CN107117765B - 一种饮用水净化处理设备及净化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种饮用水净化处理设备及净化处理方法，所述净化处理设备，包括依次连接的电磁活化罐、矿料罐和负离子球罐，所述电磁活化罐中通过电流的变化产生梯度符合扰动磁场，所述矿料罐通过吸附去除水体中的杂质及微生物，所述负离子球罐通过释放微弱的电流杀死水中的细菌。

Description

一种饮用水净化处理设备及净化处理方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种饮用水净化处理设备及净化处理方法，尤其涉及一种通过天然矿料组合去除饮用水中病原微生物、实现物理消毒的净化水处理设备和方法。

背景技术

水是人类赖以生存和发展的重要自然资源，它与人们的生活息息相关，饮用水的安全影响我们的健康。而现在由于环境污染导致我国饮用水水源地和生活饮用水普遍受到污染。水污染一般分为有机物污染、无机物污染和微生物污染。而目前我国绝大多数民众的饮水都是集中式供水。相关研究表明，集中式供水(特别是二次供水)存在生物性污染和化学性污染。在人们的日常生活中，水的卫生标准是否达标以及如何消除生活饮用水中的安全隐患等一系列问题已经成为我国社会民众广泛关注的话题。因此，高效去除水中微生物，提高饮用水品质的研发成为当今科技研究的热点。

天然水源必须经过消毒处理杀灭水中的病原微生物后才能为人类饮用。而对水的消毒方法有很多，最常见有氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等。目前国内外研发出了很多新型的水体消毒处理技术，包括二氧化钛光催化消毒、超生技术消毒、等离子体消毒、组合工艺消毒等。

1、氯气消毒：液氯的消毒主要是依靠氯与水反应产生的次氯酸(HClO)氧化作用，次氯酸是一种强氧化剂，通过穿透进入带有负电荷的细菌内部，破坏酶***，导致细菌死亡。鉴于我国的经济情况，在当前以及今后一段时期内，饮用水的消毒仍然是以加氯消毒为主。根据水厂运行经验,氯消毒接触时间30min以上，自由性余氯0.3～0.4mg/L，能够完全杀灭肠道致病菌和钩端螺旋体。液氯消毒会产生一些消毒副产物，如卤代烃等。而这些副产物具有“三致作用”，对人体健康伤害很大。

2、二氧化氯消毒：二氧化氯是被世界卫生组织确定的一种安全高效强力杀菌剂，是国际上公认的氯系消毒剂中的最理想的更新替代产品。二氧化氯对微生物的灭活范围广、灭活能力强，除对一般的细菌有杀灭作用外，对大肠杆菌等异养菌，铁细菌、硫酸盐还原菌等自养菌，脊髓灰质炎病毒、肝炎病毒、贾第虫孢囊等也有很好的杀灭作用，并且消毒效果基本不受pH值的影响，不产生抗药性，持续杀菌能力较氯长2倍。但二氧化氯消毒也产生副产物。二氧化氯加到水中后主要被还原成亚氯酸盐，而亚氯酸盐可引起溶血性贫血和人体高铁血红蛋白的增加。亚氯酸盐被国际癌症研究所确定为致癌物类。

3、臭氧消毒：臭氧有很强的氧化性，可以作用于细菌细胞膜并使其受损，还能透过细胞膜进入细胞内部，破坏蛋白质和脂多糖，改变细胞的透过性，进而导致细胞溶解、死亡。臭氧在水中还能分解成产生具有强氧化作用的羟基自由基(·OH)。臭氧与水混合后形成的臭氧水溶液具有很强的杀菌作用，它能够迅速广泛地杀灭多种微生物和致病菌，当其浓度达到2mg/L时，作用1min，即可将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、细菌的芽孢、黑曲霉、酵母等微生物杀死。臭氧消毒缺点生产设备很复杂，投资金额比较大，电耗高。此外，当原水中含有溴化物时，在臭氧的氧化作用下会形成对人体有害的溴酸盐。溴酸盐被国际癌症研究机构定为2B级(较高致癌可能性)的潜在致癌物。

4、紫外线消毒：紫外线对于水的消毒灭菌主要是通过紫外线对微生物的辐射，生物体内的核酸(包括RNA和DNA)吸收了紫外线的光能，改变了DNA的生物学活性，导致核酸的键和链断裂、股间交联和形成光化产物，使微生物不能复制，造成致死性损伤。紫外线作为一种物理作用，在饮用水、再生回用水消毒、生活污水、工业废水等处理中得到应用，使用安全，不产生有毒副产物，也不增加污染物的遗传毒性，且杀菌速度快、灭菌率高、易操作、管理和自动化程度高，是一种绿色的消毒方法。但存在不能解决消毒后在管网中再污染的问题、电耗较大等缺点。

5、等离子体消毒：等离子体消毒其实质是电化学过程中产生的活性物质，如羟基自由基(·OH)、双氧水(H₂O₂)等对饮用水中微污染物质进行氧化去除，同时放电产生的直接电场作用破坏细胞壁，使微生物失活。等离子体消毒运行简单，无需外加氧化剂；对饮用水无毒无害，同时不产生二次污染物；处理范围较广。但其能耗较高，费用较大。

6、膜技术消毒：近几年，有专家将膜分离技术应用于饮用水中病原微生物的去除,将膜消毒划分为物理消毒的一种。膜消毒技术也将在我国逐渐推广，但大规模的应用还有一段时间。就目前而言，膜处理工艺较适合于小水量的净水厂。当处理水量<20000m3/d时，膜处理费用低于传统处理工艺。膜消毒技术去除病原微生物的机理一般认为可以分为两类:(1)机械筛分,即膜能够截留比自身孔径大或与其孔径相当的微生物颗粒，因而机械筛分作用主要发生在膜表面，与膜的孔径密切相关，绝大多数细菌和原生动物的尺寸均大于0.5μm，因此这些微生物主要通过机械筛分作用去除；(2)吸附截留，即当微生物体穿过膜表面进入膜内部时，由于膜自身物理化学性质和静电引力的影响使它们沉积在膜孔侧壁或膜内部基质上，特别在许多尺寸较小的病毒的截留过程中，如果仅仅依靠机械筛分作用无法解释实际试验的截留效果。膜消毒技术存在膜污染问题，膜污染导致膜通量的下降，增加膜组件更换和膜清洗的频率，从而增加膜***的运行费用。膜分离技术还存在着没有持续消毒能力问题。

7、组合工艺消毒：现阶段水中污染物的种类已经多种多样，使用单一种类的消毒技术已经无法满足日益严重的饮用水微生物污染问题，组合工艺应用于原水污染复杂以及深度处理中已经成为以后大力推广的技术。这些技术可以建立在常规水质处理基础上，进行深度处理。联用技术主要包括活性炭+超滤+臭氧消毒、臭氧+双氧水+膜过滤+液氯、分子筛吸附+过滤+紫外线等。

发明内容

针对上述净化水处理工艺的不足，本发明提供一种通过天然矿料组合去除饮用水中病原微生物、实现物理消毒的净化水处理设备和方法。

第一方面，本发明提供一种饮用水净化处理设备，包括依次连接的电磁活化罐、矿料罐和负离子球罐，所述电磁活化罐中通过电流的变化产生梯度符合扰动磁场，所述矿料罐通过吸附去除水体中的杂质及微生物，所述负离子球罐通过释放微弱的电流杀死水中的细菌。

本发明所述饮用水净化处理设备中矿料罐的填料包括石英砂、浮石、沸石、麦饭石。

本发明所述饮用水净化处理设备，其中所述矿料罐可以为同时含有石英砂、浮石、沸石、麦饭石的组合矿料罐。

本发明所述饮用水净化处理设备，其中所述矿料罐还可以为多个填充有选自石英砂、浮石、沸石、麦饭石组成组的单一矿料罐。

本发明所述饮用水净化处理设备，其特征在于，每个罐体的进口端和出口端设置有三通管和电磁阀，水管旁路连接罐体的进口端和出口端的三通管，从而使原水能够不经过该罐体直接到达该罐体的出口端。

本发明所述饮用水净化处理设备，其特征在于，所述净水处理设备还包括控制***，所述控制***包括微型处理器、控制面板和电路，所述微型处理器根据由操作面板输入的指令控制电磁阀的开合，从而根据对净水效果的需要使原水选择性的经过部分净化组件。

本发明所述净水处理设备，其特征在于所述每个罐体的出口端都设置有纳米银金属网，所述纳米银金属网能够抑制病原微生物的滋生、保持管网***的清洁。

本发明所述饮用水净化处理设备，其特征在于还包括可选的增压泵，所述增压泵位于至少一个罐体的下游、并且至少一个罐体的上游。

第二方面，本发明提供一种饮用水净化处理方法，所述方法包括使原水依次通过电磁活化罐、一个或多个矿料罐和负离子球罐，其中所述所述每个罐体的出水口端都设置有纳米银金属网。

本发明所述饮用水净化处理方法，其特征在于所述电磁活化罐中通过电流的变化产生梯度符合扰动磁场，所述矿料罐通过吸附去除水体中的杂质及微生物，所述负离子球罐通过释放微弱的电流杀死水中的细菌，所述纳米银金属网能够抑制病原微生物的滋生、保持管网***的清洁。

本发明所述饮用水净化处理方法，其特征在于所述矿料罐为同时含有石英砂、浮石、沸石、麦饭石的组合矿料罐，或所述矿料罐为多个填充有选自石英砂、浮石、沸石、麦饭石组成组的单一矿料罐。

本发明取得以下有益的技术效果：

(1)本发明采用纯物理消毒工艺，在使用过程中不使用任何化学药剂，实现零污染、零排放，对环境完全无害，能有效去除水中的微生物，消除对饮用水造成的污染，使出水洁净。出水水质达到了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)及《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)标准的安全指标。

(2)本发明通过在每个罐体的进水口端和出水口端设置水管旁路，一方面使用户可以根据具体的需要选择原水经过的过滤罐类型和过滤罐数量，当出水水质要求较高时，可以使原水经过全部过滤罐；当对出水水质要求不高时，可以使原水经过部分过滤罐。另一方面，也便于管道和过滤罐的维修和更换，解决了上游过滤罐和下游过滤罐使用寿命不同步、全***更换过滤罐的技术问题，避免了浪费。

(3)本发明通过设置抗菌金属网等手段，抑制管网中微生物的滋生，确保管网***洁净，保证出水水质安全。另外，本发明适用范围广，可以根据原水的水质，模块化安装相应的过滤罐，如进行多组设备的串联、并联。

附图说明

图1饮用水净化处理设备图

1-活化罐；2-石英砂矿料填充；3-浮石矿料填充；4-沸石矿料填充；5-麦饭石矿料填充；6-负离子球矿料填充；7-矿料组合方案1；8-矿料组合方案2；9-矿料组合方案3(具体组合矿料根据水质确定)；10-控制阀；11-取水口；12-抑菌金属网。

具体实施方式

天然矿石中有的矿石本身就是由微小孔径，可以吸附细菌，如浮石、沸石等。有些则是可以释放微弱的电流，杀死水中的细菌，如负离子球。传统的微生物去除方法仅是杀死水中的细菌，但水中仍残留着细菌的“尸体”。而通过天然矿石去除水体中的微生物则可以去除饮用水中活着及已杀灭的全部微生物，并可使水呈弱碱性，适宜人体的饮用。

本发明的设备和工艺方法结合工程研究选用对微生物有吸附作用的石英砂、负离子球、沸石、麦饭石及浮石五种矿料，并对其组合后对受污染水体进行处理，其出水水质安全、健康。净化处理水的具体工作原理如下：

(1)高强磁场会产生梯度复合扰动磁场，可将原水分子簇团解开，使簇团水形成单个水分子状态水，从而有助于分离杂质，使存在于水分子簇团内外的各种有机质和无机物以粒子或离子游离形式存在。在磁场的直接作用下，会引起BOD、COD降低，使异氧微生物的能源和碳素营养物质的减少，导致异氧菌大量死亡。

(2)选用的矿料含有很大的比表面积，能保证极少数未死亡及死亡的微生物完全清除，保证水质清洁。

还可进一步通过实施例来理解本发明，其中所述实施例说明了一些制备或使用方法。然而，要理解的是，这些实施例不限制本发明。现在已知的或进一步开发的本发明的变化被认为落入本文中描述的和以下要求保护的本发明范围之内。

实施例1

如图1所示，原水进入活化罐1，在磁场的作用下水中大分子簇团被打开，使簇团水形成单个水分子状态水，从而有助于分离杂质，小分子水流经各含不同矿料的单体处理罐2、3、4、5、6后或组合矿料的罐体7、8、9，在矿石的作用下去除水体中的微生物，并且吸附水体中的杂质及微生物残体物质，水得到净化。本发明所述净水设备的材质均具有涉水产品卫生许可，并且在每个罐体的出水端添加抑制微生物生长的金属网12，微生物的生成受到抑制，保持管网***的清洁。本工艺中通过控制阀10控制原水流经各单体矿料或组合矿料，从取水口11处取水样，检测处理后的水质。经过检测，出水水质达到了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)及《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)标准的安全指标。

本发明所述水净化设备和净化方法可根据水源中微生物的具体类别，结合工程实例，对矿料进行优化组合，所采用的各种滤料可根据不同的水质改变其排布和粒径的大小。并可根据水源的水质情况、供水量及出水水质的要求，设计处理设备，可进行多组设备的串联及并联。

本发明内容仅仅举例说明了要求保护的一些具体实施方案，其中一个或更多个技术方案中所记载的技术特征可以与任意的一个或多个技术方案相组合，这些经组合而得到的技术方案也在本申请保护范围内，就像这些经组合而得到的技术方案已经在本发明公开内容中具体记载一样。

Claims (5)

1.一种饮用水净化处理设备，其由控制***，依次连接的电磁活化罐、矿料罐和负离子球罐，以及水管旁路组成，

所述电磁活化罐中通过电流的变化产生梯度复合扰动磁场，所述矿料罐的填料包括石英砂、浮石、沸石、麦饭石，通过吸附去除水体中的杂质及微生物，所述负离子球罐通过释放微弱的电流杀死水中的细菌；

其中，每个罐体的进口端和出口端设置有三通管和电磁阀，水管旁路连接罐体的进口端和出口端的三通管，从而使原水能够不经过该罐体直接到达该罐体的出口端；

所述净水处理设备还包括控制***，所述控制***包括微型处理器、控制面板和电路，所述微型处理器根据由控制面板输入的指令控制电磁阀的开合，从而根据对净水效果的需要使原水选择性的经过部分净化组件。

2.如权利要求1所述饮用水净化处理设备，其特征在于，所述矿料罐为同时含有石英砂、浮石、沸石、麦饭石的组合矿料罐。

3.如权利要求1所述饮用水净化处理设备，其特征在于，所述矿料罐为多个填充有选自石英砂、浮石、沸石、麦饭石组成组的单一矿料罐。

4.如权利要求1-3任一所述饮用水净化处理设备，其特征在于所述每个罐体的出口端都设置有纳米银金属网，所述纳米银金属网能够抑制病原微生物的滋生、保持管网***的清洁。

5.如权利要求1-3任一所述饮用水净化处理设备，其特征在于还包括增压泵，所述增压泵位于至少一个罐体的下游、并且至少一个罐体的上游。