制取飲用水的地下水過濾器制造技術

本發(fā)明專利技術的水過濾系統(tǒng)包括一個密閉容器，該容器內(nèi)裝有過濾基質(zhì)。過濾基質(zhì)由許多顆粒組成，直接在這些顆粒表面上形成一再生膜。大量的實驗發(fā)現(xiàn)，只要控制進入密閉容器的生水中的Ｆｅ↑［３＋］數(shù)量和ｐＨ值，就能達到適合于降低進入容器的水中的鐵和錳的條件，甚至當?shù)叵滤幕瘜W性質(zhì)發(fā)生變化時也適用。在本發(fā)明專利技術的一個實施例中，基質(zhì)由許多從比重大約為１．４至２．７的顆粒中選出的聚合顆粒組成，而且，顆粒的不均勻系數(shù)不大于大約２，平均直徑約為１．０ｍｍ至１．６ｍｍ。顆粒上形成的薄膜是氧氣與從Ｆｅ↑［２＋］和錳中選出的雜質(zhì)產(chǎn)生反應的結(jié)果。薄膜最好是氫氧化鐵（ＦｅＯ（ＯＨ））。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術是關于水過濾系統(tǒng)和設備，特別是關于從地下水中除去鐵和錳的水過濾系統(tǒng)和設備。除去水源中的鐵和錳有多種技術工藝，大多數(shù)工藝可分成3大類先氧化，然后進行固體/液體分離；離子交換法；配位法(多價螯合作用和/或穩(wěn)定作用)。請參看如Sung.W和Forbes,E.J著的“關于除去鐵的一些思考”一文(環(huán)境工程雜志，1984年12月第6期，110卷)。Sung和Forbes在文中提到，常用的控制技術可能是先氯化，后過濾，這屬于上述第一類。然而，他們又指出，最近取得的進展是將形成高級的三鹵甲烷同預先氯化結(jié)合起來，這就可能需要修改這一工藝，使之有利于充氣或氧化。以前從水系統(tǒng)中除去鐵所采用的氧化方法是先將二價鐵(Fe2+)氧化成三價鐵(Fe3+)，(即將水溶性Fe2+轉(zhuǎn)化為非水溶性Fe3+)，然后使非水溶性鐵在一大型過濾池中發(fā)生沉淀，從而能除去Fe3+。在這些傳統(tǒng)工藝中，典型的方法是先對生水進行充氣(或加入氧化劑)然后才將水送入大型氧化池中，水在氧化池內(nèi)發(fā)生緩慢的氧化反應(自然氧化)但是，這種除鐵方法的氧化速度相當慢，因為其過程主要是對非水溶性鐵進行物理沉淀。曾有人試圖改進這一工藝，其中就有將空氣加入到含有二價鐵，有機物和H2S的水中。參看日本專利文件51-102343。水與空氣的混合物通過一過濾層(比如石灰石，碳)，并加氫氧化鐵(FeOOH)作為催化劑。在這個系統(tǒng)中，流入的生水中充滿氧氣，過濾層總是處于充氣狀態(tài)。法國專利77-35994(Foessel)公開了一種重力過濾系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可除去水中的鐵，錳和鈣。第一層濾床是粒度不同的砂層，能除去大部分鐵和一部分錳，并且還能除去有機物。在砂濾層和碳濾層之間有一多孔元件接觸器。通過砂濾層濾下的錳堆積于多孔元件接觸器的出口處。流過砂濾層之后就得到不含鐵，錳和鈣的水。同時反向?qū)⒖諝庾⑷氲谝粚由盀V層。在此系統(tǒng)中，在砂濾層上表面形成的可能含有氫氧化鐵(FeO(OH)的固體可通過管道排出，以防止砂濾層阻塞。也有人曾試圖解釋所報道的Fe2+的氧化動力學速率常數(shù)。Sung和Morgan所著的“水系統(tǒng)中二價鐵氧化的動力學及其產(chǎn)物”一文(刊登在1980年5月第五期第14卷“美國化學學會”雜志上)研究了離子，堿度和溫度對氧合作用分子運動的影響，并試圖確定氧化作用的產(chǎn)物。他們對均相-多相氧化動力學都作了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在水的PH和氧氣濃度恒定不變時均相氧化的速率常數(shù)隨著離子強度的升高而減小，并隨著溫度升高而增大。氯離子和硫離子降低了氧化作用的速度。多相氧化作用研究得出結(jié)論，只有當PH值大約等于7或大于7時自動催化作用才很明顯，這主要是由于在這些PH值時微粒表面的形成速度加快，更有利于Fe2+的吸收。上面提到的Sung和Forbes還指出從水中除去鐵的一個關鍵問題是如何用絮凝或過濾的方法清除FeOOH粒子。他們還提到，用過濾的方法除鐵還沒有完全搞清楚，并且指出，二氧化硅既能促進，也會阻止鐵質(zhì)的清除，并影響鐵沉淀物。Sung在“鐵沉淀物的特點與性質(zhì)”(“環(huán)境工程”雜志，1983年2月109卷)一文中指出，典型的氫氧化鐵顆粒的表面積大約為200m2/gm，這些顆粒的老化過程會減少該表面積，并使吸收Fe2+的活性部位總數(shù)減少到大約原來的1/10。日本專利出版物58-186493公開了一種將氯化與氧化結(jié)合，然后進行過濾，從而除去地下水中的鐵的系統(tǒng)。將成粒狀的牡蠣殼浸在NaClO中，然后讓溶解有氧氣的水從中流過。據(jù)說可通過沖洗法再生成處理劑。此外，與此有關的專利還有WO89-11454(Partanen)，它揭示出空氣與水對流有助于清除濾層表面的污垢，在除鐵的第一階段，使用化學或生物材料，然后使用過濾網(wǎng)。上述的許多方法和設備都很昂貴，而且控制復雜。除去水中的鐵和錳的能力取決于幾個因素，比如PH值，堿度，硫酸根離子，可溶性硅等。而且，即使明顯使用氫氧化鐵作為催化劑的那些方法也表現(xiàn)出老化過程，在此過程中，隨著時間的推移，催化劑表面用于吸收鐵的活性部位的總數(shù)將會下降。還有，大多數(shù)上述系統(tǒng)都需要大量的沖洗以除去非水溶性物質(zhì)。因此，研制一種能大大降低制造成本和運行費用的清除鐵和/或錳的系統(tǒng)是非常有利的，而且該系統(tǒng)還提供不會明顯老化或磨損的過濾介質(zhì)，該介質(zhì)不需要更換，能保持環(huán)境清潔，并且沖洗時間短(少于大約10分鐘)。經(jīng)過幾十年數(shù)千次實驗，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在某些化學條件下可生產(chǎn)出只要一接觸水中的Fe2+就能立即起反應的過濾介質(zhì)，從而能進行接觸性氧化，使Fe2+快速氧化，形成Fe3+，從而得以清除掉。使用這種過濾介質(zhì)達到的氧化速度大約是自然氧化的60倍，所以，除鐵時間大大縮短，過程大大簡化。而且，不需要使用大型氧化池。本專利技術的水過濾系統(tǒng)包括一個密閉容器，里面裝有過濾基質(zhì)，過濾基質(zhì)由大量顆粒構(gòu)成，在顆粒表面上直接形成一再生膜。通過大量實驗，已發(fā)現(xiàn)只要控制進入密閉容器的生水中的Fe3+數(shù)量和pH值，就能達到適合于降低進入容器的水中的鐵和錳的條件，甚至當?shù)叵滤幕瘜W性質(zhì)發(fā)生變化時也適用。在一個實例中，過濾基質(zhì)由許多顆粒(如無煙煤、石英砂、或無毒塑料顆粒)組成，這些顆粒是從比重為1.4至2.7的顆粒中選出的，且顆粒的不均勻系數(shù)不大于大約2，平均直徑約為1.0mm至1.6mm。薄膜最好在這些顆粒的上表面上形成，它是氧氣與從Fe2+和Mn4+錳中選出的雜質(zhì)反應的產(chǎn)物，且薄膜最好是氫氧化鐵(FeO(OH))。本專利技術的水過濾系統(tǒng)和設備有許多優(yōu)點。當?shù)叵滤M入容器中時，就被清洗大約6至10分鐘，以便過濾。這一過程中不需要暫停(關掉機器)來排放進入設備內(nèi)的地下水。從雙容器過濾器流出的地下水適合于人使用。除去鐵和錳之后的水已達到日常使用和供人飲用的國際標準，也就是說，經(jīng)過過濾的水含有的鐵的濃度應低于大約0.3mg/l。容器內(nèi)的顆粒表面上形成的膜是一種接觸氧化膜，只要流出的水的PH值和Fe3+濃度得到適當控制，其氧化速度比現(xiàn)有的過濾介質(zhì)大約要提高25倍。這種膜永遠不會老化，磨損或需要更換。該過濾器的運行不需要任何昂貴的自動控制裝置。通過一個電動控制盤可用幾種方式操作該設備除去并過濾掉鐵和錳，沖洗，以及停機。該水過濾系統(tǒng)比以前的工藝系統(tǒng)耗電量少，沖洗用水量也少。由于可使用從深井抽出的水而無須使用高壓水進行沖洗，所以不需要安裝專用的水塔或高壓水泵，這不僅減少了開始時的安裝費用，而且還簡化了過濾系統(tǒng)的操作程序。水過濾系統(tǒng)包括一個密閉容器或一個容器，一個空壓機(或噴射器)，一個管式攪拌器和有關管道，因此很方便安裝維護，該過濾系統(tǒng)占用空間和操作費用均低于普通的除鐵系統(tǒng)，而且它能分別處理為供人日常使用的水和工業(yè)用水，從而減少了需要過濾的水的數(shù)量，降低了處理費用。這種水過濾系統(tǒng)不僅適合于家庭使用，還適合于在大城市使用。水過濾系統(tǒng)提供的水的質(zhì)量極佳。另外，只需要簡單的工藝技術就能制造這種水過濾系統(tǒng)。當含有鐵和錳的地下水流過具超常的氧化能力的過濾系統(tǒng)后，流出的水即可供使用。這種水實際上不含鐵和錳。該水過濾系統(tǒng)只需要一種程序，而其他過濾系統(tǒng)需要3種或更多的程序。使用這種新技術建廠能節(jié)省大約42％的投資費用。其他過濾系統(tǒng)額外需要的兩個程序都要求建造復雜的結(jié)構(gòu)工程并需要昂貴的設備和大型建筑。而且，這種水過濾系統(tǒng)可節(jié)省大約50％的可用土地。本專利技術的水過濾本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
水過濾系統(tǒng)包括： 一個密閉容器； 裝在容器內(nèi)的過濾基質(zhì)，該過濾基質(zhì)由許多顆粒組成；且 在顆粒上表面生成并粘附于顆粒上的再生膜，所述再生膜由氧氣與Ｆｅ↑［２＋］或Ｍｎ↑［４＋］的反應產(chǎn)物組成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張云慧，單均堯，
申請(專利權(quán))人：張云慧，單均堯，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]