CN115340231A - 一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置及方法，该装置包括压缩式原水箱、过滤模块、分水区、紫外高级氧化模块、压缩式净水箱等。本发明提供的净水装置经过常规的混凝沉淀砂滤工艺能去除大部分的浊度，超滤膜可以进一步降低出水浊度，可控制在0.1NTU左右，得到的水可用于淋浴等生活用水；进一步与UV/H2O2联用后可有效去除饮用水中的消毒副产物和微量有机嗅味污染物，同时降低水中的UV254，进一步改善饮用水水质，保障饮用水安全。且该装置过滤速度快，容量大且易携带能够满足户外安全饮食需求。该装置对饮水问题和未来发电储能等方面有借鉴意义。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置及方法。
背景技术
在户外郊游野营逐渐成为当代个人和家庭出行的一种放松方式，尤其深受年轻人的喜爱。户外野营的时间也因人而异，受自身特殊性的影响，在户外我们不可能一次性准备充足的水分。因此，人们通常会就近选择适合的水源来满足自身的需求。
如何保障饮水安全成为一项亟需解决的问题。通常情况下，人们会采取比较传统的方式，例如蒸煮或者采购简单的过滤装置，这些装置的优点就是小巧且容易收纳，适合传统单兵使用，但其也存在相应的缺陷，容量较小，过滤不彻底，不能满足户外洗澡等大量用水活动。通过查阅相关材料，我们发现国内外常见的深度处理方法为活性炭法、膜法、离子交换法和高级氧化法等技术。尽管这些技术现已广泛应用，但前三种都存在共同的缺陷，成本高，过滤不彻底，设备复杂对操作水平要求高，不能够满足多人多场景的户外需求。而高级氧化法可以使我们借鉴相应的先进技术的基础上，结合自身情况进行改进，达到对水资源的净化。
在一些偏远地区，饮水问题也时常困扰着当地居民。
综上，开发一种简单易操作且适合多人多场景的设备显得尤为重要，同样该设备也可能会为偏远地区的饮水安全提供一定借鉴。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置及方法，该装置过滤速度快，容量大且易携带，能够满足户外多人的生活水及饮用水需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，包括压缩式原水箱、过滤模块、分水区、紫外高级氧化模块、压缩式净水箱。
压缩式原水箱与压缩式净水箱分别储存净化前的原水及净化后的可饮用水，水箱可以压缩，大大缩小了装置的整体空间，方便运输和携带。
压缩式原水箱上设置有混凝投加装置，可在水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10-3～10-6mm的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物等。通过此步骤达到初级过滤目的，去除大部分杂质后来满足灌溉需要。混凝投加装置采用机械搅拌、无重力混合原理，通过计量泵将液体药剂均匀加入反应釜内，并利用电磁阀控制计量与投加。
过滤模块包括依次连接的砂滤装置和超滤装置。压缩式原水箱的出水口连接砂滤装置的入水口，砂滤装置的出水口连接超滤装置的入水口。经过混凝沉淀的水经过砂滤和超滤这两个过滤步骤之后进入分水区，分水区的水一部分流出用作淋浴等生活用水，另一部分则进入紫外高级氧化模块进行强氧化去除污染物及消毒，最后进入压缩式净水箱中，达到可饮用级别。
根据本发明的一种实施方式，分水区在流出生活用水的一侧上设置有加热装置和出水龙头，可直接用于淋浴、洗涤等生活用水。
根据本发明的一种实施方式，紫外高级氧化模块中包括双氧水和紫外线发射管。紫外高级氧化的作用机理就是产生羟基自由基的过程，羟基自由基一旦形成，就会诱发一系列自由基链反应，攻击水体中的各种污染物，直至降解为CO2、 H2O和其他矿物质盐。在水溶液中，H2O2的水解产物是水和氧气，不会产生新的污染物，对于一些难降解的污染物，仅使用H2O2作为氧化剂，不能将其有效分解，而采用UV/H2O2能产生氧化性极强的羟基自由基，从而有效地分解一些单独使用H2O2不能分解的有机物。经过前两级的过滤后，水中的杂质和部分有害物质已经得到处理，经过紫外氧化处理后，对水再次净化，达到饮用级别。
本发明的紫外高级氧化技术采用双氧水，相对于二氧化钛，双氧水更容易获得且技术成熟，成本低廉。
根据本发明的一种实施方式，所述净水装置还包括与压缩式原水箱连接的电磁泵，其用于将野外的原水泵入压缩式原水箱中；所述净水装置还包括与各模块连接的发电机，其用于产生各模块的驱动力；所述发电机的电源***可以为蓄电池、太阳能板或氢气储蓄罐等。
采用本发明的净水装置进行净水的过程如下：启动设备后水源进入压缩式原水箱之后依次经过混凝沉淀、砂滤和超滤，将杂质过滤掉之后进入分水区，一部分水流出用作生活用水，另一部分则与双氧水溶液混合进行强氧化去除污染物及紫外消毒，最后出水达到可饮用级别。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的净水装置经过常规的混凝沉淀砂滤工艺能去除大部分的浊度，超滤膜可以进一步降低出水浊度，可控制在0.1NTU左右，得到的水可用于淋浴等生活用水；进一步与UV/H2O2联用后可有效去除饮用水中的消毒副产物和微量有机嗅味污染物，同时降低水中的UV254，进一步改善饮用水水质，保障饮用水安全。且该装置过滤速度快，容量大且易携带能够满足户外安全饮食需求。该装置对饮水和未来发电储能等方面有借鉴意义。
附图说明
构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的净水流程图；
图2为本申请的净水装置示意图；
图3为浊度去除效果对比；
图4为TOC去除效果对比；
图5为UV254去除效果对比；
图6为微量有机物嗅味的去除效果对比。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，值得说明的是，本发明所涉及的原料如无特殊说明均为普通市售产品。
图1为本发明的净水过程，图2为本发明的净水装置示意图，下面结合图1 和图2对本发明进行详细说明。
一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，包括压缩式原水箱、过滤模块、分水区、紫外高级氧化模块、压缩式净水箱。
压缩式原水箱上设置有混凝投加装置，可在水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10-3～10-6mm的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物等。通过此步骤达到初级过滤目的，去除大部分杂质后来满足灌溉需要。混凝投加装置采用机械搅拌、无重力混合原理，通过计量泵将液体药剂均匀加入反应釜内，并利用电磁阀控制计量与投加。
混凝剂的种类例如可以是硫酸铝、聚合氧化铝等。
压缩式原水箱的前端还连接电磁泵，用于将野外的原水泵入水箱中。用于驱动电磁泵的发电机的电力来源可以是蓄电池、太阳能板或氢气储蓄罐等。
压缩式原水箱的出水进入过滤模块，过滤模块包括依次连接的砂滤装置和超滤装置。
砂滤是以天然石英砂，通常还有锰砂和无烟煤作为滤料的水过滤处理工艺。所采用的石英砂粒径一般为0.5-1.2mm，不均匀系数为2。滤层厚度和过滤速度由原水和出水水质而定。砂滤可分为重力式和压力式两种，常用于经澄清(沉淀) 处理后的给水处理或经二级处理后污水以及废水回用中的深度处理。主要作用是截留水中的大分子固体颗粒和胶体，使水澄清。锰砂可以去除水中的铁离子。
超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的的净化、分离和浓缩的目的。此项设计也是为了对经过混凝沉淀及砂滤的原水再进一步过滤，以达到更高级别用水需求。
经过混凝沉淀的水经过砂滤和超滤这两个过滤步骤之后进入分水区，分水区的水一部分流出用作淋浴等生活用水，另一部分则进入紫外高级氧化模块进行强氧化去除污染物及消毒，最后进入压缩式净水箱中，达到可饮用级别。
分水区在流出生活用水的一侧上可设置加热装置和出水龙头，出水可直接用于淋浴、洗涤等生活用水。
紫外高级氧化模块中包括双氧水和紫外线发射管，紫外高级氧化技术利用具有强氧化性的OH·自由基氧化水中的有机物，生成CO2、H2O及无机物，从而实现污染物的无害化处理。经过前两级的过滤后，水中的杂质和部分有害物质已经得到处理，经过紫外氧化处理后，对水再次净化，达到饮用级别。
净水效果测试
我们采取了以下计算的方法并设计几个数据分析问题来帮助我们对净水效果进行分析。
1、对浊度的去除效果
由图3可知，经过常规混凝沉淀砂滤工艺后，浊度可降至1NTU以下。
超滤膜的过滤孔径在0.05-1μm之间，主要用于截留细菌以及比细菌体积大得多的胶体、悬浮物、泥沙、大分子有机物等，允许溶液中水分子、无机盐及小分子有机物通过。试验期间原水浊度为9.27NTU，常规的混凝沉淀砂滤工艺能去除大部分的浊度，常规出水浊度在1NTU以下，超滤膜可以进一步降低出水浊度，为0.11NTU。可见，超滤膜截留了大部分的悬浮颗粒，对水中浊度的控制效果较好。但紫外双氧水高级氧化对浊度无去除效果。
2、对有机物(TOC)的去除效果
由图4可知，混凝沉淀砂滤常规工艺对TOC去除率为40％左右。超滤膜和紫外双氧水高级氧化工艺对TOC的去除效果不佳，超滤膜对砂滤出水的TOC 平均去除率仅为1.1％，紫外高级氧化出水对超滤膜出水TOC去除率为3.0％。
3、对有机物(UV254)的去除效果
UV254值是水中一些有机物在254nm波长紫外光下的吸光度，反映的是水中天然存在的腐殖质类大分子有机物以及含C＝C双键和C＝O双键的芳香族化合物的多少，UV254作为水中具有芳环结构或共轭双键的一类有机物，可用于表达水中天然有机物如腐殖质的含量，是非吹脱性总有机碳和总三卤甲烷生成势的良好替代参数。由图5可以看出，常规混凝沉淀砂滤工艺对UV254有一定的去除效果，去除率在40％左右，超滤膜工艺对UV254无去除效果。紫外高级氧化易与有机物的-C＝C-双键反应，对苯环有破坏力，使有机物的芳香性降低或消失，紫外高级氧化对UV254有一定的去除效果，紫外高级氧化出水对超滤膜出水UV254去除率为21％。
4、对微量有机物嗅味的去除效果
嗅味问题是饮用水感官评价的重要依据之一，主要由水中的藻类代谢物包括 2-甲基异莰醇(2-MIB)和土臭素(Geosmine)引起。《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006)中规定2-MIB和Geosmine嗅味物质的限值在10ng/L。从图 6可以看出，混凝→沉淀→过滤工艺和膜工艺对嗅味物质的去除效果不佳约为 10％～20％左右。当原水嗅味浓度在30ng/L以下时，UV/H2O2工艺对嗅味的去除效果很好，对Geosmine的去除率已经高达98％以上。对2-MIB去除率也在 90％以上。研究表明羟基自由基是一种选择性很小的氧化剂，当水中存在多种污染物时，不会出现一种物质得到降解而另一种则基本不变的情况。且羟基自由基对含C-H者C-C键有机物的反应速率相当快。一般情况下，反应速率常数都大于109molL-1s-1，因此采用UV/H2O2法处理微量有机物时，在很短的时间内便可以达到处理要求。
以上结果表明，常规的混凝沉淀砂滤工艺能去除大部分的浊度，常规出水浊度在1NTU以下，超滤膜可以进一步降低出水浊度，可控制在0.1NTU左右。常规处理工艺和超滤膜可以去除饮用水中高分子质量有机物，但对水中低分子质量有机物基本上不能去除。但和UV/H2O2联用后可有效去除饮用水中的消毒副产物和微量有机嗅味污染物，同时降低水中的UV254，进一步改善饮用水水质，保障饮用水安全。且该装置过滤速度快，容量大且易携带能够满足户外安全饮食需求。
该装置对饮水和未来发电储能等方面有借鉴意义。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，包括按水流方向通过管路依次连接的压缩式原水箱、过滤模块、分水区、紫外高级氧化模块和压缩式净水箱，所述分水区和压缩式净水箱上分别设置有出水龙头。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，压缩式原水箱上设置有混凝投加装置，所述混凝投加装置上设置有计量泵和电磁阀，通过计量泵将液体药剂均匀加入原水箱内，并利用电磁阀控制计量与投加。
3.根据权利要求1所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，过滤模块包括依次连接的砂滤装置和超滤装置，压缩式原水箱的出水口连接砂滤装置的入水口，砂滤装置的出水口连接超滤装置的入水口。
4.根据权利要求3所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，所述砂滤装置的滤料为石英石、锰砂和无烟煤中的一种或两种以上。
5.根据权利要求3所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，超滤装置的出水口连接分水区，分水区的一侧连接出水龙头，用于流出生活用水，分水区的另一侧连接紫外高级氧化模块。
6.根据权利要求1所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，所述紫外高级氧化模块中包括双氧水和紫外线发射管。
7.根据权利要求6所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，紫外高级氧化模块的出水口连接压缩式净水箱，压缩式净水箱的出水为可饮用水。
8.根据权利要求1所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，所述压缩式原水箱前端还连接有用于将野外的原水泵入水箱中的电磁泵。
9.根据权利要求1所述的一种适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置，其特征在于，所述装置还包括电力***，所述电力来源为蓄电池、太阳能板或氢气储蓄罐。
10.一种采用权利要求1-9任一项所述的适用于多人多场景的多级过滤野外净水装置进行净水的方法，其特征在于，包括：启动设备后水源进入压缩式原水箱之后依次经过混凝沉淀、砂滤和超滤，将杂质过滤掉之后进入分水区，一部分水流出用作生活用水，另一部分则与双氧水溶液混合进行强氧化去除污染物及紫外消毒，最后出水达到可饮用级别。
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