專利名稱：一種去除飲用水中鹵乙酸的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及飲用水凈化技術領域，尤其是一種去除飲用水中鹵乙酸的裝置。
背景技術：
隨著工業、農業的不斷發展，大量的污染物通過不同的途徑進入水體，飲用水水源 受到污染的問題日夜突出。針對特定水質問題，不斷有相應的專利，如CN101028945A“水源 水除氟生物滅菌裝置”、CN101486506 “一種飲用水除砷裝置”、CN101654307 “一種去除飲 用水中鄰苯二甲酸酯的裝置”，從技術上解決飲用水衛生安全問題，但迄今，還未見有針對 飲用水中消毒副產物鹵乙酸去除的專利公告。目前，世界上大多數國家，特別是發展中國家的自來水處理基本上采用“混凝一沉 淀一砂濾一投氯消毒”的常規處理工藝，對水中懸浮污染物、細菌去除效果很好，但對溶解 性有機物基本沒有去處效果。特別是在自來水處理工藝最后一個環節投氯消毒的時候，水 中有機物與氯反應生成致癌風險極大的消毒副產物——鹵乙酸(HAAs)，對人體健康構成極 大的危害。由于HAAs具有非揮發性、極性，在水中存在的時間長，其持續性影響很大。歐 美等發達國家對飲用水中HAAs已有嚴格的濃度限制標準，我國目前只是在《生活飲用水衛 生標準》非常規檢測項目中作了規定，HAAs最大允許質量濃度為150yg/L，其中二氯乙酸 (DCAA)為 50 μ g/L，三氯乙酸(TCAA)為 100 μ g/L。鹵乙酸去除的可能方法包括物理、化學和生物方法。物理方法的膜分離處理是相 對可行的，其應用存在的主要問題在于膜的更換不便、運行動力消耗費用大，會分離出大 量不必從水中分離出來的物質，濃縮液處置困難等。化學法存在化學反應中間產物、及水中 有機物參與反應所生成副產物的健康風險評價的問題，目前極少用于飲用水實際處理。生 物方法成本低，是一種較有前景的方法，但填料掛膜前(少則一月多則數月的時間)HAAs怎 樣有效去除、掛膜后生物量怎樣維持滿足要求、微生物流失的致病風險控制等方面的問題 目前還有待解決。故怎樣簡單、有效去除飲用水中的鹵乙酸，成為本領域有待解決的技術問題。
發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明首要解決的技術問題是，提供一種能夠簡單有 效的去除飲用水中鹵乙酸的裝置。為了解決上述技術問題，本發明中采用了如下的技術方案
一種去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特點在于，包括一容置體，容置體上端連接有進水 管；容置體內腔上端橫向設置有與進水管連接的布水器；布水器下方的容置體內腔中向下依次設置有一級吸附結構和二級吸附結構；一級吸附結構包括由上而下依次設置的第一反 沖填料攔截網、非極性吸附填料層、第一填料承托篩網、第一填料承托板；所述二級吸附結 構包括由上而下依次設置的第二反沖填料攔截網、極性吸附填料層、第二填料承托篩網、第 二填料承托板；二級吸附結構下方的容置體底部設置有出水管；還包括有反洗系統。本技術方案中，所述布水器可以使進水均勻。在一級吸附結構中所述非極性吸附 填料層為由非極性吸附填料顆粒構成，對水中非極性有機物的吸附性高；所述第一反沖填 料攔截網和第一填料承托篩網結構類似，均為孔徑小于非極性吸附填料顆粒粒徑的網狀 體，其中第一反沖填料攔截網用于防止填料在反洗時被沖走；所述第一填料承托板為具有 孔眼的板狀體，其孔眼面積在使第一填料承托板可以承托其上層結構的前提下應盡量大， 使其不影響正常過水和反洗的進行。二級吸附結構與一級吸附結構整體類似，但其極性吸 附填料層為極性吸附填料顆粒構成，對水中極性分子HAAs吸附能力強。其中作為優化，所 述非極性吸附填料層內的填料采用非極性活性炭顆粒，所述極性吸附填料層內的填料采用 極性活性炭顆粒。所述非極性活性炭顆粒為普通的活性炭顆粒，所述極性活性炭顆粒為吸 附極性HAAs分子能力大于普通活性炭2-5倍的活性炭顆粒；兩者均為現有的顆粒材料，可 直接購買目前市場已存在的現有商品。技術方案中采用了飲用水處理領域中因成本低廉，實施方便而經常使用的吸附填 料層吸附的技術，吸附填料也采用了吸附效果好的活性炭顆粒。但申請人也考慮到僅僅采 用普通的活性炭顆粒，用于水中HAAs的去除存在一些問題。首先，活性炭是一種具有碳骨 架大Π鍵的非極性吸附劑，對水中非極性分子有機物、特別是苯系有機物、帶共軛雙鍵有 機物表現出較強的吸附能力。象小分子天然腐植酸、鄰苯二甲酸酯這類分子帶苯環結構的 有機物很容易在活性炭上吸附，這類有機物普遍存在于水源水中，常規自來水處理工藝幾 乎不能去除，所以也構成了自來水中常見的有機物。而HAAs(鹵乙酸)是一種極性分子，普通 活性炭對其吸附容量很小，根據研究文獻，對于高純水配置的HAAs溶液，在平衡濃度都是 幾十μ g/L的范圍，活性炭對HAAs的吸附容量很少超過幾mg/g，而對鄰苯二甲酸酯類通常 都超過100mg/g。當非極性有機物與HAAs共存的自來水與普通活性炭接觸，非極性有機物 與HAAs會發生競爭吸附，并且由于非極性有機物分子在非極性吸附劑活性炭的優勢吸附， 使本來吸附性能不好的HAAs吸附變得更困難。所以，本技術方案中，采用了兩級吸附結構 的形式，在一級吸附結構中采用非極性活性炭顆粒(即普通的活性炭顆粒)作為吸附劑，先 將自來水中的非極性有機物，以及其他固體雜質吸附截留；然后再在二級吸附結構中采用 極性活性炭顆粒(指對極性分子HAAs吸附能力大于普通活性炭2倍以上的活性炭)作為吸 附劑，對水中極性HAAs分子和剩余部分固體雜質進行吸附截留。本發明采用簡單的結構， 大大增強了對鹵乙酸的吸附去除效果。有效地達到了去除飲用水中鹵乙酸的目的。上述方案中的反洗系統，可以采用如下優化，所述反洗系統包括通過一個三通控 制閥連接在進水管上的反洗出水管，通過另一個三通控制閥連接在出水管上的反洗進水 管，反洗進水管上還設置有反洗水泵。這是因為普通水處理裝置反洗系統中，均是采用進水 閥、出水閥、反洗進水閥、反洗出水閥四個控制閥進行控制，具有閥門多，成本大，操作復雜 的缺陷；改用三通控制閥進行控制，可以得到簡化機構，降低成本，使操作控制更簡單的目 的。上述反洗系統中的三通控制閥可以采用如下優化結構，所述三通控制閥包括一個閥體，閥體內部具有一個球形的閥腔，使同樣情況下閥腔體積最大化，水在腔內流速較小， 減少了操作控制時水流對腔內構件的沖擊損耗。閥體具有位于球型閥腔同一直徑圓周面上 的三個連接口，閥體閥腔內匹配地設置有球冠型封頭，球冠型封頭通過加強筋板與一個旋 轉連桿連接，旋轉連桿的兩端可旋轉地設置于閥腔壁，其一端伸出閥腔外部且設置有手柄， 通過手柄轉動旋轉連桿可使得球冠型封頭堵住三個連接口中任一個而使另外兩個導通。這 樣結構的三通控制閥，可以通過控制旋轉連桿的轉動達到控制任意兩個連接口接通的目 的，相比于普通的三通控制閥，其結構更加簡單，功能得到優化，成本更低廉。其中作為進一 步優化，所述加強筋板位于三個連接口所在的直徑圓周面；這是因為三通控制閥使用時是 通過旋轉連桿帶動球冠型封頭轉動，上述優化結構的加強筋板可以達到采用最少的材料傳 遞最大的扭矩的效果，并使過水受到的阻力盡可能小。增強了三通控制閥使用的可靠性。作為反洗系統的又一優化，所述反洗系統還包括一個第二反洗出水管，所述一級 吸附結構和二級吸附結構間隔設置，所述第二反洗出水管位于一級吸附結構和二級吸附結 構之間的容置體側壁上，第二反洗出水管上設置有出水控制閥。這樣，在反洗時，可以先將 第二反洗出水管打開進行調節出水，令反洗時從二級吸附結構中沖出的臟水先從第二反洗 出水管處排出，待二級吸附結構中清洗得比較干凈后，再關閉第二反洗出水管，以便對一級 吸附結構進行清洗。這樣可以避免反洗時從二級吸附結構中沖出的固體雜質顆粒等贓物被 一級吸附結構阻擋或者混入一級吸附結構的吸附填料層中，故提高了反洗質量和效率。在增設反洗系統的基礎上再一步優化，還包括自動控制系統，自動控制系統包括 電控中心和設置于容置體內布水器與一級吸附結構之間的水位傳感電極，水位傳感電極與 電控中心相連；所述三通控制閥中旋轉連桿的另一端伸出閥腔外部且設置有電動機構，電 動機構與電控中心相連；所述第二反洗出水管上的出水控制閥為與電控中心相連的電動控 制閥；所述反洗水泵與電控中心相連。其中所述電動機構可以是小型步進電機等可以輸出 旋轉扭矩的裝置。這樣增設了自動控制系統后，當裝置使用一段時間，吸附填料因截留污染 物逐漸增多，孔隙逐漸被污染物充滿，過水能力逐漸降低，一級吸附結構上方的水位會逐漸 上漲，當上漲到水位傳感電極位置處后，水位傳感電極檢測到信號并發至電控中心，電控中 心通過對三通控制閥、反洗水泵和出水控制閥的控制，啟動預設好的反洗程序，反洗程序結 束后自動控制裝置恢復到正常吸附處理程序。其中，電控中心具體結構和具體控制過程，采 用電子控制領域的普通技術與知識，故不在此進行介紹。作為另一優化，所述容置體橫截面為圓形，所述布水器為直的布水管，布水管上設 置有布水孔，布水管位于容置體內壁截面圓直徑位置，所述布水孔沿布水管下方兩側均勻 交替成90°布置，所述布水管直徑沿進口端至末端逐漸減小，所述布水管進口段的布水孔 孔徑大于末段大于中間段，所述布水孔排列間距中間段小于進口段和末段。其中，容置體橫 截面為圓形，可以采用最少的材料得到最大的水處理空間，布水管形狀和其上布水孔形狀 和位置的優化設置，可以在布水管材料消耗較小的情況小最大化地保證在圓形橫截面的容 置體內均勻布水，減少負荷沖擊，提高吸附效果。作為再一優化，所述容置體頂部設置有可打開的非密封蓋板。蓋板可以防止灰塵 等外物進入，非密封可以保證容置體內與大氣連通，保證正常吸附。綜上所述，相比于現有技術，本發明有如下優點1、采用兩級吸附結構的形式，使 得自來水中的非極性有機物分子以及固體顆粒雜質在一級吸附結構中被吸附去除；剩余的部分固體顆粒雜質以及極性HAAs分子可以在二級吸附機構中被吸附去除，這樣采用針對 性的兩級吸附的方式，可以非常有效地去除掉水中極性鹵乙酸分子，同時對其他物質的吸 附效果也非常好，并且結構簡單，實施成本低廉。2、反洗系統的優化，可以簡化機構、操作， 降低成本，降低控制復雜度以及提高反洗效果。3、增設的自動控制系統，可以達到自動控制 運行的目的，自動化程度高。4、優化設計的布水器，極大提高了布水效果，使得布水更均勻， 減少負荷沖擊，更有利于吸附。5、本裝置還解決了反洗強度大引起炭流失的問題，并使裝 置反洗時填料不流失所需的高度降低，并簡化了運行工況與反洗工況切換涉及的構件與操 作；所以還具備裝置體積小、節省運行能耗、操作容易、管理方便等優點。
圖1為本發明的結構示意圖。圖2為圖1的A-A視圖。圖3為本發明中采用的三通控制閥的結構示意圖。圖4為圖3的B-B視圖。圖5為圖4的C-C視圖。圖6為本發明布水管的截面示意圖。圖7為圖1中布水管的部分結構的仰視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的結構作進一步的詳細說明。具體實施時，本發明結構如圖1至圖7所示，一種去除飲用水中鹵乙酸的裝置，包 括一容置體1，容置體1上端連接有進水管2 ；容置體1內腔上端橫向設置有與進水管2連接 的布水器；布水器下方的容置體1內腔中向下依次設置有一級吸附結構和二級吸附結構； 一級吸附結構包括由上而下依次設置的第一反沖填料攔截網3、非極性吸附填料層4、第一 填料承托篩網5、第一填料承托板6 ；所述二級吸附結構包括由上而下依次設置的第二反沖 填料攔截網7、極性吸附填料層8、第二填料承托篩網9、第二填料承托板10 ；二級吸附結構 下方的容置體底部設置有出水管11 ；還包括有反洗系統。實施時，所述非極性吸附填料層4內的填料采用非極性活性炭顆粒，具體可以采 用市場上可以購買的普通活性炭顆粒；所述極性吸附填料層8內的填料采用極性活性炭 顆粒，具體可以采用可以購買的吸附極性HAAs分子性能較好的活性炭顆粒，例如可采用吸 附極性HAAs分子性能比普通活性炭好2-5倍的、Japan Enviro Chemicals，Ltd生產的 “Shirasagi WH2c，，粒狀活性炭。實施時，所述反洗系統包括通過一個三通控制閥15連接在進水管2上的反洗出水 管12，通過另一個三通控制閥15連接在出水管11上的反洗進水管13，反洗進水管13上還 設置有反洗水泵14。其中所述三通控制閥包括一個閥體16，閥體16內部具有一個球形的 閥腔，閥體16具有位于球型閥腔同一直徑圓周面上的三個連接口，閥體16閥腔內匹配地設 置有球冠型封頭17，球冠型封頭17通過加強筋板18與一個旋轉連桿19連接，旋轉連桿19的兩端可旋轉地設置于閥腔壁，其一端伸出閥腔外部且設置有手柄20，通過手柄20轉動旋 轉連桿19可使得球冠型封頭17堵住三個連接口中任一個而使另外兩個導通。所述加強筋 板18位于三個連接口所在的直徑圓周面。所述反洗系統還包括一個第二反洗出水管21，所 述一級吸附結構和二級吸附結構間隔設置，所述第二反洗出水管21位于一級吸附結構和 二級吸附結構之間的容置體1側壁上，第二反洗出水管21上設置有出水控制閥22。實施時，還包括自動控制系統，自動控制系統包括電控中心23和設置于容置體1 內布水器與一級吸附結構之間的水位傳感電極26，水位傳感電極26與電控中心23相連； 所述三通控制閥15中旋轉連桿的另一端伸出閥腔外部且設置有電動機構，電動機構與電 控中心23相連；所述第二反洗出水管21上的出水控制閥22為與電控中心23相連的電動 控制閥；所述反洗水泵14與電控中心23相連。實施時，所述容置體1橫截面為圓形，所述布水器為直的布水管24，布水管24上設 置有布水孔25，布水管24位于容置體1內壁截面圓直徑位置，所述布水孔25沿布水管24 下方兩側均勻交替成90°布置，所述布水管24直徑沿進口端至末端逐漸減小，所述布水管 24進口段的布水孔25孔徑大于末段大于中間段，所述布水孔25排列間距中間段小于進口 段和末段(布水孔排列間距和大小的結構附圖中未顯示出)。實施時，還可以在所述容置體頂部設置可打開的非密封蓋板(附圖中未顯示)。
權利要求
一種去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，包括一個容置體(1)，容置體(1)上端連接有進水管(2)；容置體(1)內腔上端橫向設置有與進水管(2)連接的布水器；布水器下方的容置體(1)內腔中向下依次設置有一級吸附結構和二級吸附結構；一級吸附結構包括由上而下依次設置的第一反沖填料攔截網(3)、非極性吸附填料層(4)、第一填料承托篩網(5)、第一填料承托板(6)；所述二級吸附結構包括由上而下依次設置的第二反沖填料攔截網(7)、極性吸附填料層(8)、第二填料承托篩網(9)、第二填料承托板(10)；二級吸附結構下方的容置體底部設置有出水管(11)；還包括有反洗系統。
2.如權利要求1所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述非極性吸附填 料層(4)內的填料采用非極性活性炭顆粒，所述極性吸附填料層(8)內的填料采用極性活 性炭顆粒。
3.如權利要求1或2所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述反洗系統 包括通過一個三通控制閥(15 )連接在進水管(2 )上的反洗出水管(12 )，通過另一個三通控 制閥(15)連接在出水管(11)上的反洗進水管(13)，反洗進水管(13)上還設置有反洗水泵(14)。
4.如權利要求3所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述三通控制閥(15)包括一個閥體(16)，閥體(16)內部具有一個球形的閥腔，閥體具有位于球型閥腔同一 直徑圓周面上的三個連接口，閥體閥腔內匹配地設置有球冠型封頭(17)，球冠型封頭(17) 通過加強筋板(18)與一個旋轉連桿(19)連接，旋轉連桿(19)的兩端可旋轉地設置于閥腔 壁，其一端伸出閥腔外部且設置有手柄(20 )，通過手柄(20 )轉動旋轉連桿(19 )可使得球冠 型封頭(17)堵住三個連接口中任一個而使另外兩個導通。
5.如權利要求4所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述加強筋板(18) 位于三個連接口所在的直徑圓周面。
6.如權利要求4或5所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述反洗系統還 包括一個第二反洗出水管(21)，所述一級吸附結構和二級吸附結構間隔設置，所述第二反 洗出水管(21)位于一級吸附結構和二級吸附結構之間的容置體(1)側壁上，第二反洗出水 管(21)上設置有出水控制閥(22)。
7.如權利要求6所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，還包括自動控制系 統，自動控制系統包括電控中心(23)和設置于容置體(1)內布水器與一級吸附結構之間的 水位傳感電極(26)，水位傳感電極(26)與電控中心(23)相連；所述三通控制閥中旋轉連桿 (19)的另一端伸出閥腔外部且設置有電動機構，電動機構與電控中心(23)相連；所述第二 反洗出水管(21)上的出水控制閥(22)為與電控中心(23)相連的電動控制閥；所述反洗水 泵(14)與電控中心(23)相連。
8.如權利要求1或2所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述容置體(1) 橫截面為圓形，所述布水器為直的布水管(24)，布水管(24)上設置有布水孔(25)，布水管 (24)位于容置體內壁截面圓直徑位置，所述布水孔(25)沿布水管(24)下方兩側均勻交替 成90 °布置，所述布水管(24 )直徑沿進口端至末端逐漸減小，所述布水管(24 )進口段的布 水孔(25)孔徑大于末段大于中間段，所述布水孔(25)排列間距中間段小于進口段和末段。
9.如權利要求1或2所述的去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其特征在于，所述容置體(1) 頂部設置有可打開的非密封蓋板。
全文摘要
本發明公開了一種去除飲用水中鹵乙酸的裝置，其主要由容置體、布水器、包括有非極性吸附填料層的一級吸附結構、包括有極性吸附填料層的二級吸附結構、反沖洗系統和自動控制系統等。原水在處理時，先后經過非極性填料層、極性填料層時，水中對HAAs吸附有不利影響的非極性有機物先行被去除，使后續極性填料層吸附HAAs的優勢得以充分發揮。同時，該裝置解決了反洗強度大引起炭流失的問題，并使裝置反洗時填料不流失所需的高度降低，并簡化了運行工況與反洗工況切換涉及的構件與操作。本發明裝置可對水中HAAs進行有效去除，具有裝置體積小、節省運行能耗、操作容易、管理方便等優點。
文檔編號C02F9/02GK101955273SQ201010514669
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者汪昆平, 王濤, 蔣紹階, 郭勁松 申請人:重慶大學