專利名稱：一種自來水及二次供水的深度凈化方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種自來水深度處理及二次供水的深度凈化方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高和水環(huán)境污染的加劇，飲用水的衛(wèi)生和安全受到越來越多的關(guān)注。根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和飲用水污染的現(xiàn)狀，對飲用水還是在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，以去除水中微量有機(jī)物為目標(biāo)。這樣對飲用水進(jìn)行的深度處理和二次供水的深度凈化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這個(gè)問題已經(jīng)在現(xiàn)代日常生活中越來越被凸現(xiàn)。如山東某地水源受到污染，部分居民出現(xiàn)暈眩、脫發(fā)等癥狀，并導(dǎo)致當(dāng)?shù)匕┌Y發(fā)病率明顯上升。對飲用水水質(zhì)進(jìn)行分析測定，在常規(guī)指標(biāo)檢測中發(fā)現(xiàn)三氯甲烷和四氯化碳超標(biāo)，且飲用水中有機(jī)物綜合指標(biāo)CODMn(化學(xué)耗氧量)為3.6～6.8mg/l，超過歐共體(EEC)標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)大部分水廠都采用氯作為消毒劑進(jìn)行消毒，使用氯消毒的飲用水中含有有害的“消毒副產(chǎn)物”。在消毒過程中，氯與水中殘余的有機(jī)物產(chǎn)生化學(xué)作用，一系列的化合物如三氯甲烷(即氯仿)、溴仿、溴二氯甲烷、氯二溴甲烷等便產(chǎn)生了，現(xiàn)在國內(nèi)外的飲用水廠普遍在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用加臭氧氧化、活性炭吸附的深度處理技術(shù)。而對于二次供水進(jìn)行深度凈化的設(shè)備只有使用普通的混凝土儲(chǔ)水池或不銹鋼材質(zhì)的水箱用作沉淀或儲(chǔ)水之用，再加以傳統(tǒng)的氯氧化劑或紫外線進(jìn)行一般的凈化(如過濾、軟化、礦化、消毒)后經(jīng)管道輸送給用戶；這種方法是很難去除飲用水中含有有害的“消毒副產(chǎn)物”的。隨著新的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的出臺(tái)(2000年)，不少城市的原水即使通過加強(qiáng)常規(guī)處理，甚至增設(shè)生物預(yù)處理設(shè)施，也還不能達(dá)到該規(guī)范的要求，而采用臭氧氧化、活性炭吸附的深度處理工藝雖然處理效果明顯，但基建投資與運(yùn)行費(fèi)用相對較高。
發(fā)明者本人一直致力于自來水凈化以及二次水處理裝置研究和改進(jìn)，且于2004年4月9日申請了名稱為《一種自來水凈化成直飲水方法和裝置》的發(fā)明專利(申請?zhí)?00410026801.1，公開號CN 1569670A)，該發(fā)明針對性較強(qiáng)，對小流量自來水具有較高的凈化效果，但是采用這種方法和裝置具有凈化時(shí)間短，對大流量控制不足的缺陷，因此，當(dāng)面對城市大量供水或者是二次供水時(shí)，該發(fā)明還不足以完全做到自來水及二次供水的深度凈化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維及光催化磁化的自來水及二次供水深度凈化方法和裝置。利用在反應(yīng)床上所設(shè)隔段使待凈化水在其內(nèi)作來回流動(dòng)，保證負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維對微量的小分子量污染物進(jìn)行充分的吸附、分解，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)深度凈化和多級凈化的目的，解決現(xiàn)有技術(shù)中自來水及二次供水的深度凈化問題。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種自來水及二次供水的深度凈化方法，包括以下步驟d、對自來水進(jìn)行磁化軟化處理；e、采用反應(yīng)床對經(jīng)磁化的自來水微污染物進(jìn)行光觸媒凈化處理；f、施用紫外光與光催化劑完成更高級凈化；其特征在于所述步驟b中之光觸媒凈化處理方法是將光觸媒劑負(fù)載在活性碳纖維上，然后在反應(yīng)床上設(shè)置含有該活性碳纖維之濾網(wǎng)和隔板組合件組成隔段，使待凈化水在其隔段中作來回流動(dòng)，完成吸附凈化處理，；所述步驟c中之紫外光與光催化劑處理方法是在上述隔段之間交錯(cuò)排列紫外燈與微孔曝氣頭，使待凈化水在作來回流動(dòng)的過程中完成第二次凈化及吸附質(zhì)的分解；所述光觸媒劑采用活性碳纖維，其單絲直徑10-20μm，斷裂伸長3-5％，強(qiáng)度＞5kg/m，堆積密度0.04-0.06g/cm3，灰份0.5-1.0％，總比孔容0.8-1.2ml/g，孔徑分布20A以下占83.9％、20-40A占6.1％、40-100占6.2％、100A以上占3.8％，比表面積為1300-1800m2/g，液相850-1800mg/g。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的方案還包括一種自來水及二次供水的深度凈化的裝置包括反應(yīng)器箱體，所述反應(yīng)器箱體側(cè)壁外分別裝有進(jìn)水管和出水管，所述的進(jìn)水管外壁套設(shè)有磁環(huán)，其特征是反應(yīng)器箱體內(nèi)腔設(shè)置有至少一塊不銹鋼隔板，形成可連通之隔段，各不銹鋼兩側(cè)面設(shè)有粗孔不銹鋼網(wǎng)狀體，該粗孔不銹鋼網(wǎng)狀體為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間填滿負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維；所述不銹鋼隔板與箱體側(cè)壁之間以及兩不銹鋼隔板之間裝有至少一組以上微孔曝氣頭，各微孔曝氣頭之間裝有至少一組以上紫外線燈管；所述的粗孔不銹鋼網(wǎng)上鍍有光催化劑薄膜。
所述的不銹鋼隔板及粗孔不銹鋼網(wǎng)與箱體之間連接方式為活動(dòng)連接，可采用插槽式連接。
本發(fā)明首先對儲(chǔ)存的自來水進(jìn)行磁化軟化處理，既可以使水質(zhì)得到初步凈化，同時(shí)為后續(xù)之更深一級凈化提供了充分的條件和保障；通過在反應(yīng)床設(shè)置由濾網(wǎng)和隔板組合件組成的隔段，可使經(jīng)強(qiáng)磁場前處理活化過的水在其中做往復(fù)來回流動(dòng)時(shí)，完成吸附處理，充分利用了反應(yīng)器箱體本身的空間，延長了待凈化水在反應(yīng)器內(nèi)的吸附時(shí)間，提高了水凈化程度及凈化率。同時(shí)，在各隔段之間交錯(cuò)排列紫外燈與微孔曝氣頭，可使含有活性碳纖維的吸附反應(yīng)床的吸附量達(dá)到一定程度的時(shí)候，吸附質(zhì)因?yàn)榛钚蕴祭w維上負(fù)載的光觸媒劑通過紫外光的激發(fā)而直接光解和光催化，使其富集的污染物轉(zhuǎn)化二氧化碳和水，增加了光催化的反應(yīng)時(shí)間，強(qiáng)化了光催化反應(yīng)效果，從而實(shí)現(xiàn)了邊吸附邊分解的功能，既可以完成更高級的凈化，進(jìn)一步提高了凈化率，又解決了活性碳纖維的再生問題，可連續(xù)、循環(huán)使用，提高了設(shè)備的利用率，降低了生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明設(shè)備在濾網(wǎng)與待凈化水接觸的表面上鍍有光催化劑，可提高光催化效果，反應(yīng)床和隔板均采用不繡鋼制造，可提高耐腐蝕性和使用壽命；紫外線燈管管外套耐高壓的石英保護(hù)套管，可用于隔離水而保護(hù)該套管內(nèi)的紫外線燈管，進(jìn)一步提高本發(fā)明的實(shí)用性和可靠性；不銹鋼隔板及粗孔不銹鋼網(wǎng)與箱體之間連接方式采用活動(dòng)連接，可便于不銹鋼隔板及粗孔不銹鋼網(wǎng)的清洗和更換，非常方便。
本發(fā)明在體積較小之反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了自來水及二次供水的多級凈化，凈化效率較高，最終可達(dá)到直飲水以及城市大流量二次供水深度凈化的效果，具有較為廣闊的應(yīng)用前景，推廣價(jià)值高。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)左視示意圖；圖3為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖4為圖3之I-I局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
目前，自來水的有機(jī)污染尤其是有機(jī)鹵代化合物污染受到世界各國的密切關(guān)注。國際經(jīng)濟(jì)合作組織(OECO)與世界衛(wèi)生組織(WHO)曾組織專家對于水中的有機(jī)鹵素化合物的存在形式、毒性、生成機(jī)制與控制方法進(jìn)行了探討與研究，國內(nèi)在給水處理中對去除鹵代烴三氯甲烷的研究也有一定程度的進(jìn)展，而對1，1，2-三氯乙烷的去除還比較陌生。
申請人曾從山東某市常規(guī)供水管網(wǎng)中取三組樣，對水質(zhì)進(jìn)行檢測分析，有六項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)反映在有機(jī)污染的問題。檢測數(shù)據(jù)見表1。
表1 水質(zhì)檢測結(jié)果

*表示此項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)從該市管網(wǎng)水取樣進(jìn)行色--質(zhì)聯(lián)機(jī)檢測及Ames試驗(yàn)，對水中有機(jī)物進(jìn)行定性分析，結(jié)果從管網(wǎng)中檢測出48種有機(jī)物，其中具有生物富集性、三致作用的有機(jī)物9種。Ames試驗(yàn)具有一定的致突變性。
根據(jù)檢測結(jié)果綜合分析，該市管網(wǎng)水已受到有機(jī)污染，尤其是水中具有三氯甲烷、三氯乙烷等有機(jī)氯化合物超標(biāo)嚴(yán)重。三氯乙烷、三氯甲烷同屬有機(jī)鹵低化合物，其“前驅(qū)物質(zhì)”如某些苯酚類化合物、腐殖酸甚至某些藻類的分解或代謝產(chǎn)物，經(jīng)氧化、鹵化、水解后均能生成鹵代烴類化合物，其化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、難降解。研究認(rèn)為，即使低劑量的氯也可產(chǎn)生氯代反應(yīng)，導(dǎo)致氯進(jìn)入有機(jī)化合物中。氯進(jìn)入有機(jī)化合物中增加其親脂性，難溶于水而易溶于脂肪，在人體和生物中積累性強(qiáng)，潛在危害十分大，具有很強(qiáng)的三致作用，均為WHO確認(rèn)的致癌物。因此，確定該市管網(wǎng)水屬于有機(jī)微污染水。
鑒于上述供水領(lǐng)域所存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種自來水及二次供水的深度凈化方法，包括以下步驟1)先對自來水進(jìn)行磁化軟化處理。它是通過將待處理水施以4000到20000高斯的強(qiáng)大磁場，使所產(chǎn)生的磁力線與水流垂直正交，水可在外力作用下以一定的流速通過磁場，作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，自來水中會(huì)產(chǎn)生電荷和使電荷運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)勢，于是水就產(chǎn)生了電流、電位差等物理變化，產(chǎn)生電能，這時(shí)水中有了電荷、電位，就會(huì)改變水本身以及包含在水中其它物質(zhì)的狀態(tài)和性質(zhì)，可完成前處理活化水過程，為下一級凈化作好充分的準(zhǔn)備；2)采用負(fù)載有光觸媒劑的活性碳纖維吸附反應(yīng)床對經(jīng)磁化的自來水微污染物進(jìn)行吸附及光觸媒凈化處理。由于現(xiàn)有技術(shù)中相同的反應(yīng)箱體在凈化過程中是直接從進(jìn)水管中進(jìn)入，出水管流出，反應(yīng)時(shí)間較短，吸附不充分，因此，難以保證較好的凈化效果。本發(fā)明在反應(yīng)床上設(shè)置含有活性碳纖維之濾網(wǎng)和隔板組合件組成隔段，活性碳纖維負(fù)載有光觸媒劑，可使水其隔段中作來回循環(huán)流動(dòng)，在同尺寸的箱體內(nèi)可延長待凈化水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，增加了水流的距離，以保證其雜質(zhì)和污染物充分吸附凈化，提高了凈化率；當(dāng)經(jīng)強(qiáng)磁場前處理活化過的水通過濾網(wǎng)和隔板組合件組成的隔段時(shí)，由于負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維為粘膠基活性碳纖維(Activated Carbon Fibers，ACF)氈耐酸、耐堿，且具有較好的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，其吸附速率比比粒狀活性炭GAC高數(shù)十倍至數(shù)百倍，其吸附量比粒狀活性炭(GAC)大幾倍至十幾倍，對水溶液中的無機(jī)物、染料、有機(jī)物及貴金屬的吸附量比GAC高5-6倍，因此，對低濃度吸附質(zhì)的吸附能力特別優(yōu)良。
3)最后由吸附反應(yīng)床上之活性碳纖維、粗孔不銹鋼網(wǎng)表層上負(fù)載的光催化劑薄膜通過紫外光與光催化劑完成更高級凈化。由于在各隔段之間交錯(cuò)排列紫外燈與微孔曝氣頭，曝氣充氧和光化學(xué)高級氧化處理，可使水質(zhì)得到充分保障。當(dāng)活性碳纖維吸附反應(yīng)床的吸附量達(dá)到一定程度的時(shí)候，吸附質(zhì)因?yàn)榛钚蕴祭w維上負(fù)載的光觸媒劑通過紫外光的激發(fā)而直接光解和光催化，使其富集的污染物轉(zhuǎn)化二氧化碳和水，從而實(shí)了邊吸附邊分解的功能，同時(shí)解決了活性碳纖維飽和后需再生的問題；當(dāng)活性碳纖維吸附濾反應(yīng)床對經(jīng)磁化的自來水微污染物進(jìn)行吸附及光觸媒凈化處理，實(shí)現(xiàn)第一級邊吸附邊光催化的同時(shí)，由于吸附反應(yīng)床上活性碳纖維、粗孔不銹鋼網(wǎng)表層上負(fù)載的光催化劑薄膜在受到紫外線燈管的光波為185nm-254nm的紫外線照射下，其催化劑禁帶上的電子吸收光能而被激發(fā)到導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶有很強(qiáng)負(fù)電的高活性電子，同時(shí)在禁帶上產(chǎn)生帶正電的空穴(h+)，從而產(chǎn)生具有很強(qiáng)活性的電子一一空穴對，半導(dǎo)體光催化劑(TiO2)光生空穴的氧化電位以標(biāo)準(zhǔn)氫電位計(jì)為3.0V，比臭氧的2.07V和氯氣的1.36V高出許多，具有很強(qiáng)的氧化性，高活性的光生空穴具有很強(qiáng)的氧化能力，可以將吸附在半導(dǎo)體表面的OH-和H2O進(jìn)行氧化，生成具有強(qiáng)氧化性·OH自由基。即這些電子一一空穴對遷移到光催化劑薄膜表面后與溶解氧及水發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有高度化學(xué)氧化活性的羥基自由基(·OH)和超氧化物離子，從常用幾種強(qiáng)氧化劑的氧化電位大小順序(F2＞·OH＞O3＞H2O2＞HO2·＞MnO4-＞HClO＞Cl2＞Cr2O72-＞·ClO2)可以看出·OH自由基具有很高的氧化電位，是一種強(qiáng)氧化基團(tuán)，能氧化大多數(shù)的有機(jī)污染物及部分無機(jī)污染物，將各種細(xì)菌、病毒殺滅及將有機(jī)物完全氧化為二氧化碳和水。同時(shí)，空穴本身也可奪取吸附在半導(dǎo)體表面的有機(jī)污染物中的電子，使原本不吸光的物質(zhì)被直接氧化分解，且對氧化物的氧化作用具有廣譜性，OH自由基的電子親和能力可達(dá)到569.3kj，容易攻擊高電子云密度的有機(jī)分子部位，更進(jìn)一步氧化的中間產(chǎn)物，形成氧化還原體系。在光催化反應(yīng)體系中，這兩種氧化方式協(xié)同作用，同時(shí)完成更高級的光催化氧化凈化處理過程。另一方面，電子受體可直接接受光生半導(dǎo)體表面產(chǎn)生的高活性電子而被還原，水體中某些特定污染物一有毒金屬，如Hg2+、Ag1+、Cr6+、Cu2+等也能接受光生半導(dǎo)體表面產(chǎn)生的高活性電子而被還原成無毒的金屬分子。通過本發(fā)明對自來水進(jìn)行多級凈，實(shí)現(xiàn)對自來水水中消毒副產(chǎn)物的烴、鹵代有機(jī)物(包括鹵代脂肪烴、鹵代羧酸、鹵代芳香烴)、羧酸、表面活性劑、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷等有機(jī)物，以及有毒金屬離子等無機(jī)物等達(dá)到完全無機(jī)化，實(shí)現(xiàn)去除如剩余農(nóng)藥、氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等污染物。這樣，待處理自來水去除了各種不同類型的有機(jī)污染物及細(xì)菌、病毒，完成了多級凈化，可供給居民使用。
本發(fā)明根據(jù)上述凈化方法設(shè)計(jì)了一凈化裝置之具體應(yīng)用實(shí)施例。
以下結(jié)合具體實(shí)施例附圖就本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
根據(jù)圖1和圖2以及圖3、圖4的具體實(shí)施例，可以看到本發(fā)明的裝置包括反應(yīng)器箱體1，該反應(yīng)器箱體1的底板采用平板設(shè)計(jì)，側(cè)壁壁板采用沖壓肋板設(shè)計(jì)，其上分別裝有進(jìn)水管3和出水管4，進(jìn)水口處設(shè)置擋流板12，防止水的回流，在進(jìn)水管3外壁套設(shè)有采用SRO6Fe2O3制造的磁環(huán)7，可產(chǎn)生4000到20000高斯的強(qiáng)大磁場。為保證光催化的反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)器箱體1內(nèi)腔設(shè)置有至少一塊可引導(dǎo)水流作往復(fù)式平行流動(dòng)之不銹鋼隔板2，使反應(yīng)器箱體1內(nèi)腔分隔成多個(gè)隔段，形成一反應(yīng)床，水流在其隔段內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)。所述反應(yīng)器箱體1壁板、底板和隔板2均采用3042B不銹鋼板材，避免產(chǎn)生銹蝕；不銹鋼隔板2通過設(shè)置在反應(yīng)器箱體1底部及側(cè)壁的插槽14固定，其兩側(cè)分別設(shè)有粗孔不銹鋼網(wǎng)11，相對于水流之網(wǎng)面上涂刷有納米級光觸媒鍍膜，為方便光觸媒鍍膜的更新，粗孔不銹鋼網(wǎng)11設(shè)計(jì)時(shí)采用插槽式以方便拆裝，亦通過反應(yīng)器箱體1底部及側(cè)壁的插槽14固定。為強(qiáng)化光催化反應(yīng)效果，在反應(yīng)器與箱體1側(cè)壁以及隔斷之間裝有至少一組以上微孔曝氣頭6，氣源為經(jīng)過濾的潔凈空氣；各微孔曝氣頭6之間裝有至少一組以上紫外線燈管5，紫外線燈管5通過與石英保護(hù)套管8相連接的燈管座9固定，石英保護(hù)套管8采用透光率大于85％的高壓石英套管，耐高壓的石英保護(hù)套管8可用于隔離水而保護(hù)該套管內(nèi)的紫外線燈管5；紫外線燈管5接線匯集于橋架與電器控制系統(tǒng)聯(lián)接，電器控制和監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)外置設(shè)計(jì)；在反應(yīng)器箱體1上還有保護(hù)罩13，該保護(hù)罩13采用3042B不銹鋼板材制作，設(shè)計(jì)為可與反應(yīng)器主體方便拆裝式。
在本實(shí)施例中，通過進(jìn)水管3外套設(shè)的磁環(huán)7產(chǎn)生磁場，對自來水進(jìn)行磁化軟化處理，這種單極磁環(huán)7采用SRO6Fe2O3制作，光催化劑由紫外光無影膠水和二氧化鈦粉末所組成，其中各組分的重量百分比如下紫外光無影膠水60-99.5％；二氧化鈦粉末 0.5-40％；其中所用的二氧化鈦粉末的粒徑為3-30nm，有效成份大于98％，采用親水或疏水表面處理。
本實(shí)施例所用的負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維為粘膠基活性碳纖維氈，單絲直徑10-20μm，斷裂伸長3-5％，強(qiáng)度＞5kg/m，堆積密度0.04-0.06g/cm3，灰份0.5-1.0％，總比孔容0.8-1.2ml/g，孔徑分布20 A以下占83.9％、20-40A占6.1％、40-100占6.2％、100A以上占3.8％，比表面積為1300-1800m2/g，吸碘量即液相850-1800mg/g。
在本發(fā)明中，采用光催化反應(yīng)器對經(jīng)磁化的自來水進(jìn)行物理及光化學(xué)凈化處理，首先對儲(chǔ)存的自來水進(jìn)行磁化處理，通過磁環(huán)產(chǎn)生的強(qiáng)磁場把水的分子鏈打斷，使集團(tuán)水分子變成單一水分子，從而降低水的表面張力，軟化水質(zhì)，提高水的溶解性，激活水中的靜態(tài)氧，提高水的含氧量，為后面的光化學(xué)高級氧化處理帶來了方便，由于充磁后的水離子會(huì)產(chǎn)生自旋，使水體保持新鮮，而且水的溶解力、滲透力、吸附力都較強(qiáng)，并保留人體所需的微量礦物質(zhì)，有利于補(bǔ)充人體每天消耗的能量，經(jīng)過這種磁化、曝氣充氧和光化學(xué)高級氧化處理，使水質(zhì)得到充分保障。然后，采用負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維過濾反應(yīng)床對經(jīng)磁化的自來水微污染物進(jìn)行吸附及光觸媒凈化處理，從而實(shí)現(xiàn)了邊吸附邊光催化的目的，同時(shí)解決了活性碳纖維在吸附飽和后的再生問題，在其最后的粗孔不銹鋼網(wǎng)表層上通過施用紫外光與光催化劑完成更高級凈化。這樣，可達(dá)到多級凈化的效果，凈化效率較高，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，通過采用進(jìn)水管外套設(shè)磁環(huán)的磁化處理，以及光催化反應(yīng)器中曝氣充氧和光催化劑薄膜與紫外光同時(shí)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，有效地實(shí)現(xiàn)了這種效率高、成本低的多級凈化，光催化強(qiáng)氧化能實(shí)現(xiàn)對于水中細(xì)菌、病毒及藻類生物迅速殺滅；能實(shí)現(xiàn)對于水中的烴、鹵代有機(jī)物(包括鹵代脂肪烴、鹵代羧酸、鹵代芳香烴)、羧酸、表面活性劑、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷等有機(jī)物，以及氰離子、金屬離子等無機(jī)物等達(dá)到完全無機(jī)化，實(shí)現(xiàn)去除如剩余農(nóng)藥、氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等污染物，這樣，最終達(dá)到城市二次供水深度凈化的效果；光催化反應(yīng)器和隔板均采用不繡鋼制造，可提高耐腐蝕性和使用壽命；紫外燈管外套耐高壓的石英保護(hù)套管，可用于隔離水而保護(hù)該套管內(nèi)的紫外燈，進(jìn)一步提高本發(fā)明的實(shí)用性和可靠性。
本發(fā)明的工作過程如下如圖1、圖2、圖3所示，當(dāng)自來水流經(jīng)過外部套有磁環(huán)7的進(jìn)水管3時(shí)，進(jìn)水管3內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大磁場，磁力線與水流垂直正交，水在外力作用下以一定的流速通過磁場，作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，自來水中會(huì)產(chǎn)生電荷和使電荷運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)勢，使水就產(chǎn)生了電流、電位差等物理變化，形成活化水。
當(dāng)經(jīng)強(qiáng)磁場前處理活化過的水進(jìn)入濾網(wǎng)和隔板組合件組成的隔段時(shí)，水中雜質(zhì)和污染物在流動(dòng)過程中受到濾網(wǎng)夾層中的活性碳纖維吸附，完成第一級凈化；由于濾網(wǎng)上鍍有光催化劑薄膜在受到隔段內(nèi)紫外線燈管5的紫外光激發(fā)光解和微孔曝氣頭6光催化，具有很強(qiáng)的氧化性，可將吸附在活性碳纖維上之OH-和H2O進(jìn)行氧化，能氧化大多數(shù)的有機(jī)污染物及部分無機(jī)污染物，將各種細(xì)菌、病毒殺滅及將有機(jī)物完全氧化為二氧化碳和水。同時(shí)，進(jìn)一步氧化中間產(chǎn)物，形成氧化還原體系。在光催化反應(yīng)體系中，這兩種氧化方式協(xié)同作用，同時(shí)完成更高級的光催化氧化凈化處理過程。這樣，通過對自來水進(jìn)行多級凈化，實(shí)現(xiàn)了對自來水水中消毒副產(chǎn)物的烴、鹵代有機(jī)物(包括鹵代脂肪烴、鹵代羧酸、鹵代芳香烴)、羧酸、表面活性劑、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷等有機(jī)物，以及有毒金屬離子等無機(jī)物等完全無機(jī)化，去除如剩余農(nóng)藥、氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等污染物。
本發(fā)明采用光催化反應(yīng)器光催化凈化處理，包括對自來水進(jìn)行磁化及采用負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維吸附反應(yīng)床對經(jīng)磁化的自來水微污染物進(jìn)行邊吸附邊光催化的第一級凈化及在粗孔不銹鋼網(wǎng)上通過施用紫外光與光催化劑完成更高級凈化的技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)。本試驗(yàn)在山東某市進(jìn)行，原水為管網(wǎng)水。
試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行的參數(shù)(1)進(jìn)水量為最大180L/h，最小60L/h，出水量為最大180L/h，最小60L/h，(2)負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維(ACF)氈重量為1600克，比表面積為1800±100m2/g，(3)吸附反應(yīng)床濾速24--32m.h。(4)反應(yīng)時(shí)間1--5min。(5)UV186紫外燈功率為40w×4＝160W。試驗(yàn)時(shí)，為了驗(yàn)證各不同反應(yīng)時(shí)間的處理效果，反應(yīng)時(shí)間1--5min的出水及相應(yīng)參數(shù)的變化如下。
表2反應(yīng)時(shí)間1min的出水去除效果表

表3反應(yīng)時(shí)間3min的出水去除效果表

表4反應(yīng)時(shí)間5min的出水去除效果表

通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明本發(fā)明無論對色度濁度有較高的去除率，而且對含鹵代烴類化合物(化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、難降解)等消毒副產(chǎn)物及石油化工的污染化合物具有較高的去除率，因此本發(fā)明可應(yīng)用于自來水廠的深度凈化和城市二次供水的深度凈化消毒處理。
本發(fā)明可根據(jù)需要，制成每小時(shí)處理量1-5000立方的家庭用自來水深度凈化裝置或大型的自來水廠用自來水深度凈化裝置及城市二次供水消毒凈化裝置。
權(quán)利要求
1.一種自來水及二次供水的深度凈化方法，包括以下步驟a、對自來水進(jìn)行磁化軟化處理；b、采用反應(yīng)床對經(jīng)磁化的自來水微污染物進(jìn)行吸附及光觸媒凈化處理；c、施用紫外光與光催化劑完成更高級凈化；其特征在于所述步驟b中之吸附及光觸媒凈化處理方法是將光觸媒劑負(fù)載在活性碳纖維上，然后在反應(yīng)床上設(shè)置含有該活性碳纖維之濾網(wǎng)和隔板組合件組成隔段，使待凈化水在其隔段中作來回流動(dòng)，完成吸附凈化處理，；所述步驟c中之紫外光與光催化劑處理方法是在上述隔段之間交錯(cuò)排列紫外燈與微孔曝氣頭，使待凈化水在作來回流動(dòng)的過程中完成第二次凈化及吸附質(zhì)的分解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自來水及二次供水的深度凈化方法，其特征在于所述活性碳纖維單絲直徑10-20μm，斷裂伸長3-5％，強(qiáng)度＞5kg/m，堆積密度0.04-0.06g/cm3，灰份0.5-1.0％，總比孔容0.8-1.2ml/g，孔徑分布20A以下占83.9％、20-40A占6.1％、40-100占6.2％、100A以上占3.8％，比表面積為1300-1800m2/g，液相850-1800mg/g。
3.一種自來水及二次供水深度凈化裝置，包括反應(yīng)器箱體，所述反應(yīng)器箱體側(cè)壁外分別裝有進(jìn)水管和出水管，所述的進(jìn)水管外壁套設(shè)有磁環(huán)，其特征是反應(yīng)器箱體內(nèi)腔設(shè)置有至少一塊不銹鋼隔板，形成可連通之隔段，各不銹鋼兩側(cè)面設(shè)有粗孔不銹鋼網(wǎng)狀體，該粗孔不銹鋼網(wǎng)狀體為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中間填滿負(fù)載光觸媒劑的活性碳纖維；所述不銹鋼隔板與箱體側(cè)壁之間以及兩不銹鋼隔板之間裝有至少一組以上微孔曝氣頭，各微孔曝氣頭之間裝有至少一組以上紫外線燈管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自來水及二次供水的深度凈化裝置，其特征是所述的粗孔不銹鋼網(wǎng)上鍍有光催化劑薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自來水及二次供水的深度凈化裝置，其特征是所述的不銹鋼隔板及粗孔不銹鋼網(wǎng)與箱體之間連接方式為活動(dòng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自來水及二次供水的深度凈化裝置，其特征是所述的不銹鋼隔板及粗孔不銹鋼網(wǎng)與箱體之間連接為插槽式連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種自來水及二次供水的深度凈化方法，其步驟為對自來水進(jìn)行磁化軟化，使待凈化水在其反應(yīng)器箱體內(nèi)所設(shè)含有活性碳纖維之隔段中作來回流動(dòng)時(shí)完成吸附處理，最后通過隔段之間交錯(cuò)排列紫外燈與微孔曝氣頭使待凈化水在作來回流動(dòng)的過程中完成吸附質(zhì)的分解，最終完成更高級凈化。本發(fā)明還包括一種凈化裝置，其特征是進(jìn)水管套設(shè)磁環(huán)，箱體內(nèi)腔設(shè)置不銹鋼隔板和粗孔不銹鋼濾網(wǎng)組成的隔段，通過插槽活動(dòng)連接，反應(yīng)器箱體側(cè)壁以及各隔段之間裝有微孔曝氣頭，各微孔曝氣頭之間裝有紫外線燈管。采用這種方法和裝置，可實(shí)現(xiàn)邊吸附邊分解的凈化方式，達(dá)到了多級凈化的效果，凈化效率較高，最終可達(dá)到直飲水以及城市大流量二次供水深度凈化的效果。
文檔編號C02F1/48GK1709805SQ20051003473
公開日2005年12月21日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者彭云龍 申請人:彭云龍