專利名稱：一種直飲水凈化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水凈化方法和裝置，尤其是直飲水的凈化方法和裝置。
背景技術：
隨著社會經濟的快速發(fā)展，生活和生產污染物排放日益增多，水源水質逐漸惡化， 水中污染物尤其是有機污染物越來越多。水中污染物通常分為三大類，即生物性、物理性和化學性污染物。生物性污染物包括細菌、病毒和寄生蟲。物理性污染物包括懸浮物、熱污染和放射性污染。化學性污染物包括有機和無機化合物。
傳統(tǒng)的水處理技術(如混凝、沉淀、過濾、消毒)去除水中溶解性有機物和痕量污染物質的能力有限，且加氯消毒工藝易導致三鹵甲烷(THMs)等三致物的生成。目前，市面上的直飲水機種類較多，其各自的直接飲用處理技術，不外乎活性炭吸附法、臭氧氧化法和膜分離技術等?，F有直飲水處理技術可能對以上三大類污染物質去除效果不佳，即可能存在對水中的有機物質或者微生物物質或者嗅味物質去除效果甚微，且可能存在耗能大、工藝復雜、運營管理技術要求高等問題。
為此，我們急需一種安全、穩(wěn)定、高效的直接飲用水處理工藝。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種依次經過活性炭吸附、超濾膜過濾、紫外消毒三個步驟的直接飲用水處理方法及其處理設備，通過低能耗、低成本的技術能夠有效解決目前飲用水處理工藝中對痕量污染物去除效果較差與管道二次污染等問題。
本發(fā)明所采用的直接飲用水處理方法為 第一級處理對原水進行活性炭吸附處理(GAC)； 第二級處理對經過第一級處理后的凈水進行超濾膜過濾處理(UF)； 第三級處理對經過第二級處理后的凈水進行紫外消毒處理(UV)； 上述第一級處理所采用的活性炭材料其粒徑為0. 5mm至3. Omm,其碘吸附值彡900mg/g，其充填比重范圍在0. 35g/cm3至0. 70g/cm3 ；所述第一級水處理時原水與活性炭材料的接觸時間為7分鐘到20分鐘。
所述的活性炭采用椰殼顆粒作為材料。
經過活性炭的物理吸附和化學吸附，可以有效地吸附自來水中的小分子量有機物質。
上述第二級處理所采用的超濾膜材料其截留分子量范圍在5道爾頓至10萬道爾頓、孔隙率為77. 80%、接觸角為42° ；更優(yōu)選地，所述的超濾膜材料的截留分子量范圍在5 道爾頓至7萬道爾頓，孔隙率為77. 50%、接觸角為38. 5° ；進一步優(yōu)選地，所述的超濾膜材料的截留分子量范圍在5道爾頓至6萬道爾頓，孔隙率為77.00%、接觸角為32. 4°。上述超濾膜材料材料的平均孔徑均為0. 1715um。
所述的超濾膜采用聚丙稀腈(PAN)、聚偏氟乙稀(PVDF)或聚氯乙稀(PVC)材料制成。
經過超濾膜過濾的凈水，有效去除了懸浮顆粒、膠體、渾濁度和細菌等大分子量有機物質。該工序所需操作壓力較低，膜組件操作管理方便、成本低廉，無需增加任何化學試劑(無化學相變)，尤其是超濾技術的工作條件溫和，且不引起溫度、PH的變化、占地面積小，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。
上述第三級處理所采用的紫外線輻照強度彡90yW/cm2。紫外消毒能夠滅活大多數細菌、病毒、孢子。與化學消毒技術相比，紫外消毒少了有毒、有害化學品的運輸、儲藏和投加過程，且成本比加氯消毒法低很多。
通過上述三種水處理工序，依次去除了自來水中的小分子有機物，懸浮顆粒、膠體、濁度和細菌等大分子量有機物質以及細菌、病毒、孢子，使處理后的凈水能夠到達歐盟直接飲用水的標準。同時，上述三道工序的先后排列次序，最大程度上利用了水處理材料的特性，延長了材料的使用壽命。
本發(fā)明還提供一種直飲水凈化裝置，包括殼體、連接在殼體上的進水口和出水口， 其特征在于，該項裝置還包括第一級炭吸附處理器，第二級超濾膜處理器和第三級紫外線處理器。
所述的直飲水凈化裝置還包括與進水口相連接、可調節(jié)水壓的進水泵。


圖1是本發(fā)明提供的直飲水凈化裝置的總裝示意圖； 圖2是本上明提供的直飲水凈化裝置第二級處理超濾膜過濾處理裝置的橫截面示意圖； 圖3是本發(fā)明提供的直飲水凈化裝置凈化處理流程圖；
具體實施例方式下面根據附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的解釋 如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明包括殼體(1)、連接在殼體(1)上的進水口(2)和出水口(3)，進水口⑵和出水口(3)上分別設有進水開關(21)和出水開關(31)，進水泵 (4)與進水口(2)相連接。第一級炭吸附處理器(5)以椰殼顆粒(51)填充，所述椰殼顆粒的粒度為0. 5mm，碘吸附值為950-970mg/g，充填比重為0. 39-0. 40g/cm3 ；第二級超濾膜處理器(6)以中空的聚丙稀腈超濾膜(61)縱向緊密排列，所述聚丙稀腈超濾膜絲(61)的長度與第二級超濾膜處理器(6)的內腔長度一致，所述聚丙稀腈超濾膜絲(61)的截留分子量為5道爾頓、孔隙率為77. 80%、接觸角為42°、平均孔徑均為0. 1715um ；第三級紫外線處理器(7)中部設有一紫外線燈管，其紫外線強度為153W/cm2的。
打開進水開關(21)，原水從進水口(2)流入，調節(jié)進水泵(4)使自來水水壓穩(wěn)定在彡0. ISMpa的范圍。原水經過水管(8)流入第一級炭吸附處理器(5)，原水流從流入第一級炭吸附處理器(5)到流出的時間，即原水與椰殼顆粒(51)的接觸時間為15分鐘左右，原水中的小分子量有機物質被椰殼顆粒(51)有效吸附；接著，經過第一級處理后的凈水流入第二級超濾膜處理器(6)。原水從聚丙稀腈超濾膜絲(61)的中空孔中流過，在水壓的作用下， 當水流過超濾膜表面時，由于超濾膜表面密布的微孔只允許水及小分子物質通過而體積大于膜表面孔徑的物質則被截留在膜的進液側，從而有效去除了懸浮顆粒、膠體、渾濁度和細菌等大分子量有機物質；然后，經過第二級處理后的凈水進入第三級紫外線處理器(7)，從紫外線燈管周圍的環(huán)形通道流過，在紫外線的照射下，水中大多數細菌、病毒、孢子被滅活。 最后，打開出水口(3)的出口開關(31)，經凈化的優(yōu)質水就可以被直接飲用。
申請人:對上述工藝進行了大量測試，其測試結果如下 試驗中檢測指標所需儀器和檢測方法如表1所示。
表1主要測試指標及所需儀器和方法
原水部分水質參數見表2所示 表2實驗期間部分原水水質參數一覽表
上述三級水處理的濁度去除特性、化學需氧量(CODtfa)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、細菌總數的去除特性如下 1.濁度的去除特性 從圖1可以看出，自來水濁度較高，大部分在1. ONTU以上，這可能是由于自來水廠出水經過管道到達本試驗取樣點后由二次污染引起的。
自來水經過第一級處理的活性炭吸附處理(GAC)后，其濁度由INTU降低到0. 5NTU 以下，從最終出水濁度隨產水量變化的趨勢看，本工藝的運行比較穩(wěn)定，濁度在0. 100NTU 到0. 206NTU范圍內，平均值為0. 155NTU。

圖1各處理步驟對濁度的影響 2.化學需氧量(CODtfa)的去除特性 化學需氧量往往作為衡量水中有機物質含量的重要指標?；瘜W需氧量越大，表明水體所含有機物越多。本試驗過程中各采樣點的化學需氧量(CODtfa)變化如圖2。
從圖2可以看出，自來水的化學需氧量(CODtfa)在2.8mg/L左右，雖然小于國家生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)的標準值(CODtfa < 3mg/L)，但未能達到國家《飲用凈水水質標準》(CJ94-2005)的規(guī)定值(CODtfa < 2mg/L)。自來水經過第一級水處理后的凈水中的化學需氧量(CODtfa)有明顯下降，且達到了國家《飲用凈水水質標準》(CJ94-2005)的規(guī)定值(COD^SZmg/L)。這是因為活性炭比表面積大，具有發(fā)達的孔隙結構，對有機物特別是小分子有機物有良好的吸附性。

圖2各采樣點化學需氧量(CODtfa)隨產水量變化 3.紫外吸光值(UV254)的去除特性 紫外吸光值(UV254)主要代表了腐殖酸類物質，間接反映了水中有機污染的程度。
由圖3可知，自來水進水的紫外吸光值(UV254)均值為0. OSgcnf1，經過第一級水處理后，紫外吸光值(UV254)值急劇下降為O.OHcnf1，平均去除率達到82.7%，經過第二、三級水處理后，紫外吸光值(UV254)仍然保持下降趨勢。

圖3各采樣點紫外吸光值(UV254)隨產水量變化圖 4.氨氮的去除特性 氨氮是水體中的營養(yǎng)素，可導致水富營養(yǎng)化現象產生，是水體中的主要耗氧污染物，飲用水衛(wèi)生規(guī)范中氨氮的限值為0. 5mg/L。
表3實驗各單元氨氮值一覽表

由表3分析可知，總體而言，本發(fā)明所提示的各步驟對氨氮的去除效果較穩(wěn)定。
5.各處理單元出水pH值的分布特性 自來水經過本發(fā)明所示的各道處理工藝后PH值無顯著變化，出水pH比較穩(wěn)定，為 7. 05左右。
6.細菌總數的去除特性 在水質衛(wèi)生學檢驗中，細菌菌落總數(CFU)是指ImL水樣在牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基中經37°C、24h培養(yǎng)后生長出的細菌菌落總數。細菌總數反映了水中需氧菌、兼性厭氧菌和異養(yǎng)菌的密度?？偞竽c菌群最可能數(MPN)是指 2007年7月1日，由國家標準委和衛(wèi)生部聯合發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)強制性國家標準和13項生活飲用水衛(wèi)生檢驗國家標準將正式實施。其中對微生物指標規(guī)定如下 總大腸菌群(總大腸菌群最可能數MPN/100mL或細菌菌落總數CFU/100mL)，不得檢出； 耐熱大腸菌群(總大腸菌群最可能數MPN/100mL或細菌菌落總數CFU/100mL)，不得檢出； 大腸埃希氏菌(總大腸菌群最可能數MPN/100mL或細菌菌落總數CFU/100mL)，不得檢出 菌落總數(細菌菌落總數CFU/mL)，100 ； 經第一、二、三級水處理的細菌菌落總數測定值如表4所示，水樣編號1-4分別代表自來水，第一、二、三級處理后水。
從表4和圖4中可以看出，自來水在經過第二級處理后大部分水樣中細菌總數減少，去除率基本達到100%?？梢?，超濾膜對細菌等微生物具有很強的截留效果。
表4細菌菌落總數(CFU/mL)測定值

圖4細菌總數隨累積水處理量變化趨勢 (注紅色虛線為國家標準) 上述實施例只為說明本發(fā)明之用，而并非是對本發(fā)明的限制，有關領域的普通技術人員，在此基礎上，還可以做出多種變更和改進方案，而不脫離本發(fā)明的精神和保護范圍。本權利要求書中，希望已經包含了符合本發(fā)明實質和范圍的所有這些變更和改進方案。
權利要求
1.一種直飲水凈化方法，其特征在于第一級處理對原水進行活性炭吸附處理；第二級處理對經過第一級處理后的凈水進行超濾膜過濾處理；第三級處理對經過第二級處理后的凈水進行紫外消毒處理；
2 根據權利要求1所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的活性炭的粒徑為 0. 5-3. 0mm，其碘吸附值彡900mg/g，其充填比重范圍在0. 35g/cm3至0. 70g/cm3，所述第一級 水處理時原水與活性炭的接觸時間為7分鐘到20分鐘；
3.根據權利要求2所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的活性炭材料為椰殼顆粒；
4.根據權利要求1所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的超濾膜的截留分 子量范圍在5道爾頓至10萬道爾頓、孔隙率為77. 80%、接觸角為42°，平均孔徑均為 0.1715um ；
5.根據權利要求1所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的超濾膜材料的截留分 子量范圍在5道爾頓至7萬道爾頓，孔隙率為77. 50%、接觸角為38. 5°，平均孔徑均為 0.1715um ；
6.根據權利要求1所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的超濾膜材料的截留分 子量范圍在5道爾頓至5. 5萬道爾頓，孔隙率為77. 00%、接觸角為32. 4°，平均孔徑均為 0. 1715um。
7.根據權利要求4-6任意一項所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的超濾膜材 料為聚丙稀腈、聚偏氟乙稀或聚氯乙稀。
8.根據權利要求1所述的直飲水凈化方法，其特征在于所述的紫線輻照強度 彡 90μ w/cm2。
9.一種直飲水凈化裝置，包括殼體、連接在殼體上的進水口和出水口，其特征在于，該 直飲水凈化裝置還包括第一級炭吸附處理器，第二級超濾膜處理器和第三級紫外線處理 器；
10.根據權利要求9所述的直飲水凈化裝置，其特征在于，所述的直飲水凈化裝置還包 括與進水口相連接、可調節(jié)水壓的進水泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直飲水凈化方法及其裝置。所述的直飲水凈化方法包括三級處理步驟，依次為活性炭吸附、超濾膜過濾和紫外消毒；所述的直飲水凈化裝置，包括殼體、連接在殼體上的進水口和出水口，該項裝置還包括第一級炭吸附處理器，第二級超濾膜處理器和第三級紫外線處理器；本發(fā)明通過低能耗、低成本的技術能夠有效解決目前飲用水常規(guī)處理工藝中痕量污染物去除效果較差與管道二次污染等問題。
文檔編號C02F1/44GK101844850SQ20101019259
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權日2010年6月3日
發(fā)明者李偉英 申請人:同濟大學