝(61)的长度与第二级超滤膜处理器(6)的内腔长度一致，所述聚丙稀腈超滤膜丝(61)的截留分子量为5道尔顿、孔隙率为77.80％、接触角为42°、平均孔径均为0.1715um；第三级紫外线处理器(7)中部设有一紫外线灯管，其紫外线强度为153uw/cm²的。

打开进水开关(21)，原水从进水口(2)流入，调节进水泵(4)使自来水水压稳定在≥0.18Mpa的范围。原水经过水管(8)流入第一级炭吸附处理器(5)，原水流从流入第一级炭吸附处理器(5)到流出的时间，即原水与椰壳颗粒(51)的接触时间为15分钟左右，原水中的小分子量有机物质被椰壳颗粒(51)有效吸附；接着，经过第一级处理后的净水流入第二级超滤膜处理器(6)。原水从聚丙稀腈超滤膜丝(61)的中空孔中流过，在水压的作用下，当水流过超滤膜表面时，由于超滤膜表面密布的微孔只允许水及小分子物质通过而体积大于膜表面孔径的物质则被截留在膜的进液侧，从而有效去除了悬浮颗粒、胶体、浑浊度和细菌等大分子量有机物质；然后，经过第二级处理后的净水进入第三级紫外线处理器(7)，从紫外线灯管周围的环形通道流过，在紫外线的照射下，水中大多数细菌、病毒、孢子被灭活。最后，打开出水口(3)的出口开关(31)，经净化的优质水就可以被直接饮用。

申请人对本实用新型提供的水处理装置进行了大量测试，其测试结果如下：

试验中检测指标所需仪器和检测方法如表1所示。

表1  主要测试指标及所需仪器和方法

原水部分水质参数见表2所示：

表2  实验期间部分原水水质参数一览表

上述三级水处理的浊度去除特性、化学需氧量(COD_Mn)去除特性、紫外吸光值(UV₂₅₄)去除特性、氨氮的去除特性、pH值的分布特性、细菌总数的去除特性如下：

1.浊度的去除特性

从图1可以看出，自来水浊度较高，大部分在1.0NTU以上，这可能是由于自来水厂出水经过管道到达本试验取样点后由二次污染引起的。

自来水经过第一级处理的活性炭吸附处理(GAC)后，其浊度由1NTU降低到0.5NTU以下，从最终出水浊度随产水量变化的趋势看，本工艺的运行比较稳定，浊度在0.100NTU到0.206NTU范围内，平均值为0.155NTU。

图1  各处理步骤对浊度的影响

2.化学需氧量(COD_Mn)的去除特性

化学需氧量往往作为衡量水中有机物质含量的重要指标。化学需氧量越大，表明水体所含有机物越多。本试验过程中各采样点的化学需氧量(COD_Mn)变化如图2。

从图2可以看出，自来水的化学需氧量(COD_Mn)在2.8mg/L左右，虽然小于国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)的标准值(COD_Mn≤3mg/L)，但未能达到国家《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)的规定值(COD_Mn≤2mg/L)。自来水经过第一级水处理后的净水中的化学需氧量(COD_Mn)有明显下降，且达到了国家《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)的规定值(COD_Mn≤2mg/L)。这是因为活性炭比表面积大，具有发达的孔隙结构，对有机物特别是小分子有机物有良好的吸附性。

图2  各采样点化学需氧量(COD_Mn)随产水量变化

3.紫外吸光值(UV₂₅₄)的去除特性

紫外吸光值(UV₂₅₄)主要代表了腐殖酸类物质，间接反映了水中有机污染的程度。

由图3可知，自来水进水的紫外吸光值(UV₂₅₄)均值为0.089cm^-1，经过第一级水处理后，紫外吸光值(UV₂₅₄)值急剧下降为0.014cm^-1，平均去除率达到82.7％，经过第二、三级水处理后，紫外吸光值(UV₂₅₄)仍然保持下降趋势。

图3  各采样点紫外吸光值(UV₂₅₄)随产水量变化图

4.氨氮的去除特性

氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，饮用水卫生规范中氨氮的限值为0.5mg/L。

表3  实验各单元氨氮值一览表

由表3分析可知，总体而言，本实用新型所提示的各步骤对氨氮的去除效果较稳定。

5.各处理单元出水pH值的分布特性

自来水经过本实用新型所示的各道处理工艺后pH值无显著变化，出水pH比较稳定，为7.05左右。

6.细菌总数的去除特性

在水质卫生学检验中，细菌菌落总数(CFU)是指1mL水样在牛肉膏蛋白胨琼脂培养基中经37℃、24h培养后生长出的细菌菌落总数。细菌总数反映了水中需氧菌、兼性厌氧菌和异养菌的密度。

2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)强制性国家标准和13项生活饮用水卫生检验国家标准将正式实施。其中对微生物指标规定如下：

总大肠菌群(总大肠菌群最可能数MPN/100mL或细菌菌落总数CFU/100mL)，不得检出；

耐热大肠菌群(总大肠菌群最可能数MPN/100mL或细菌菌落总数CFU/100mL)，不得检出；

大肠埃希氏菌(总大肠菌群最可能数MPN/100mL或细菌菌落总数CFU/100mL)，不得检出；

菌落总数(细菌菌落总数CFU/mL)，100；

经第一、二、三级水处理的细菌菌落总数测定值如表4所示，水样编号1-4分别代表自来水，第一、二、三级处理后水。

从表4和图4中可以看出，自来水在经过第二级处理后大部分水样中细菌总数减少，去除率基本达到100％。可见，超滤膜对细菌等微生物具有很强的截留效果。

表4  细菌菌落总数(CFU/mL)测定值

图4细菌总数随累积水处理量变化趋势

(注：红色虚线为国家标准)

上述实施例只为说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关领域的普通技术人员，在此基础上，还可以做出多种变更和改进方案，而不脱离本实用新型的精神和保护范围。本权利要求书中，希望已经包含了符合本实用新型实质和范围的所有这些变更和改进方案。

Claims (9)

1.一种直饮水净化装置，包括壳体、连接在壳体上的进水口和出水口，其特征在于，该直饮水净化装置还包括：第一级炭吸附处理器用以对原水进行活性炭吸附处理；第二级超滤膜处理器用心对经第一级炭吸附处理后的净水进行超滤膜过滤处理；第三级紫外线处理器用以对经过第二级超滤膜处理的净水进行紫外消毒处理。

2.根据权利要求1所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的活性炭的粒径为0.5-3.0mm，其碘吸附值≥900mg/g，其充填比重范围在0.35g/cm3至0.70g/cm3。

3.根据权利要求2所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的活性炭材料为椰壳颗粒。

4.根据权利要求1所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的超滤膜的截留分子量范围在5道尔顿至10万道尔顿、孔隙率为77.80％、接触角为42°，平均孔径均为0.1715um。

5.根据权利要求1所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的超滤膜材料的截留分子量范围在5道尔顿至7万道尔顿，孔隙率为77.50％、接触角为38.5°，平均孔径均为0.1715um。

6.根据权利要求1所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的超滤膜材料的截留分子量范围在5道尔顿至5.5万道尔顿，孔隙率为77.00％、接触角为32.4°，平均孔径均为0.1715um。

7.根据权利要求4-6任意一项所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的超滤膜材料为聚丙稀腈、聚偏氟乙稀或聚氯乙稀。 

8.根据权利要求1所述的直饮水净化装置，其特征在于：所述的紫外线辐照强度≥90μw/cm²。

9.根据权利要求1所述的直饮水净化装置，其特征在于，所述的直饮水净化装置还包括与进水口相连接、可调节水压的进水泵。 

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