专利名称：双层滤料的水过滤装置、改性滤料及改性滤料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理装置、水处理装置中使用的滤料及滤料的制备方法。
背景技术：
过滤工艺是水处理中的关键工艺，是饮用水处理中不可缺少的一个环节，它直接关系到了出厂水的水质问题，是给水处理工艺的重要屏障，它的主要作用是去除水中经沉淀后剩余的浊度、微小絮体、微生物、藻类和有机物。随着工农业不断发展和人们生活水平的不断提高，我国的饮用水水源受到了不同程度的污染，大量的工业废水、生活污水及农药等排入水体，里面含有大量的有机物，不但使水中含有大量的有毒有害物质，而且造成了水体不同程度的富营养化，当温度比较高时，藻类大量的繁殖，由于藻类具有活性且很难被吸附，非常容易穿透滤池，严重影响了出水水质。另外由于人为的乱砍滥伐，植被显著的减少，致使水土流失严重，大量的泥沙及有机物进入水体，一些颗粒(特别是细小颗粒)与水体中原有的有机物结合，使颗粒物表面的zeta电位升高，增加了它的稳定性，由于中性pH条件下现有的滤料表面大多带负电荷，很难将其截流，特别是在高藻期时，藻类更容易穿透滤池，引起水厂出水水质的恶化。对于某些水体来说现有的工艺已不能满足人们对水质的要求，所以人们想出了很多强化过滤手段，如预氧化强化过滤、投加助滤剂等，但由于在运行过程中增加了运行成本难以推广。改性滤料是一种新兴的滤料，它是在载体滤料表面通过物理化学反应涂上一层改性剂，从而改变原滤料颗粒表面物理化学性质，可改善出水水质，但当进水浊度很高时，由于滤料易堵塞导致水头损失增加过快而不宜使用，因此改性滤料仅用于过滤较洁净的水体；而且改性滤料的过滤周期短，严重影响其在实际中的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有水过滤处理中藻类难被吸附、易穿透滤池，水中细小颗粒与水体中原有的有机物结合难以截流，改性滤料只适用于较洁净的水体、且过滤周期短，其它强化过滤手段成本过高的问题，而提供的一种双层滤料的水过滤装置、改性滤料及改性滤料的制备方法。双层滤料的水过滤装置包括水处理反应器和装在水处理反应器内的滤料；所述滤料的上层为厚度200mm～400mm的无烟煤滤料层，滤料的下层为厚度500mm～800mm的改性滤料层，其中无烟煤滤料的粒径为0.8mm～1.8mm，改性滤料的粒径为0.5mm～2.0mm。改性滤料是由改性剂涂覆在石英砂或陶粒上制得；其中改性剂由铁的氧化物、铝的氧化物、锰的氧化物中的一种或几种混合制得，或者由铁的氢氧化物、铝的氢氧化物、锰的氢氧化物中的一种或几种混合制得。改性滤料的制备方法通过以下步骤实现①将载体滤料用蒸馏水水洗后烘干；②将硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液中的一种或几种混合，然后边搅拌边加入浓度为200±20g/L的NaOH溶液，调节混合液的pH值到7，再将载体滤料放入混合液中搅拌或振荡20±5min；所述硝酸铁、氯化铝、氯化锰溶液中的一种或几种混合后的混合液中盐的总质量小于载体滤料质量的10％；③将加入载体滤料的混合液在110±5℃条件下加热48±2h，待冷却后用蒸馏水冲洗，直至pH值为中性，即得到改性滤料。改性滤料还可通过以下步骤进行制备①将载体滤料用蒸馏水水洗后烘干；②将Fe2O3、Al2O3、新生态水合二氧化锰三种氧化物粉末中的一种或几种混合加入蒸馏水制成混合液，再加入载体滤料搅拌或振荡36～50h；所述混合液中每升蒸馏水加入氧化物粉末共100～900g，氧化物粉末的总质量小于载体滤料质量的10％；③将加入载体滤料的混合液在110±5℃条件下加热48±2h，待冷却后用蒸馏水冲洗，直至pH值为中性，即得到改性滤料。
本发明中双层滤料的水过滤装置结构简单，具有可过滤掉水体中的藻类、有机物、重金属、水中细小颗粒与水体中原有的有机物的结合物，适用于浊度很高的水体，过滤周期长，成本低的优点。本发明中改性滤料吸附水中杂质的能力优于普通滤料的四倍，而且其制备方法简单，便于应用和推广。
图1是双层滤料的水过滤装置的结构示意图，图2是改性滤料吸附杂质的效果图，图3是普通滤料吸附杂质的效果图。
具体实施例方式
具体实施方式
一参照图1，本实施方式为一种双层滤料的水过滤装置，它包括水处理反应器1和装在水处理反应器1内的滤料2；所述滤料2的上层为厚度200mm～400mm的无烟煤滤料层3，滤料2的下层为厚度500mm～800mm的改性滤料层4，其中无烟煤滤料的粒径为0.8mm～1.8mm，改性滤料的粒径为0.5mm～2.0mm。
本实施方式滤料2的上层无烟煤滤料层3可以除去水体中的部分杂质，提高过滤装置的含污能力，有助于提高通过改性滤料层4的水质，延长改性滤料层4的过滤周期，降低生产成本。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是改性滤料层4和无烟煤滤料层3均采用不同粒径进行级配，不均匀系数K80都小于2.0。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二的不同点是改性滤料层4的下面铺设承托层5，承托层5由天然卵石或砾石材料构成；所述承托层5至少为一层，每层厚度为50～110mm，从上至下天然卵石或砾石材料的粒径逐层增大。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三的不同点是承托层5为三层，每层的厚度为80～100mm，从上至下天然卵石或砾石材料的粒径逐层增大，每层的粒径分别为2mm～4mm、4mm～6mm、6mm～8mm。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是无烟煤滤料层3的厚度为250mm～350mm，改性滤料层4的厚度为600mm～700mm，其中无烟煤滤料的粒径为1mm～1.7mm，改性滤料的粒径为1mm～1.5mm。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一或五的不同点是无烟煤滤料层3的厚度为300mm，改性滤料层4的厚度为650mm，其中无烟煤滤料的粒径为1.4mm，改性滤料的粒径为1.2mm。
具体实施方式
七本实施方式改性滤料是由改性剂涂覆在石英砂或陶粒上制得；其中改性剂由铁的氧化物、铝的氧化物、锰的氧化物中的一种或几种混合制得，或者由铁的氢氧化物、铝的氢氧化物、锰的氢氧化物中的一种或几种混合制得。
本实施方式中的改性滤料4-1的整个表面都吸附水体中的杂质6，如图2所示；而普通滤料7仅是上表面吸附水体中的杂质6，如图3所示；由此可以证明改性滤料4-1吸附水体中杂质的能力比普通滤料7强。
具体实施方式
八本实施方式按以下步骤实现改性滤料的制备①将载体滤料用蒸馏水水洗后烘干；②将硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液中的一种或几种混合，然后边搅拌边加入浓度为200±20g/L的NaOH溶液，调节混合液的pH值到7，再将载体滤料放入混合液中搅拌或振荡20±5min；所述硝酸铁、氯化铝、氯化锰溶液中的一种或几种混合后的混合液中盐的总质量小于载体滤料质量的10％；③将加入载体滤料的混合液在110±5℃条件下加热48±2h，待冷却后用蒸馏水冲洗，直至pH值为中性，即得到改性滤料。
本实施方式制备的改性滤料的比表面积是普通滤料比表面积的40～50倍，更容易吸附水体中的杂质、藻类、有机物和重金属，还可以将粒径较小的杂质截留在改性滤料表面的凸凹处，而且在中性水的环境下改性滤料通常带正电，又由于大部分水中的颗粒、引第虫和贾孢子虫表面都带有负电荷，因此改性滤料在吸附水体中的杂质和去除引第虫、贾孢子虫方面明显优于普通滤料。
本实施方式第②步中硝酸铁、氯化铝、氯化锰溶液中的一种或几种混合后的混合液中盐的总质量小于载体滤料质量的10％，混合液中盐具体的加入量根据水质而定。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
八的不同点是第②步中硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液的浓度都是200～500g/L。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
八的不同点是第②步中硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液的浓度都是300～400g/L。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
八的不同点是第②步中载体滤料为陶粒或石英砂。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
八的不同点是第②步中加入浓度为200g/L的NaOH溶液，调节混合液的pH值到7，再将载体滤料放入混合液中搅拌或振荡20min。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
八的不同点是第③步在110℃条件下加热48h。
具体实施方式
十四本实施方式按以下步骤实现改性滤料的制备①将载体滤料用蒸馏水水洗后烘干；②将Fe2O3、Al2O3、新生态水合二氧化锰三种氧化物粉末中的一种或几种混合加入蒸馏水制成混合液，再加入载体滤料搅拌或振荡36～50h；所述混合液中每升蒸馏水加入氧化物粉末共100～900g，氧化物粉末的总质量小于载体滤料质量的10％；③将加入载体滤料的混合液在11O±5℃条件下加热48±2h，待冷却后用蒸馏水冲洗，直至pH值为中性，即得到改性滤料。
本实施方式第②步中氧化物粉末的总质量小于载体滤料质量的10％，氧化物粉末与载体滤料的质量比例关系根据水质而定。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十四的不同点是第②步中载体滤料为陶粒或石英砂。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十四的不同点是第③步在110℃条件下加热48h。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十四的不同点是第②步中加入载体滤料搅拌或振荡40～48h。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十四的不同点是第②步中加入载体滤料搅拌或振荡44h。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十四的不同点是第②步中混合液中每升蒸馏水加入氧化物粉末共300～700g。
权利要求
1.一种双层滤料的水过滤装置，其特征是它包括水处理反应器(1)和装在水处理反应器(1)内的滤料(2)；所述滤料(2)的上层为厚度200mm～400mm的无烟煤滤料层(3)，滤料(2)的下层为厚度500mm～800mm的改性滤料层(4)，其中无烟煤滤料的粒径为0.8mm～1.8mm，改性滤料的粒径为0.5mm～2.0mm。
2.根据权利要求1所述的双层滤料的水过滤装置，其特征在于改性滤料层(4)和无烟煤滤料层(3)均采用不同粒径进行级配，不均匀系数K80都小于2.0。
3.根据权利要求1或2所述的双层滤料的水过滤装置，其特征在于在改性滤料层(4)的下面铺设承托层(5)，承托层(5)由天然卵石或砾石材料构成；所述承托层(5)至少为一层，每层厚度为50～110mm，从上至下天然卵石或砾石材料的粒径逐层增大。
4.根据权利要求1所述的双层滤料的水过滤装置，其特征在于无烟煤滤料层(3)的厚度为250mm～350mm，改性滤料层(4)的厚度为600mm～700mm，其中无烟煤滤料的粒径为1mm～1.7mm，改性滤料的粒径为1mm～1.5mm。
5.根据权利要求3所述的双层滤料的水过滤装置，其特征在于承托层(5)为三层，每层的厚度为80～100mm，从上至下天然卵石或砾石材料的粒径逐层增大，每层的粒径分别为2mm～4mm、4mm～6mm、6mm～8mm。
6.一种改性滤料，它是由改性剂涂覆在石英砂或陶粒上制得；其中改性剂由铁的氧化物、铝的氧化物、锰的氧化物中的一种或几种混合制得，或者由铁的氢氧化物、铝的氢氧化物、锰的氢氧化物中的一种或几种混合制得。
7.一种改性滤料的制备方法，其特征是它通过以下步骤实现①将载体滤料用蒸馏水水洗后烘干；②将硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液中的一种或几种混合，然后边搅拌边加入浓度为200±20g/L的NaOH溶液，调节混合液的pH值到7，再将载体滤料放入混合液中搅拌或振荡20±5min；所述硝酸铁、氯化铝、氯化锰溶液中的一种或几种混合后的混合液中盐的总质量小于载体滤料质量的10％；③将加入载体滤料的混合液在110±5℃条件下加热48±2h，待冷却后用蒸馏水冲洗，直至pH值为中性，即得到改性滤料。
8.根据权利要求7所述的改性滤料的制备方法，其特征在于第②步中硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液的浓度都是200～500g/L。
9.根据权利要求7所述的改性滤料的制备方法，其特征在于第②步中载体滤料为陶粒或石英砂。
10.一种改性滤料的制备方法，其特征是它通过以下步骤实现①将载体滤料用蒸馏水水洗后烘干；②将Fe2O3、Al2O3、新生态水合二氧化锰三种氧化物粉末中的一种或几种混合加入蒸馏水制成混合液，再加入载体滤料搅拌或振荡36～50h；所述混合液中每升蒸馏水加入氧化物粉末共100～900g，氧化物粉末的总质量小于载体滤料质量的10％；③将加入载体滤料的混合液在110±5℃条件下加热48±2h，待冷却后用蒸馏水冲洗，直至pH值为中性，即得到改性滤料。
全文摘要
双层滤料的水过滤装置、改性滤料及改性滤料的制备方法，它涉及一种水处理装置、水处理装置中使用的滤料及滤料的制备方法。它解决了现有水过滤处理中杂质难去除、过滤周期短，成本过高的问题。双层滤料的水过滤装置包括水处理反应器(1)和装在水处理反应器(1)内的滤料(2)。改性滤料是由改性剂涂覆在石英砂或陶粒上制得。改性滤料的两种制备方法一种是将硝酸铁、氯化铝、氯化锰三种盐溶液中的一种或几种混合，然后加NaOH，制备改性滤料；另一种是将Fe
文档编号B01D39/02GK1803248SQ20051012732
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者马军, 王群, 王娜 申请人:哈尔滨工业大学