一种去除饮用水中卤乙酸的装置

技术领域

本发明涉及饮用水净化技术领域，尤其是一种去除饮用水中卤乙酸的装置。

背景技术

随着工业、农业的不断发展，大量的污染物通过不同的途径进入水体，饮用水水源受到污染的问题日夜突出。针对特定水质问题，不断有相应的专利，如CN101028945A“水源水除氟生物灭菌装置”、 CN101486506“一种饮用水除砷装置”、CN101654307“一种去除饮用水中邻苯二甲酸酯的装置”，从技术上解决饮用水卫生安全问题，但迄今，还未见有针对饮用水中消毒副产物卤乙酸去除的专利公告。

目前，世界上大多数国家，特别是发展中国家的自来水处理基本上采用“混凝→沉淀→砂滤→投氯消毒”的常规处理工艺，对水中悬浮污染物、细菌去除效果很好，但对溶解性有机物基本没有去处效果。特别是在自来水处理工艺最后一个环节投氯消毒的时候，水中有机物与氯反应生成致癌风险极大的消毒副产物——卤乙酸(HAAs)，对人体健康构成极大的危害。由于HAAs具有非挥发性、极性，在水中存在的时间长，其持续性影响很大。欧美等发达国家对饮用水中HAAs 已有严格的浓度限制标准，我国目前只是在《生活饮用水卫生标准》非常规检测项目中作了规定，HAAs 最大允许质量浓度为150μg/L，其中二氯乙酸(DCAA) 为50 μg/L，三氯乙酸(TCAA) 为100 μg/L。

卤乙酸去除的可能方法包括：物理、化学和生物方法。物理方法的膜分离处理是相对可行的，其应用存在的主要问题在于：膜的更换不便、运行动力消耗费用大，会分离出大量不必从水中分离出来的物质，浓缩液处置困难等。化学法存在化学反应中间产物、及水中有机物参与反应所生成副产物的健康风险评价的问题，目前极少用于饮用水实际处理。生物方法成本低，是一种较有前景的方法，但填料挂膜前(少则一月多则数月的时间)HAAs怎样有效去除、挂膜后生物量怎样维持满足要求、微生物流失的致病风险控制等方面的问题目前还有待解决。

故怎样简单、有效去除饮用水中的卤乙酸，成为本领域有待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明首要解决的技术问题是，提供一种能够简单有效的去除饮用水中卤乙酸的装置。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种去除饮用水中卤乙酸的装置，其特点在于，包括一容置体，容置体上端连接有进水管；容置体内腔上端横向设置有与进水管连接的布水器；布水器下方的容置体内腔中向下依次设置有一级吸附结构和二级吸附结构；一级吸附结构包括由上而下依次设置的第一反冲填料拦截网、非极性吸附填料层、第一填料承托筛网、第一填料承托板；所述二级吸附结构包括由上而下依次设置的第二反冲填料拦截网、极性吸附填料层、第二填料承托筛网、第二填料承托板；二级吸附结构下方的容置体底部设置有出水管；还包括有反洗系统。

本技术方案中，所述布水器可以使进水均匀。在一级吸附结构中所述非极性吸附填料层为由非极性吸附填料颗粒构成，对水中非极性有机物的吸附性高；所述第一反冲填料拦截网和第一填料承托筛网结构类似，均为孔径小于非极性吸附填料颗粒粒径的网状体，其中第一反冲填料拦截网用于防止填料在反洗时被冲走；所述第一填料承托板为具有孔眼的板状体，其孔眼面积在使第一填料承托板可以承托其上层结构的前提下应尽量大，使其不影响正常过水和反洗的进行。二级吸附结构与一级吸附结构整体类似，但其极性吸附填料层为极性吸附填料颗粒构成，对水中极性分子HAAs吸附能力强。其中作为优化，所述非极性吸附填料层内的填料采用非极性活性炭颗粒，所述极性吸附填料层内的填料采用极性活性炭颗粒。所述非极性活性炭颗粒为普通的活性炭颗粒，所述极性活性炭颗粒为吸附极性HAAs分子能力大于普通活性炭2-5倍的活性炭颗粒；两者均为现有的颗粒材料，可直接购买目前市场已存在的现有商品。

技术方案中采用了饮用水处理领域中因成本低廉，实施方便而经常使用的吸附填料层吸附的技术，吸附填料也采用了吸附效果好的活性炭颗粒。但申请人也考虑到仅仅采用普通的活性炭颗粒，用于水中HAAs的去除存在一些问题。首先，活性炭是一种具有碳骨架大П键的非极性吸附剂，对水中非极性分子有机物、特别是苯系有机物、带共轭双键有机物表现出较强的吸附能力。象小分子天然腐植酸、邻苯二甲酸酯这类分子带苯环结构的有机物很容易在活性炭上吸附，这类有机物普遍存在于水源水中，常规自来水处理工艺几乎不能去除，所以也构成了自来水中常见的有机物。而HAAs（卤乙酸）是一种极性分子，普通活性炭对其吸附容量很小，根据研究文献，对于高纯水配置的HAAs溶液，在平衡浓度都是几十μg/L的范围，活性炭对HAAs的吸附容量很少超过几mg/g，而对邻苯二甲酸酯类通常都超过100mg/g。当非极性有机物与HAAs共存的自来水与普通活性炭接触，非极性有机物与HAAs会发生竞争吸附，并且由于非极性有机物分子在非极性吸附剂活性炭的优势吸附，使本来吸附性能不好的HAAs吸附变得更困难。所以，本技术方案中，采用了两级吸附结构的形式，在一级吸附结构中采用非极性活性炭颗粒（即普通的活性炭颗粒）作为吸附剂，先将自来水中的非极性有机物，以及其他固体杂质吸附截留；然后再在二级吸附结构中采用极性活性炭颗粒（指对极性分子HAAs吸附能力大于普通活性炭2倍以上的活性炭）作为吸附剂，对水中极性HAAs分子和剩余部分固体杂质进行吸附截留。本发明采用简单的结构，大大增强了对卤乙酸的吸附去除效果。有效地达到了去除饮用水中卤乙酸的目的。

上述方案中的反洗系统，可以采用如下优化，所述反洗系统包括通过一个三通控制阀连接在进水管上的反洗出水管，通过另一个三通控制阀连接在出水管上的反洗进水管，反洗进水管上还设置有反洗水泵。这是因为普通水处理装置反洗系统中，均是采用进水阀、出水阀、反洗进水阀、反洗出水阀四个控制阀进行控制，具有阀门多，成本大，操作复杂的缺陷；改用三通控制阀进行控制，可以得到简化机构，降低成本，使操作控制更简单的目的。

上述反洗系统中的三通控制阀可以采用如下优化结构，所述三通控制阀包括一个阀体，阀体内部具有一个球形的阀腔，使同样情况下阀腔体积最大化，水在腔内流速较小，减少了操作控制时水流对腔内构件的冲击损耗。阀体具有位于球型阀腔同一直径圆周面上的三个连接口，阀体阀腔内匹配地设置有球冠型封头，球冠型封头通过加强筋板与一个旋转连杆连接，旋转连杆的两端可旋转地设置于阀腔壁，其一端伸出阀腔外部且设置有手柄，通过手柄转动旋转连杆可使得球冠型封头堵住三个连接口中任一个而使另外两个导通。这样结构的三通控制阀，可以通过控制旋转连杆的转动达到控制任意两个连接口接通的目的，相比于普通的三通控制阀，其结构更加简单，功能得到优化，成本更低廉。其中作为进一步优化，所述加强筋板位于三个连接口所在的直径圆周面；这是因为三通控制阀使用时是通过旋转连杆带动球冠型封头转动，上述优化结构的加强筋板可以达到采用最少的材料传递最大的扭矩的效果，并使过水受到的阻力尽可能小。增强了三通控制阀使用的可靠性。

作为反洗系统的又一优化，所述反洗系统还包括一个第二反洗出水管，所述一级吸附结构和二级吸附结构间隔设置，所述第二反洗出水管位于一级吸附结构和二级吸附结构之间的容置体侧壁上，第二反洗出水管上设置有出水控制阀。这样，在反洗时，可以先将第二反洗出水管打开进行调节出水，令反洗时从二级吸附结构中冲出的脏水先从第二反洗出水管处排出，待二级吸附结构中清洗得比较干净后，再关闭第二反洗出水管，以便对一级吸附结构进行清洗。这样可以避免反洗时从二级吸附结构中冲出的固体杂质颗粒等赃物被一级吸附结构阻挡或者混入一级吸附结构的吸附填料层中，故提高了反洗质量和效率。

在增设反洗系统的基础上再一步优化，还包括自动控制系统，自动控制系统包括电控中心和设置于容置体内布水器与一级吸附结构之间的水位传感电极，水位传感电极与电控中心相连；所述三通控制阀中旋转连杆的另一端伸出阀腔外部且设置有电动机构，电动机构与电控中心相连；所述第二反洗出水管上的出水控制阀为与电控中心相连的电动控制阀；所述反洗水泵与电控中心相连。其中所述电动机构可以是小型步进电机等可以输出旋转扭矩的装置。这样增设了自动控制系统后，当装置使用一段时间，吸附填料因截留污染物逐渐增多，孔隙逐渐被污染物充满，过水能力逐渐降低，一级吸附结构上方的水位会逐渐上涨，当上涨到水位传感电极位置处后，水位传感电极检测到信号并发至电控中心，电控中心通过对三通控制阀、反洗水泵和出水控制阀的控制，启动预设好的反洗程序，反洗程序结束后自动控制装置恢复到正常吸附处理程序。其中，电控中心具体结构和具体控制过程，采用电子控制领域的普通技术与知识，故不在此进行介绍。

作为另一优化，所述容置体横截面为圆形，所述布水器为直的布水管，布水管上设置有布水孔，布水管位于容置体内壁截面圆直径位置，所述布水孔沿布水管下方两侧均匀交替成90°布置，所述布水管直径沿进口端至末端逐渐减小，所述布水管进口段的布水孔孔径大于末段大于中间段，所述布水孔排列间距中间段小于进口段和末段。其中，容置体横截面为圆形，可以采用最少的材料得到最大的水处理空间，布水管形状和其上布水孔形状和位置的优化设置，可以在布水管材料消耗较小的情况小最大化地保证在圆形横截面的容置体内均匀布水，减少负荷冲击，提高吸附效果。

作为再一优化，所述容置体顶部设置有可打开的非密封盖板。盖板可以防止灰尘等外物进入，非密封可以保证容置体内与大气连通，保证正常吸附。

综上所述，相比于现有技术，本发明有如下优点：1、采用两级吸附结构的形式，使得自来水中的非极性有机物分子以及固体颗粒杂质在一级吸附结构中被吸附去除；剩余的部分固体颗粒杂质以及极性HAAs分子可以在二级吸附机构中被吸附去除，这样采用针对性的两级吸附的方式，可以非常有效地去除掉水中极性卤乙酸分子，同时对其他物质的吸附效果也非常好，并且结构简单，实施成本低廉。2、反洗系统的优化，可以简化机构、操作，降低成本，降低控制复杂度以及提高反洗效果。3、增设的自动控制系统，可以达到自动控制运行的目的，自动化程度高。4、优化设计的布水器，极大提高了布水效果，使得布水更均匀，减少负荷冲击，更有利于吸附。5、本装置还解决了反洗强度大引起炭流失的问题，并使装置反洗时填料不流失所需的高度降低，并简化了运行工况与反洗工况切换涉及的构件与操作；所以还具备装置体积小、节省运行能耗、操作容易、管理方便等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A视图。

图3为本发明中采用的三通控制阀的结构示意图。

图4为图3的B-B视图。

图5为图4的C-C视图。

图6为本发明布水管的截面示意图。

图7为图1中布水管的部分结构的仰视图。