專利名稱：雙層濾料的水過濾裝置、改性濾料及改性濾料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理裝置、水處理裝置中使用的濾料及濾料的制備方法。
背景技術(shù)：
過濾工藝是水處理中的關(guān)鍵工藝，是飲用水處理中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到了出廠水的水質(zhì)問題，是給水處理工藝的重要屏障，它的主要作用是去除水中經(jīng)沉淀后剩余的濁度、微小絮體、微生物、藻類和有機(jī)物。隨著工農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的飲用水水源受到了不同程度的污染，大量的工業(yè)廢水、生活污水及農(nóng)藥等排入水體，里面含有大量的有機(jī)物，不但使水中含有大量的有毒有害物質(zhì)，而且造成了水體不同程度的富營養(yǎng)化，當(dāng)溫度比較高時(shí)，藻類大量的繁殖，由于藻類具有活性且很難被吸附，非常容易穿透濾池，嚴(yán)重影響了出水水質(zhì)。另外由于人為的亂砍濫伐，植被顯著的減少，致使水土流失嚴(yán)重，大量的泥沙及有機(jī)物進(jìn)入水體，一些顆粒(特別是細(xì)小顆粒)與水體中原有的有機(jī)物結(jié)合，使顆粒物表面的zeta電位升高，增加了它的穩(wěn)定性，由于中性pH條件下現(xiàn)有的濾料表面大多帶負(fù)電荷，很難將其截流，特別是在高藻期時(shí)，藻類更容易穿透濾池，引起水廠出水水質(zhì)的惡化。對于某些水體來說現(xiàn)有的工藝已不能滿足人們對水質(zhì)的要求，所以人們想出了很多強(qiáng)化過濾手段，如預(yù)氧化強(qiáng)化過濾、投加助濾劑等，但由于在運(yùn)行過程中增加了運(yùn)行成本難以推廣。改性濾料是一種新興的濾料，它是在載體濾料表面通過物理化學(xué)反應(yīng)涂上一層改性劑，從而改變原濾料顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)，可改善出水水質(zhì)，但當(dāng)進(jìn)水濁度很高時(shí)，由于濾料易堵塞導(dǎo)致水頭損失增加過快而不宜使用，因此改性濾料僅用于過濾較潔凈的水體；而且改性濾料的過濾周期短，嚴(yán)重影響其在實(shí)際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有水過濾處理中藻類難被吸附、易穿透濾池，水中細(xì)小顆粒與水體中原有的有機(jī)物結(jié)合難以截流，改性濾料只適用于較潔凈的水體、且過濾周期短，其它強(qiáng)化過濾手段成本過高的問題，而提供的一種雙層濾料的水過濾裝置、改性濾料及改性濾料的制備方法。雙層濾料的水過濾裝置包括水處理反應(yīng)器和裝在水處理反應(yīng)器內(nèi)的濾料；所述濾料的上層為厚度200mm～400mm的無煙煤濾料層，濾料的下層為厚度500mm～800mm的改性濾料層，其中無煙煤濾料的粒徑為0.8mm～1.8mm，改性濾料的粒徑為0.5mm～2.0mm。改性濾料是由改性劑涂覆在石英砂或陶粒上制得；其中改性劑由鐵的氧化物、鋁的氧化物、錳的氧化物中的一種或幾種混合制得，或者由鐵的氫氧化物、鋁的氫氧化物、錳的氫氧化物中的一種或幾種混合制得。改性濾料的制備方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)①將載體濾料用蒸餾水水洗后烘干；②將硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液中的一種或幾種混合，然后邊攪拌邊加入濃度為200±20g/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)混合液的pH值到7，再將載體濾料放入混合液中攪拌或振蕩20±5min；所述硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳溶液中的一種或幾種混合后的混合液中鹽的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％；③將加入載體濾料的混合液在110±5℃條件下加熱48±2h，待冷卻后用蒸餾水沖洗，直至pH值為中性，即得到改性濾料。改性濾料還可通過以下步驟進(jìn)行制備①將載體濾料用蒸餾水水洗后烘干；②將Fe2O3、Al2O3、新生態(tài)水合二氧化錳三種氧化物粉末中的一種或幾種混合加入蒸餾水制成混合液，再加入載體濾料攪拌或振蕩36～50h；所述混合液中每升蒸餾水加入氧化物粉末共100～900g，氧化物粉末的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％；③將加入載體濾料的混合液在110±5℃條件下加熱48±2h，待冷卻后用蒸餾水沖洗，直至pH值為中性，即得到改性濾料。
本發(fā)明中雙層濾料的水過濾裝置結(jié)構(gòu)簡單，具有可過濾掉水體中的藻類、有機(jī)物、重金屬、水中細(xì)小顆粒與水體中原有的有機(jī)物的結(jié)合物，適用于濁度很高的水體，過濾周期長，成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中改性濾料吸附水中雜質(zhì)的能力優(yōu)于普通濾料的四倍，而且其制備方法簡單，便于應(yīng)用和推廣。


圖1是雙層濾料的水過濾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是改性濾料吸附雜質(zhì)的效果圖，圖3是普通濾料吸附雜質(zhì)的效果圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一參照圖1，本實(shí)施方式為一種雙層濾料的水過濾裝置，它包括水處理反應(yīng)器1和裝在水處理反應(yīng)器1內(nèi)的濾料2；所述濾料2的上層為厚度200mm～400mm的無煙煤濾料層3，濾料2的下層為厚度500mm～800mm的改性濾料層4，其中無煙煤濾料的粒徑為0.8mm～1.8mm，改性濾料的粒徑為0.5mm～2.0mm。
本實(shí)施方式濾料2的上層無煙煤濾料層3可以除去水體中的部分雜質(zhì)，提高過濾裝置的含污能力，有助于提高通過改性濾料層4的水質(zhì)，延長改性濾料層4的過濾周期，降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是改性濾料層4和無煙煤濾料層3均采用不同粒徑進(jìn)行級配，不均勻系數(shù)K80都小于2.0。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二的不同點(diǎn)是改性濾料層4的下面鋪設(shè)承托層5，承托層5由天然卵石或礫石材料構(gòu)成；所述承托層5至少為一層，每層厚度為50～110mm，從上至下天然卵石或礫石材料的粒徑逐層增大。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是承托層5為三層，每層的厚度為80～100mm，從上至下天然卵石或礫石材料的粒徑逐層增大，每層的粒徑分別為2mm～4mm、4mm～6mm、6mm～8mm。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是無煙煤濾料層3的厚度為250mm～350mm，改性濾料層4的厚度為600mm～700mm，其中無煙煤濾料的粒徑為1mm～1.7mm，改性濾料的粒徑為1mm～1.5mm。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或五的不同點(diǎn)是無煙煤濾料層3的厚度為300mm，改性濾料層4的厚度為650mm，其中無煙煤濾料的粒徑為1.4mm，改性濾料的粒徑為1.2mm。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式改性濾料是由改性劑涂覆在石英砂或陶粒上制得；其中改性劑由鐵的氧化物、鋁的氧化物、錳的氧化物中的一種或幾種混合制得，或者由鐵的氫氧化物、鋁的氫氧化物、錳的氫氧化物中的一種或幾種混合制得。
本實(shí)施方式中的改性濾料4-1的整個(gè)表面都吸附水體中的雜質(zhì)6，如圖2所示；而普通濾料7僅是上表面吸附水體中的雜質(zhì)6，如圖3所示；由此可以證明改性濾料4-1吸附水體中雜質(zhì)的能力比普通濾料7強(qiáng)。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式按以下步驟實(shí)現(xiàn)改性濾料的制備①將載體濾料用蒸餾水水洗后烘干；②將硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液中的一種或幾種混合，然后邊攪拌邊加入濃度為200±20g/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)混合液的pH值到7，再將載體濾料放入混合液中攪拌或振蕩20±5min；所述硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳溶液中的一種或幾種混合后的混合液中鹽的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％；③將加入載體濾料的混合液在110±5℃條件下加熱48±2h，待冷卻后用蒸餾水沖洗，直至pH值為中性，即得到改性濾料。
本實(shí)施方式制備的改性濾料的比表面積是普通濾料比表面積的40～50倍，更容易吸附水體中的雜質(zhì)、藻類、有機(jī)物和重金屬，還可以將粒徑較小的雜質(zhì)截留在改性濾料表面的凸凹處，而且在中性水的環(huán)境下改性濾料通常帶正電，又由于大部分水中的顆粒、引第蟲和賈孢子蟲表面都帶有負(fù)電荷，因此改性濾料在吸附水體中的雜質(zhì)和去除引第蟲、賈孢子蟲方面明顯優(yōu)于普通濾料。
本實(shí)施方式第②步中硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳溶液中的一種或幾種混合后的混合液中鹽的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％，混合液中鹽具體的加入量根據(jù)水質(zhì)而定。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是第②步中硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液的濃度都是200～500g/L。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是第②步中硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液的濃度都是300～400g/L。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是第②步中載體濾料為陶粒或石英砂。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是第②步中加入濃度為200g/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)混合液的pH值到7，再將載體濾料放入混合液中攪拌或振蕩20min。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是第③步在110℃條件下加熱48h。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式按以下步驟實(shí)現(xiàn)改性濾料的制備①將載體濾料用蒸餾水水洗后烘干；②將Fe2O3、Al2O3、新生態(tài)水合二氧化錳三種氧化物粉末中的一種或幾種混合加入蒸餾水制成混合液，再加入載體濾料攪拌或振蕩36～50h；所述混合液中每升蒸餾水加入氧化物粉末共100～900g，氧化物粉末的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％；③將加入載體濾料的混合液在11O±5℃條件下加熱48±2h，待冷卻后用蒸餾水沖洗，直至pH值為中性，即得到改性濾料。
本實(shí)施方式第②步中氧化物粉末的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％，氧化物粉末與載體濾料的質(zhì)量比例關(guān)系根據(jù)水質(zhì)而定。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十四的不同點(diǎn)是第②步中載體濾料為陶?；蚴⑸?。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十四的不同點(diǎn)是第③步在110℃條件下加熱48h。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十四的不同點(diǎn)是第②步中加入載體濾料攪拌或振蕩40～48h。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十四的不同點(diǎn)是第②步中加入載體濾料攪拌或振蕩44h。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十四的不同點(diǎn)是第②步中混合液中每升蒸餾水加入氧化物粉末共300～700g。
權(quán)利要求
1.一種雙層濾料的水過濾裝置，其特征是它包括水處理反應(yīng)器(1)和裝在水處理反應(yīng)器(1)內(nèi)的濾料(2)；所述濾料(2)的上層為厚度200mm～400mm的無煙煤濾料層(3)，濾料(2)的下層為厚度500mm～800mm的改性濾料層(4)，其中無煙煤濾料的粒徑為0.8mm～1.8mm，改性濾料的粒徑為0.5mm～2.0mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層濾料的水過濾裝置，其特征在于改性濾料層(4)和無煙煤濾料層(3)均采用不同粒徑進(jìn)行級配，不均勻系數(shù)K80都小于2.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙層濾料的水過濾裝置，其特征在于在改性濾料層(4)的下面鋪設(shè)承托層(5)，承托層(5)由天然卵石或礫石材料構(gòu)成；所述承托層(5)至少為一層，每層厚度為50～110mm，從上至下天然卵石或礫石材料的粒徑逐層增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層濾料的水過濾裝置，其特征在于無煙煤濾料層(3)的厚度為250mm～350mm，改性濾料層(4)的厚度為600mm～700mm，其中無煙煤濾料的粒徑為1mm～1.7mm，改性濾料的粒徑為1mm～1.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙層濾料的水過濾裝置，其特征在于承托層(5)為三層，每層的厚度為80～100mm，從上至下天然卵石或礫石材料的粒徑逐層增大，每層的粒徑分別為2mm～4mm、4mm～6mm、6mm～8mm。
6.一種改性濾料，它是由改性劑涂覆在石英砂或陶粒上制得；其中改性劑由鐵的氧化物、鋁的氧化物、錳的氧化物中的一種或幾種混合制得，或者由鐵的氫氧化物、鋁的氫氧化物、錳的氫氧化物中的一種或幾種混合制得。
7.一種改性濾料的制備方法，其特征是它通過以下步驟實(shí)現(xiàn)①將載體濾料用蒸餾水水洗后烘干；②將硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液中的一種或幾種混合，然后邊攪拌邊加入濃度為200±20g/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)混合液的pH值到7，再將載體濾料放入混合液中攪拌或振蕩20±5min；所述硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳溶液中的一種或幾種混合后的混合液中鹽的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％；③將加入載體濾料的混合液在110±5℃條件下加熱48±2h，待冷卻后用蒸餾水沖洗，直至pH值為中性，即得到改性濾料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改性濾料的制備方法，其特征在于第②步中硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液的濃度都是200～500g/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改性濾料的制備方法，其特征在于第②步中載體濾料為陶?；蚴⑸?。
10.一種改性濾料的制備方法，其特征是它通過以下步驟實(shí)現(xiàn)①將載體濾料用蒸餾水水洗后烘干；②將Fe2O3、Al2O3、新生態(tài)水合二氧化錳三種氧化物粉末中的一種或幾種混合加入蒸餾水制成混合液，再加入載體濾料攪拌或振蕩36～50h；所述混合液中每升蒸餾水加入氧化物粉末共100～900g，氧化物粉末的總質(zhì)量小于載體濾料質(zhì)量的10％；③將加入載體濾料的混合液在110±5℃條件下加熱48±2h，待冷卻后用蒸餾水沖洗，直至pH值為中性，即得到改性濾料。
全文摘要
雙層濾料的水過濾裝置、改性濾料及改性濾料的制備方法，它涉及一種水處理裝置、水處理裝置中使用的濾料及濾料的制備方法。它解決了現(xiàn)有水過濾處理中雜質(zhì)難去除、過濾周期短，成本過高的問題。雙層濾料的水過濾裝置包括水處理反應(yīng)器(1)和裝在水處理反應(yīng)器(1)內(nèi)的濾料(2)。改性濾料是由改性劑涂覆在石英砂或陶粒上制得。改性濾料的兩種制備方法一種是將硝酸鐵、氯化鋁、氯化錳三種鹽溶液中的一種或幾種混合，然后加NaOH，制備改性濾料；另一種是將Fe
文檔編號B01D39/02GK1803248SQ20051012732
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者馬軍, 王群, 王娜 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)