一种饮用水过滤方法与流程

1.本发明属于饮用用水领域，尤其涉及一种饮用水过滤方法。


背景技术：

2.水是人民生活和社会生产必需的基本资源之一，水资源的状况直接影响着经济社会发展和人民生活水平的提高，是综合国力的有机组成部分。
3.因此，确保人民的饮用水健康无害是非常重要的。就目前而言，各大饮用水水厂对于水质处理已相当彻底，基本处理后常见的微生物指标、毒理指标、感官性状、一般性化学指标和放射性指标均能够符合安全饮用水的规定。但是对于部分非常规指标而言，现有的部分水处理方法和工艺等存在难以达到的特点。
4.如近年来在各地区爆发过多起由水质污染引发的急性和亚急性肝毒性病例，经检测，实际是由藻类引发的蓝藻水华污染。而蓝藻水华污染中，毒性强且危害最大的，便是由铜绿微囊藻、水华鱼腥藻和颤藻等蓝藻产生的微囊藻毒素（microcystins，mcs）。微囊藻毒素为七肽单环肝毒素，结构中存在着环状结构和间隔双键，因而具有相当的稳定性。它能够强烈抑制蛋白磷酸酶的活性，当细胞破裂或衰老时毒素释放进入水中，同时它还是强烈的肝脏肿瘤促进剂。因此，如何有效快速地去除原水中的mcs、净化得到品质更优且更加安全的饮用水是目前饮用水过滤净化领域中的一大研究热点。


技术实现要素：

5.为解决现有的饮用水过滤方法、工艺大多无法有效去除原水中的mcs，无法保障饮用水中mcs浓度达到安全指标，或部分能够有效去除mcs的过滤净化工艺流程复杂、效率低下等问题，本发明提供了一种饮用水过滤方法。
6.本发明的目的在于：一、能够基本满足饮用水的常规过滤；二、能够有效去除饮用水中的mcs；三、方法简单高效。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
8.一种饮用水过滤方法，所述方法包括：1）对原水依次进行微滤和超滤，得到超滤水；2）设置过滤器，过滤器内填充滤材，滤材包括复合m
‑
c过滤材料，以过滤器对步骤1）所得的超滤水进行精滤，得到精滤水；3）对步骤2）所得的精滤水进行二次微滤，即得到纯净的饮用水。
9.在本发明方法中，步骤1）能够对原水实现初步的净化处理，基本能够实现对原水中的较大颗粒物、悬浮物、胶体、微生物、病毒和部分大分子有机物的有效过滤净化，并且有效地保留对人体有益的矿物质。并且，步骤1）所得的超滤水，可选择全部或部分采用反渗透
过滤膜进一步进行精滤，再进行后续的步骤2）处理。步骤2）处理所用的过滤器可为现有任意常规水过滤器，且所用滤材可为任意现有常规的粉状、块状、板状等形态的滤材，最优应当选用粉状滤材，且控制滤材粒径为0.5～1.5mm，以方便后续步骤3）的处理，如本发明具体采用的过滤器为interfilt sk重力过滤器，其是一种能够实现高效过滤的水过滤器，大多采用常规的滤水砂石作为滤材对水体进行过滤，本发明通过在该滤材中加入复合m
‑
c过滤材料对超滤水进行过滤，目的即是利用复合m
‑
c过滤材料对水体中的mcs进行有效的净化去除。并且，在微滤、超滤后实际已经能够完全去除水中的颗粒物杂质，再次利用砂石进行过滤实际容易引入砂石杂质，按常理而言应当将本发明步骤1）和步骤2）进行置换，但实际技术人员研究发现，对于本发明技术方案以及现有技术而言，实际常规的微滤和超滤容易导致水体中的mcs含量提高，因为在长期进行微滤、超滤后，微滤滤材和超滤滤材截留的蓝藻类容易进一步产生mcs，而水体在经过该微滤滤材和超滤滤材时，容易对滤材上的mcs进行洗脱，使得水体中的mcs含量提高，反而造成了二次污染。因此，需要在超滤后再对mcs进行去除，最后再进行一次微滤以去除步骤2）中滤材的残留。而本发明技术方案中，不能够全部采用复合m
‑
c过滤材料，而选用部分选用复合m
‑
c过滤材料的原因，主要是常规滤材的设置能够对复合m
‑
c过滤材料进行固定，此外，能够对复合m
‑
c过滤材料进行保护，避免过滤过程中复合m
‑
c过滤材料受损。
10.作为优选，步骤2）所述复合m
‑
c过滤材料为负载有ti和/或mn和/或ni的碳基材料，其中ti是必要负载物。
11.上述ti和/或mn和/或ni实际均为金属单质和/或其金属氧化物。其中ti作为必要负载物成分是因为其能够激发形成羟基自由基，羟基自由基（
·
oh）能够对mcs进行有效的氧化降解。但是，仅负载钛成分的情况下，实际需要对其进行光激发，因此，通过研究表明实际mn和ni均对激发钛成分有着良好的效果，能够在通电或加热或反应条件下对钛成分进行激发，实现羟基自由基的形成。
12.作为优选，步骤2）所述复合m
‑
c过滤材料的制备方法为：21）配制含钛离子的金属沉积液；22）将海绵状植物组织置于金属沉积液中进行低压浸渍；23）将充分吸附有金属沉积液的海绵状植物组织置于炉中，通保护气进行煅烧处理。
13.在上述方法中，通过低压浸渍能够有效将金属沉积液充分浸润到海绵状植物组织的孔隙中，随后进行煅烧处理能够有效对海绵状植物组织进行碳化，增大其孔隙率、减少生物质杂质，同时进行恰当的煅烧处理还能够使得碳骨架形成石墨化转变，对于通电情况下的净化处理效果有显著的提升作用。
14.具体的，上述的海绵状植物组织包括但不仅限于例如柚子内表皮、橘子内表皮等，即如柚子的白瓢等。常见蓬松、类海绵状的的植物组织如棉花等也可对其进行替代。因此，实际海绵状植物组织应当理解为具备三维微纳米孔隙结构的植物组织。
15.作为优选，步骤21）所述金属沉积液中：
钛离子浓度为0.05～0.12 mol/l；含有镍离子时，镍离子浓度为1.2～1.6 mol/l；含有锰离子时，锰离子浓度为0.6～1.0 mol/l。
16.由于考虑到实际工业化饮用水净化中需要考虑效率问题，因此最优对碳骨架进行石墨化处理。石墨化处理通常需要2600 ℃以上的超高温，但是通过合适的金属负载利用金属能够有效降低碳骨架的石墨化转变温度。其中ni的负载量提高能够显著降低碳骨架的石墨化转变温度，而ti的负载通常意义上会导致碳骨架的石墨化难度增大，但是在极低负载量的情况下，却能够有效降低碳骨架的石墨化转变温度。而mn虽然不会对碳骨架的石墨化转变产生影响，但其会实际影响到钛成分对于mcs的去除效果，负载量过大容易对钛成分进行包覆，导致实际去除mcs的效果不佳，而负载量少则容易导致激发效率下降。
17.作为优选，步骤22）中所用金属沉积液完全浸没海绵状植物组织。
18.完全浸没才能够确保有相对较优的吸附浸渍效果。
19.作为优选，步骤22）所述低压浸渍过程为：控制环境气压为0.45～0.6 atm。
20.采用低压浸渍的方式能够提高浸渍的效率和效果，排除海绵状植物组织中的微气泡，使得金属沉积液能够更方便地浸入到海绵状植物组织内。
21.作为优选，步骤23）所述煅烧处理为：控制煅烧温度820～860 ℃，煅烧时间为4～6 h。
22.通过合理负载金属成分，能够降低碳骨架的石墨化转变温度达到约820 ℃左右，通过几乎临界的石墨化转变，能够较为有效地保持碳骨架的完整性，而不会完全坍塌成粉，保持复合m
‑
c过滤材料具有高孔隙率的特点。
23.作为优选，步骤2）所述复合m
‑
c过滤材料占全部滤材松装体积的25～35 %vol。
24.上述比例能够通常能够确保复合m
‑
c过滤材料能够良好地固定且不容易在过滤过程中受损。
25.本发明的有益效果是：1）能够对原水进行有效的过滤，去除常见杂质；2）能够对水体中的mcs进行非常有效且快速的去除；3）方法简单易行。
具体实施方式
26.以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
28.如无特殊说明，本发明实施例中所用的原水均采为龙游天然泉水，且通过人工的方式使得原水中的mcs含量达到≥10 μg/l。
29.实施例1一种饮用水过滤方法，所述方法包括：1）利用水过滤所用的微滤膜和水过滤所用的超滤膜对原水依次进行微滤和超滤，得到超滤水；2）设置过滤器，过滤器内填充体积比为70：30的滤砂和复合m
‑
c过滤材料，复合m
‑
c过滤材料包埋再滤砂中且连接防水导线通1.2 a直流电，以过滤器对步骤1）所得的超滤水进行精滤，控制过滤效率为30 l/(h
·
l复合m
‑
c过滤材料)
‑1，得到精滤水；3）利用水过滤所用的微滤膜对步骤2）所得的精滤水进行二次微滤，即得到纯净的饮用水；其中，复合m
‑
c过滤材料的制备方法为：21）配制金属沉积液，金属沉积液为含有0.10 mol/l 硫酸氧钛、1.5 mol/l氯化镍和0.8 mol/l硫酸锰；22）将1
×
1 cm块状的柚子内表皮置于金属沉积液中进行0.5 atm的低压浸渍2 h；23）将充分吸附有金属沉积液的柚子内表皮置于炉中，通氮气于825 ℃条件下进行5 h煅烧处理。
30.过滤净化15 d后取15 d后的水样送专业机构采用酶联免疫检疫检测法对所得的饮用水进行mcs含量检测，其余常规检测按照gb 5749
‑
2006《生活饮用水卫生标准》进行。
31.检测结果表明，常规检测所得饮用水完全符合gb 5749
‑
2006《生活饮用水卫生标准》内规定，而mcs检测含量可达到0.21 μg
·
l
‑1。对mcs产生了明显优异的去除效果。
32.实施例2具体所用的复合m
‑
c过滤材料同实施例1，所不同的是：调节滤砂和复合m
‑
c过滤材料的体积比，或过滤效率如下表所示。
33.并对不同试验组所得的饮用水进行检测比较。检测同实施例1，常规标准完全符合gb 5749
‑
2006《生活饮用水卫生标准》内规定，mcs含量检测结果同下表。
34.从上表可以明显看出，虽然所有试验组均能够满足gb 5749
‑
2006《生活饮用水卫生标准》内对mcs含量的规定，达到1 μg/l以下，但是实际可以对比看出，s201和s204试验组采用过多或过少的复合m
‑
c过滤材料实际对最终mcs的含量有着较为明显的影响。并且，s201试验组实际存在一定的复合m
‑
c过滤材料的破损流失。而s204试验组则是单纯因为滤砂过多导致实际复合m
‑
c过滤材料与超滤水的接触概率减小导致。
35.而s205试验组采用了更低的过滤效率，实际可以看出其产生了相对更优的mcs去除效果，但严重影响了实际饮用水过滤效率，因此综合考虑效率和效果，应当采用25～35 l/(h
·
l复合m
‑
c过滤材料)
‑1这个相对较优的过滤效率。
36.实施例3具体过滤操作同实施例1，所不同的是，复合m
‑
c过滤材料制备参数进行调整。
37.具体详见下表。且进行与实施例1相通的检测，常规标准完全符合gb 5749
‑
2006《生活饮用水卫生标准》内规定，mcs含量检测结果同下表。
38.从上表可以看出，实际金属沉积液中离子浓度以及实际煅烧过程对于复合m
‑
c过滤材料的过滤性能有着较为明显的影响。
39.在降低镍离子含量的情况下，mcs的去除净化效果产生了明显的下降。对此，实际上通过xrd分析检测表明，实施例1所得的复合m
‑
c过滤材料存在2θ=26.2
ꢀ°
的峰，代表着石墨峰，而s301、s302和s307试验组均未出现石墨峰，表明其实际并未产生石墨。并且对复合m
‑
c过滤材料进行电阻率测试，s301、s302和s307电阻值明显增大，表明其确未产生石墨且由于石墨的未产生导致导电性下降，mn无法产生足够激发tio2产生价带空穴h

和导带电子e
‑
分离，无法产生足够多的羟基自由基，最终导致mcs去除效果明显下降。当然，经研究表明，通过增大通电直流电的电流能够优化该缺陷。但会导致实际过滤能耗增加、水内通大电流产生安全隐患。
40.因此综合上述，实际过滤过程对于整体的过滤过程去除mcs的效果影响较为有限，而复合m
‑
c过滤材料的品质则会对饮用水的mcs过滤去除效果产生更大更明显的影响。且基本可以明显，通过微滤和纳滤基本能够达到gb 5749
‑
2006《生活饮用水卫生标准》内对于常规成分的标准。
41.本发明方法还可进一步结合现有的控制柜和现有的水过滤系统进行智能化的控制，控制对象主要为过滤效率和通电电流。经技术人员研究表明，通电电流和过滤效率满足下述条件即可基本确保过滤后最终所得饮用水中mcs含量＜0.5 μg/l。具体的，条件为f2×
1.25＜i＜f2×
1.35，其中i为步骤2）所通直流电电流大小，单位为a，f为过滤效率，单位为l/(h
·
l复合m
‑
c过滤材料)
‑1。