一种净水装置及制备方法

摘要

本发明公开了一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性碳层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性碳层之间。相对于现有技术，本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性碳层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性碳层之间，这三层的存在可以有很好的絮凝沉淀作用、过滤作用以及协同作用，能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸，而又不会产生溴酸盐或银等有害物质，对水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率可以达到95％以上。

权利要求

1.一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性炭层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性炭层之间，所述沸石的表面附着有聚合氯化铝。

2.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述沸石层中的沸石的粒径小于或者等于840μm。

3.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述硅藻土层中的硅藻土的粒径小于或者等于420μm。

4.根据权利要求3所述的净水装置，其特征在于，所述硅藻土的表面附着有聚合氯化铝。

5.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述活性炭层中的活性炭的粒径小于或者等于2000μm。

6.根据权利要求5所述的净水装置，其特征在于，所述活性炭的表面附着有聚合氯化铝。

7.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，所述沸石层中的沸石的粒径小于或者等于840μm，所述硅藻土层中的硅藻土的粒径小于或者等于420μm，所述活性炭层中的活性炭的粒径小于或者等于2000μm，所述沸石、硅藻土和活性炭的表面均附着有聚合氯化铝。

8.根据权利要求7所述的净水装置，其特征在于，所述沸石、硅藻土和活性炭的重量比为：30～50∶10～30∶30～50。

9.根据权利要求8所述的净水装置，其特征在于，所述硅藻土为硅藻精土。

10.一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置的制备方法，包括如下步骤：a)向滤筒中填充一层沸石；

b)向滤筒中填充一层硅藻土；

c)向滤筒中填充一层活性炭；

所述沸石、硅藻土和活性炭的表面附着有聚合氯化铝。

说明书

一种净水装置及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置及其制备方法，属于水处理领域。

背景技术

[0002] 工业和农业的迅速发展导致水资源遭到严重破坏，工业废水排放到江河、湖泊中，农药、杀虫剂等大量使用以及生活垃圾和生活废水的肆意排放，这些都造成地下水和地表水的水质变差，导致水中产生很多对人体有害的物质。水污染越来越成为影响人们生活的严峻问题。

[0003] 在很多地区，未处理的水中含有溴化物，包括溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸。溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸被认为比氯代乙酸具有更强的DNA氧化损伤能力，对人体的潜在危害更大。这些溴代物主要是由于工业废水、油田含盐废水的排放、溴代甲烷杀虫剂的使用等等而引起的。

[0004] 我国现行的生活饮用水标准中，仅仅对三氯甲烷类中的氯仿作了规定，却没有对溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸做出规定。因为溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸对人体健康的危害性更大，必须十分重视在饮用水中对其的去除。常规的水处理工艺无法达到去除目的。深度净化水处理技术中，对含溴源水预氧化后含溴的氯消毒副产物量会明显上升，如若提高臭氧投加量，虽然可以降低溴化物，但却又生成了有害的溴酸盐，还会将无致突变性的腐殖酸转化成弱突变物。载银活性炭吸附法可去除水中的溴化物，但是往往又使水中银会超标。无论有害物质是溴酸盐还是银，都不是水处理过程中期望出现的物质。

[0005] 目前，还没有一种能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸、而又不会产生上述有害物质的净水装置。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题在于，提供去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，该净水装置能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸，而又不会产生溴酸盐或银等有害物质。

[0007] 为了解决以上的技术问题，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性炭层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性炭层之间。

[0009] 所述沸石层包含沸石。沸石一般以天然沸石最为常用。天然沸石是含水多孔硅酸盐的总称，其结晶结构主要是由硅氧四面体构成，其中部分四价硅离子被三价铝离子取代，导致负电荷过剩，因此结构中有碱金属或碱土金属等平衡电荷的离子，同时沸石架构中有一定孔径的孔腔和孔道，决定了其具有吸附、离子交换等性质。天然沸石经过改性以后效果吸附效果更好。天然沸石的改性可以采用下述方法：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，称取一定质量的沸石，浸泡在一定浓度的改性剂溶液中，充分搅拌不少于2小时，中和后过滤，用去离子水清洗干净，烘干备用。改性剂可以为0.05～0.30mol/L(摩尔/升)的HCl，0.01～0.05mol/L的H2SO4，0.2～1.0mol/L的NaCl，0.05～0.25mol/L的NaOH，或0.03～0.15mol/L的HCl与0.2～1.0mol/L的NaCl的混合溶液。当改性剂为HCl和NaCl混合溶液时，最佳浓度NaCl为0.8mol/L，HCl为0.09mol/L，采用改性剂对沸石进行改性处理的时间通常应不少于2小时，最好不少于4小时，此时可改性充分完全。天然沸石还可以通过如下工艺进行改性处理：将天然沸石粉碎至5～80目，用质量浓度为4～10％的盐酸或硫酸浸渍处理10～20小时，经碳酸钠或苛性碱中和后洗涤，再水煮30～60分钟；将煮沸后的沸石干燥，然后在350～580℃温度下焙烧，然后粉碎至所需要的粒度。沸石经改性处理后，可去除矿物中所含的杂质和可溶物，在矿物结构中刻蚀出丰富的孔隙和孔腔，增大其接触面积，从而提高沸石的吸附、离子交换等性质。作为优选，改性沸石粉为天然斜发沸石粉，粒径可以选择840μm(微米)以下。优选地，沸石的表面附着有聚合氯化铝。聚合氯化铝附着在沸石上的方法可以为：利用聚合氯化铝的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡沸石粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化铝的沸石粉。

[0010] 所述硅藻土层包含硅藻土。硅藻土是由含氧化物很高的硅藻、放射虫或海绵的遗体组成。硅藻骨架中的氧化硅类似于蛋白石或含水的氧化硅，主要由SiO2组成，并含有少量的Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质。硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软，多孔而较轻。硅藻土在我国主要产于浙江省嵊州市。硅藻土中优选使用硅藻精土。硅藻精土是指硅藻土经过选矿，去除粘土、石英砂、碎屑矿物等杂质，使得硅藻品质达到92％以上便是精土。硅藻精土形体内含有1000多个纳米微孔，也是天然的纳米微孔材料，能够吸收超过自身重量
3～4倍的物质。作为一种纳米微孔材料，硅藻精土可以吸附水中多种杂质。硅藻土优选的粒径范围为小于或者等于420μm。优选地，硅藻土的表面附着有聚合氯化铝。聚合氯化铝附着在硅藻土上的方法可以为：利用聚合氯化铝的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡硅藻土粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化铝的硅藻土粉。

[0011] 活性炭是一种多孔性物质，它具有如蜂窝状的孔隙结构、巨大的比表面积、特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源不同活性炭可分为木质活性炭，如椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭等；矿物质原料活性炭，如各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其它原料制成的活性炭，如废橡胶、废塑料等制成的活性炭。其中以椰壳材质为来源的活性炭强度较高、吸附性能较好。优选活性炭的比表面积不低于500平方米/克，更优选不低于1000平方米/克。活性炭可以高效吸附水中的杂质，尤其是医用活性炭，作为通过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量更低，表面积更大，吸附效果也更好。选用医用活性炭直接用于饮用水的处理时效果更好。活性炭的粒径优选为小于或者等于2000μm。优选地，活性炭的表面附着有聚合氯化铝。聚合氯化铝附着在活性炭上的方法可以为：利用聚合氯化铝的稀溶液，浓度在5％以下较为合适，浸泡活性炭粉，然后加热蒸干溶剂水，即可得到表面附着有聚合氯化铝的活性炭粉。

[0012] 一个非常优选的方案是，一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、活性炭层和硅藻土层，所述活性炭层在所述沸石层和硅藻土层之间，所述沸石层中的沸石的粒径小于或者等于840μm，所述硅藻土层中的硅藻土的粒径小于或者等于420μm，所述活性炭层中的活性炭的粒径小于或者等于2000μm，所述沸石、硅藻土和活性炭的表面均附着有聚合氯化铝。针对此方案，更优选地，所述沸石、活性炭和硅藻土的重量比为：30～50：10～30：30～50。如果是硅藻精土粉来代替硅藻土粉则更加优选。

[0013] 虽然上面对本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置中用到的几种原料进行了较为详尽的描述，但是本发明不局限于任何理论，对于此去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置在处理水的过程中的原理或者发生的变化，尚不能确定。本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置可以有效地净化饮水，对水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率可以达到95％以上。

[0014] 优选地，所述滤芯的高度为200～300mm(毫米)。这样的高度有利于操作人员的操作，以及滤芯的更换等操作。

[0015] 优选地，所述滤芯为圆柱形滤芯，圆柱形滤芯的直径为60～100mm。滤芯和滤筒的形状优选为圆柱形，圆柱形的设计没有棱角，可以减少不必要的对操作人员的伤害。也可以为长方体形、正方体形、球形等规则或者不规则的形状。

[0016] 在使用过程中，可以让待净化的水通过本发明所述的净水装置，依次通过滤芯中的沸石层、硅藻土层和活性炭层，出口流出的水便是符合国家卫生标准的水。处理过2～3吨水之后，净水装置的出水流速明显减小，这时可以停止使用，然后对滤芯进行再生处理。
再生处理的具体方式可以为：对于沸石和硅藻土，可以将其利用质量分数9‰左右的氯化钠溶液浸泡1～5h(小时)左右，然后烘干，可以继续使用；对于活性炭，可以用沸水浸煮
0.5h左右，然后沥干，可以继续使用；其中可以适当的替换补充一些新的活性炭。

[0017] 本发明还提供一种去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置的制备方法，包括如下步骤：

[0018] a)向滤筒中填充一层沸石；

[0019] b)向滤筒中填充一层硅藻土；

[0020] c)向滤筒中填充一层活性炭。

[0021] 优选地，所述沸石、硅藻土和活性炭的表面附着有聚合氯化铝。

[0022] 相对于现有技术，本发明所述的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净水装置，包括滤筒和滤芯，所述滤芯包括沸石层、硅藻土层和活性炭层，所述硅藻土层在所述沸石层和活性炭层之间，这三层的存在可以有很好的絮凝沉淀作用、过滤作用以及协同作用，能够有效去除水中的溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸，而又不会产生溴酸盐或银等有害物质，对水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的去除率可以达到95％以上。

具体实施方式

[0023] 为了能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。

[0024] 实施例1

[0025] 1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为80mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

[0026] 2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为60mm；所述改性天然沸石的粒径为420～590μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.09mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌2h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在4％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0027] 3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为60mm；所述改性硅藻土粉的粒径为250～420μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0028] 4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为120mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为178～420μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在2％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.6h，然后蒸干水即可；

[0029] 5)在所述塑料滤筒的下端设置进水口，在上端设置出水口即可。

[0030] 实施例2

[0031] 1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为70mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

[0032] 2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为80mm；所述改性天然沸石的粒径为250～840μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.07mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌1h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0033] 3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为80mm；所述改性硅藻土粉的粒径为250～350μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0034] 4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为80mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为178～1190μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.6h，然后蒸干水即可；

[0035] 5)在所述塑料滤筒的下端设置进水口，在上端设置出水口即可。

[0036] 实施例3

[0037] 1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为90mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

[0038] 2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为70mm；所述改性天然沸石的粒径为178～420μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.05mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌2h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在2％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.7h，然后蒸干水即可；

[0039] 3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为80mm；所述改性硅藻土粉的粒径为25～178μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在5％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.4h，然后蒸干水即可；

[0040] 4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为90mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为104～840μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在3.5％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.9h，然后蒸干水即可；

[0041] 5)在所述塑料滤筒的下端设置进水口，在上端设置出水口即可。

[0042] 实施例4

[0043] 1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为80mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

[0044] 2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为100mm；所述改性天然沸石的粒径为420～590μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.08mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌1.5h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在2.5％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.4h，然后蒸干水即可；

[0045] 3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为70mm；所述改性硅藻土粉的粒径为250～420μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0046] 4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为70mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为178～420μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在2.5％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.3h，然后蒸干水即可；

[0047] 5)在所述塑料滤筒的下端设置进水口，在上端设置出水口即可。

[0048] 实施例5

[0049] 1)加工一个塑料滤筒，滤筒为圆柱形，内径为80mm，壁厚为5mm，高度为250mm；

[0050] 2)在滤筒中填充改性天然沸石粉，填充厚度为90mm；所述改性天然沸石的粒径为89～840μm，并且天然沸石经过这样的处理：先将天然沸石粉用去离子水清洗干净，烘干，然后浸泡在0.1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌1h后，用氢氧化钠溶液中和，过滤并用去离子水冲洗，烘干，然后在4％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0051] 3)在滤筒中填充改性硅藻土粉，填充厚度为70mm；所述改性硅藻土粉的粒径为53～420μm，并且硅藻土粉经过这样的处理：将硅藻土粉浸渍在3％的聚合氯化铝水溶液中浸渍搅拌0.5h，然后蒸干水即可；

[0052] 4)在滤筒中填充活性炭，填充厚度为80mm；所述活性炭为医用活性炭，粒径为19～124μm，并且医用活性炭经过这样的处理：将医用活性炭浸渍在4.5％的聚合氯化铝水溶液中搅拌浸渍0.5h，然后蒸干水即可；

[0053] 5)在所述塑料滤筒的下端设置进水口，在上端设置出水口即可。

[0054] 实施例6

[0055] 利用实施例1～5所制得的滤筒分别对浙江省某县的天然水体进行处理，让待净化的天然水体通过净水装置，从下至上依次通过净水装置的沸石层、硅藻土层和活性炭层，然后对滤出水进行水质监测，具体的实验结果见表1和表2。

[0056] 表1

[0057]测定项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
溴代三卤甲烷含量μ 202 202 202 202 202
g/L(净化前)
溴代三卤甲烷含量μ 4 3 5 2 2
g/L(净化后)

[0058] 表2

[0059]测定项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
溴代卤乙酸含量μ 154 154 154 154 154
g/L(净化前)
溴代卤乙酸含量μ 5 2 3 1 4
g/L(净化后)

[0060] 从表1可以看出，经过本发明所提供的去除水中溴代三卤甲烷、溴代卤乙酸的净