【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)，具體涉及一種袋裝飲用水多級凈化礦化裝置。

背景技術(shù)：

水是生命之源，水處理技術(shù)隨著科技的發(fā)展在不斷進步。根據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，人類疾病80％與水有關(guān)。有關(guān)資料顯示，我國有24％的人飲用不良水質(zhì)的水，約1000萬人飲用高氟水，3000萬人飲用高硬質(zhì)水，5000萬人飲用高氟化物水，而且每年均呈上升趨勢。國內(nèi)自來水的主要消毒方法是加氯殺菌，雖然能去除大量細菌，達到了衛(wèi)生標準。但此消毒方法無法消除水中存在著的有害物質(zhì)，尤其是水中的重金屬、亞硝酸鹽等成分。同時輸送過程、水塔貯水等造成一定程度的二次污染。將水煮沸(或巴氏加熱消毒)，可以有效地消除輸送過程中產(chǎn)生的細菌或有害微生物，但卻無法除去水中的重金屬、致癌的氯殘留物等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)的攝入，對人體會造成極大危害。因此，生活飲用水需要深度凈化。

砷和鎘均廣泛分布于地殼中，因火山活動等進入自然界，或因礦石、化石燃料的開采、工業(yè)活動等，人為地進入環(huán)境中。海水中也含有大約2ppb的砷和鎘，浮游生物及海藻等會獲取海水中的砷，并積蓄在體內(nèi)。同時，砷和鎘為有毒物質(zhì)，即使攝入低于致死量的超微量砷和鎘，也會出現(xiàn)嘔吐、腹痛、腹瀉等癥狀及肝功能危害、感覺異常等，慢性的砷和鎘攝入則有引發(fā)神經(jīng)障礙、致癌等的危險。因此，在飲用水我們必須盡量去除砷和鎘。

天然礦泉水屬于來自于非公共供水系統(tǒng)的水源，應(yīng)分別符合gb5749中對生活飲用水水源水質(zhì)衛(wèi)生的要求，即:采用地表水為水源時應(yīng)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(gb3838)的要求，采用地下水為水源時應(yīng)符合《地下水質(zhì)量標準》(gb/t14848)要求。這些非公共供水系統(tǒng)的源水經(jīng)處理后，其水質(zhì)應(yīng)達到gb5749的要求，再進入生產(chǎn)包裝飲用水的后續(xù)加工工序。

天然礦泉水中含有豐富的無機礦物成分，諸如鋰、鍶、鋅、硒、溴化物、碘化物、偏硅酸以及其他溶解性固體。上述這些成分均十分有利于健康。然而，純天然的礦泉水中也不可避免地含有或多或少的重金屬成分和有機污染物。目前通用的水處理方法是通過反滲透膜進行，然而反滲透膜會全面去除掉水中的溶解物，使得優(yōu)質(zhì)天然礦泉水變成了普通純凈水，消除了天然礦泉水的保健功效。同時反滲透膜價格高昂，凈化成本高企，制約了其市場前景。同時，天然礦泉水中的成分并不完全契合人體需求。

在這種情況下，采用除了反滲透方式之外的其他廉價凈化工藝，且同時能夠提供口感好且健康的飲用水的方法就迫在眉睫。

cn203284834u公開了反滲透凈化裝置，其廢水浪費嚴重，每生產(chǎn)一升凈水一般要排掉三倍以上的廢水。且制備的是純凈水，并無對身體有益的礦物成分。

文獻cn200420105145.x公開了采用人工復(fù)合錳砂過濾、活性炭過濾處理成為生活飲用水。但錳砂和活性炭并不能有效去除重金屬污染。

文獻cn87216207和cn2009200793347均公開了采用活性炭凈化、遠紅外礦化球過濾、麥飯石礦化處理成為生活飲用水。雖然有礦化裝置，但仍然無法除去其中的重金屬。

本申請人利用福州鼓嶺豐富的礦泉水資源，發(fā)展了袋裝水技術(shù)，袋裝水的飲用是全程密封的，自始至終不與空氣接觸，避免了二次污染，食品級專用復(fù)合膜包裝，能承受極大壓力，不易破損，一次性使用。袋裝水在不少發(fā)達國家已經(jīng)成為飲用水主流產(chǎn)品，我國最早的袋裝水是用于航空領(lǐng)域，目前普通消費者家庭用量還較少。

為了提供符合袋裝水要求的清潔飲用水，本申請人提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、兼具有凈化和礦化作用的多級飲用水處理裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一，在于提供一種袋裝飲用水多級凈化礦化裝置，其包含：第一級粗過濾裝置；第二級微米級過濾裝置；第三級納米級過濾裝置；第四級礦化裝置；高壓泵送裝置；各級閥門以及總控系統(tǒng)。

第一級粗過濾裝置使用一個或多個pp棉過濾裝置，pp棉選自二維或者三維pp棉。優(yōu)選使用兩個、三個或者四個的pp棉，其中第一個pp棉可選用二維pp棉，最后一個選用三維pp棉?；蛘哌x用三個pp棉，第一個和第二個濾芯為5微米pp棉，第三個為1微米pp棉濾芯。

第二級微米級過濾裝置使用一個或者多個活性炭過濾裝置，且活性炭比表面積為800‐2000m²/g，優(yōu)選大于1200m²/g，更優(yōu)選大于1500m²/g?；钚蕴靠蛇x用udf顆粒活性炭和/或cto壓縮活性炭。

第三級納米過濾裝置的濾芯由棒狀或者管狀的納米tio2、納米zno、納米sio2或者納米al2o3組成。

第四級礦化裝置的濾料，其包含以下組分：20‐30份椰殼活性炭、20‐30份遠紅外陶瓷粉末、10‐15份麥飯石、5‐20份木魚石、50‐200份碳質(zhì)隕石、5‐15份除菌劑。

本發(fā)明的目的之二，在于提供一種礦化裝置的濾料，其通過如下步驟進行制備：

a1.將麥飯石、木魚石研磨成顆粒，粒徑1‐5μm，并與椰殼活性炭、遠紅外陶瓷粉末混合均勻；

a2.將上個步驟的混合物加少量去離子水進行均化處理，配置成糊狀，邊攪拌邊加熱到80℃，控制混合料含水率為10‐15％，造粒；

a3.將上述顆粒進行微波輻射，除去多余水分，形成0.2cm直徑的干燥礦化顆粒；

a4.將碳質(zhì)隕石，打碎制成直徑1cm左右的碎塊，與上個步驟的干燥礦化顆粒共混；

a5.將上述濾料進行滅菌干燥后即可作為第四級礦化裝置的濾料。

本發(fā)明的袋裝飲用水多級凈化礦化裝置，其中，各級裝置出水口和進水口均設(shè)置有電磁閥；第一級粗過濾裝置分別與第二級微米級過濾裝置和第三級納米級過濾裝置連接。

第一級粗過濾裝置、第二級微米級過濾裝置、第三級納米級過濾裝置、第四級礦化裝置出水口處均設(shè)置有toc檢測裝置和tds檢測裝置，且檢測值輸入到總控系統(tǒng)中。

在本發(fā)明的一個實施方案中，從第二級微米級過濾裝置出來的水可直接通入第四級礦化裝置中。

在本發(fā)明的一個實施方案中，其中，從第一級粗過濾裝置出來的水可直接通入第四級礦化裝置中。

【附圖說明】

附圖1.飲用水多級凈化礦化裝置布置圖。

附圖標記：

1.高壓泵送裝置；

2.第一級粗過濾裝置；

3.第二級微米級過濾裝置；

4.第三級納米級過濾裝置；

5.第四級礦化裝置；

6.總控系統(tǒng)；

7‐11.toc檢測裝置和tds檢測裝置；

12‐22.閥門。

附圖2.納米tio2管狀物的sem圖。

附圖3.納米zno棒狀物的sem圖。

附圖4.納米sio2棒狀物的sem圖。

【具體實施方式】

本發(fā)明的袋裝飲用水多級凈化礦化裝置，其包含：第一級粗過濾裝置；第二級微米級過濾裝置；第三級納米級過濾裝置；第四級礦化裝置；高壓泵送裝置；各級閥門以及總控系統(tǒng)。

第一級粗過濾裝置使用一個或多個pp棉過濾裝置，pp棉選自二維或者三維pp棉。優(yōu)選使用兩個、三個或者四個的pp棉，其中第一個pp棉可選用二維pp棉，最后一個選用三維pp棉?；蛘哌x用三個pp棉，第一個和第二個濾芯為5微米pp棉，第三個為1微米pp棉濾芯。

第二級微米級過濾裝置使用一個或者多個活性炭過濾裝置，且活性炭比表面積為800‐2000m²/g，優(yōu)選大于1200m²/g，更優(yōu)選大于1500m²/g?；钚蕴靠蛇x用udf顆?；钚蕴亢?或cto壓縮活性炭。

第三級納米過濾裝置的濾芯由棒狀或者管狀的納米tio2、納米zno、納米sio2或者納米al2o3組成。

所述第三級納米過濾濾芯是一種負載了砷離子、鎘離子、鎳離子、鉛離子等有毒金屬離子吸附性化合物的納米結(jié)構(gòu)物。所述有毒金屬離子吸附性化合物能夠優(yōu)先且有選擇性地結(jié)合、置換和/或吸附這些金屬離子。其包括但不限于，鉬酸銨，三氧化二鐵和四氧化三鐵混合物、氧化鈰、四方硫酸鹽纖鐵礦粉等。優(yōu)選鉬酸銨。還優(yōu)選鐵氧化物。

其制備方法為：

在硫酸氧鈦(tioso4)、丙醇、硫酸水溶液的混合溶液中，添加乙醇與季銨鹽表面活性劑制造出納米tio2管狀物。

在zn(oh)2和鹽酸的乙醇溶液中，添加季銨鹽表面活性劑制造出納米zno棒狀物。

在正硅酸乙酯的酸性溶液中，添加季銨鹽表面活性劑制造出納米sio2棒狀物。

在al2(oh)3和硝酸的乙醇溶液中，添加季銨鹽表面活性劑制造出納米al2o3棒狀物。

所述季銨鹽表面活性劑為四乙基溴化銨、芐基三乙基氯化銨、四乙基氯化銨、芐基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、雙十八烷基溴化銨等。

然后在所述納米管狀物或者棒狀物上負載有毒金屬離子吸附化合物。

負載方式為：

在納米管狀物或棒狀物的乙醇或者丙醇溶液中，在30℃下，加入表面活性劑進行攪拌，加熱溶液到45℃，促進溶劑揮發(fā)，最后在真空中干燥。得到粉末狀固體。

將所述固體多次水洗干燥。然后加入有毒金屬離子吸附化合物的溶液中，充分攪拌，水洗，在60℃下進行干燥。獲得負載有有毒金屬離子吸附化合物的納米管狀物或者棒狀物。

第四級礦化裝置的濾料，其包含以下組分：20‐30份椰殼活性炭、20‐30份遠紅外陶瓷粉末、10‐15份麥飯石、5‐20份木魚石、50‐200份碳質(zhì)隕石、5‐15份除菌劑。

所述礦化裝置的濾料，其通過如下步驟進行制備：

a1.將麥飯石、木魚石研磨成顆粒，粒徑1‐5μm，并與椰殼活性炭、遠紅外陶瓷粉末和殼聚糖混合均勻；

a2.將上個步驟的混合物加少量去離子水進行均化處理，配置成糊狀，邊攪拌邊加熱到80℃，控制混合料含水率為10‐15％，造粒；

a3.將上述顆粒進行微波輻射，除去多余水分，形成0.2cm直徑的干燥礦化顆粒；

a4.將碳質(zhì)隕石，打碎制成直徑1cm左右的碎塊，與上個步驟的干燥礦化顆粒共混；

a5.將上述濾料進行滅菌干燥后即可作為第四級礦化裝置的濾料。

麥飯石、木魚石，能夠溶出許多有益于人體健康的無機鹽和微量元素，如鈣、磷、鐵、鎂、銅、鋅、錳、硒、鉻等微量元素和稀土元素，約58種之多；又能把水中的汞、鎘、氰以及細菌和產(chǎn)生惡臭的物質(zhì)吸附掉。與此同時，還可使水調(diào)節(jié)成為適于飲用的酸堿度。

椰殼活性炭能吸咐水中對人體健康威脅最大的氯、異味、異色、異臭物、農(nóng)藥、三氯甲烷以及水中的微粒雜質(zhì)、有機物、阻擋大腸桿菌、化學(xué)物質(zhì)和重金屬元素等有害物質(zhì)

遠紅外陶瓷粉有效地去除自來水中的氯臭、漂白粉臭之類，并且使水大分子團變成小分子團，使水分子之間共振、加速水分子的運動，使水分子活性化、離子化，這種狀態(tài)即是對水進行純化，這種水被人喝了之后不僅口感味道好、并很快被人體吸收、加速人體新陳代謝，促進人體健康，實現(xiàn)保健。

碳質(zhì)隕石不含有重金屬等有害成分，其具有的天然磁場對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、組織代謝、血液、皮膚和毛發(fā)等有一定的影響。通過清華大學(xué)分析中心、北京大學(xué)分析測試中心的核磁共振波譜儀和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，對碳質(zhì)隕石浸泡水和未浸泡的空白對照組進行對比實驗后發(fā)現(xiàn)：飲用水經(jīng)過碳質(zhì)隕石浸泡后，硅含量短時間內(nèi)從0.01微克每毫升上升到2.40微克每毫升。偏硅酸的存在能有效維持人體的電解質(zhì)平衡和生理機能，具有恢復(fù)血管彈性、增加皮膚彈性、促進骨骼發(fā)育等作用。

本發(fā)明的袋裝飲用水多級凈化礦化裝置，其中，各級裝置出水口和進水口均設(shè)置有電磁閥；第一級粗過濾裝置分別與第二級微米級過濾裝置和第三級納米級過濾裝置連接。

第一級粗過濾裝置、第二級微米級過濾裝置、第三級納米級過濾裝置、第四級礦化裝置出水口處均設(shè)置有toc檢測裝置和tds檢測裝置，且檢測值輸入到總控系統(tǒng)中。

根據(jù)下面的示例，可以進一步理解本發(fā)明的這些和其它實施例的功能和優(yōu)點，其說明了本發(fā)明的一種或多種系統(tǒng)和技術(shù)的益處和/或優(yōu)點，但是并不例示本發(fā)明的完全范圍。

[實施例1]第三級納米過濾濾芯的制備

＜納米tio2管狀物的合成方法＞

在三口瓶中，加入硫酸氧鈦(tioso4)17g、丙醇30ml、h2so41m水溶液5ml后混合，獲得乳白色溶液。

在15g乙醇中添加十二烷基三甲基氯化銨的溶解物。tioso4：十二烷基三甲基氯化銨：h2so4的摩爾比為2:1:0.5。將乙醇加熱到45℃，減壓除去溶劑，5分鐘之內(nèi)便能形成膠狀固體。將該固體在400℃下煅燒3小時，除去揮發(fā)性雜質(zhì)。

所獲得的納米管具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)。

＜納米zno棒狀物的合成方法＞

在三口瓶中，加入zn(oh)219g、乙醇30ml、鹽酸1m水溶液5ml后混合，獲得白色溶液。

在15g乙醇中添加十二烷基三甲基氯化銨的溶解物。zno：十二烷基三甲基氯化銨：鹽酸的摩爾比為2:1:0.5。將乙醇加熱到45℃，減壓除去溶劑，5分鐘之內(nèi)便能形成膠狀固體。將該固體在420℃下煅燒3小時，除去揮發(fā)性雜質(zhì)。

所獲得的納米管具有如圖3所示的結(jié)構(gòu)。

＜納米sio2棒狀物的合成方法＞

在三口瓶中，加入正硅酸乙酯17g、鹽酸1m水溶液5ml和30ml去離子水后混合，獲得半透明溶液。

在15g乙醇中添加十二烷基三甲基氯化銨的溶解物。正硅酸乙酯：十二烷基三甲基氯化銨：鹽酸的摩爾比為2:1:0.5。將乙醇加熱到45℃，減壓除去溶劑，5分鐘之內(nèi)便能形成膠狀固體。將該固體在300℃下煅燒3小時，除去揮發(fā)性雜質(zhì)。

所獲得的納米管具有如圖4所示的結(jié)構(gòu)。

＜鉬酸銨負載在納米tio2管狀物上＞

在50ml的乙醇中，加入5g氧化鈦、0.8g雙十八烷基溴化銨后混合攪拌，在35℃下充分攪拌，加熱到45℃進行真空干燥，促進溶劑揮發(fā)。將這樣得到的固體物進行水洗，在45℃下進行常壓干燥。

將所得的固體物混合到在50ml水，然后加入3g的(nh4)6mo7o24.24h2o的溶液中，攪拌12小時。用去離子水進行清洗，并干燥。重復(fù)2次。最后在60℃下進行高真空干燥。

這樣，便獲得(nh4)6mo7o24.24h2o被負載在氧化鈦表面上的濾芯。

＜鉬酸銨負載在納米zno棒狀物上＞

在50ml的乙醇中，加入6g氧化鋅、0.8g雙十八烷基溴化銨后混合攪拌，在35℃下充分攪拌，加熱到45℃進行真空干燥，促進溶劑揮發(fā)。將這樣得到的固體物進行水洗，在45℃下進行常壓干燥。

將所得的固體物混合到在50ml水，然后加入3g的(nh4)6mo7o24.24h2o的溶液中，攪拌12小時。用去離子水進行清洗，并干燥。重復(fù)2次。最后在60℃下進行高真空干燥。

這樣，便獲得(nh4)6mo7o24.24h2o被負載在zno表面上的濾芯。

[實施例2]第四級礦化裝置濾料的制備

30份椰殼活性炭、20份遠紅外陶瓷粉末、15份麥飯石、10份木魚石、100份碳質(zhì)隕石、5份殼聚糖除菌劑。

a1.將麥飯石、木魚石研磨成顆粒，粒徑5μm以下，并與椰殼活性炭、遠紅外陶瓷粉末、殼聚糖混合均勻；

a2.將上個步驟的混合物加少量去離子水進行均化處理，配置成糊狀，邊攪拌邊加熱到80℃，控制混合料含水率為12％，造粒；

a3.將上述顆粒進行微波輻射，除去多余水分，形成0.2cm直徑的干燥礦化顆粒；

a4.將碳質(zhì)隕石，打碎制成直徑1cm左右的碎塊，與上個步驟的干燥礦化顆粒共混；

a5.將上述濾料進行滅菌干燥后即可作為第四級礦化裝置的濾料。

[實施例3]飲用水的凈化

啟動高壓水泵，水流量設(shè)定為500l/h，水依次進入第一級粗過濾裝置、第二級微米級過濾裝置、第三級納米級過濾裝置、第四級礦化裝置。

在取樣點8、9、10和11處得到的水質(zhì)檢測結(jié)果如下：

采樣日期：2017.05.05；收樣日期：2017.05.06；分析日期：2017.05.06‐10；報告日期：2017.05.10

采樣地點：福州鼓嶺

水溫：12℃

檢測單位：福州潤君山泉水有限公司

取樣點8的水是經(jīng)過pp棉初步過濾的水，無固體物質(zhì)；

取樣點9的水經(jīng)過活性炭過濾，除菌除有機雜質(zhì)；

取樣點10的水經(jīng)過納米過濾，除去了重金屬和有毒無機物；

取樣點11的水經(jīng)過礦化，增加了有益成分的含量。

[實施例4]自來水的凈化

啟動高壓水泵，水流量設(shè)定為500l/h，水依次進入第一級粗過濾裝置、第二級微米級過濾裝置、第三級納米級過濾裝置、第四級礦化裝置。

在取樣點8、9、10和11處得到的水質(zhì)檢測結(jié)果如下：

采樣日期：2017.05.05；收樣日期：2017.05.06；分析日期：2017.05.06‐10；報告日期：2017.05.10

采樣地點：福州晉安區(qū)

水溫：16℃

檢測單位：福州潤君山泉水有限公司

取樣點8的水是經(jīng)過pp棉初步過濾的水，無固體物質(zhì)；

取樣點9的水經(jīng)過活性炭過濾，除菌除有機雜質(zhì)；

取樣點10的水經(jīng)過納米過濾，除去了重金屬和有毒無機物；

取樣點11的水經(jīng)過礦化，增加了有益成分的含量。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，上文所述的一些說明性實施例，僅是說明性而非限制性的，本發(fā)明已通過示例的方式將其呈現(xiàn)。許多修改和其它實施例處于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員的范圍內(nèi)，并且該許多修改和其它實施例被設(shè)想為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別地，雖然在本文中呈現(xiàn)的示例中的許多涉及方法動作或系統(tǒng)元件的具體組合，但是應(yīng)當理解的是，可以通過其它方式來組合這些動作和元件以實現(xiàn)相同的目的。

在本文中所描述的參數(shù)和配置是示例性的，并且實際的參數(shù)和/或配置將取決于在其中使用本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的具體應(yīng)用。在不超出使用常規(guī)實驗范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可認識到或者能夠確定針對本發(fā)明具體實施例的等同實施方案。