專利名稱：一種降低飲用水中硬度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低飲用水中硬度的方法，屬于飲用水處理凈化領(lǐng)域。
技術(shù)背景水的硬度是指溶解在水中的鹽類物質(zhì)的含量，即鈣鹽和鎂鹽含量的多少。鈣 鎂離子含量多的硬度就大，反之則硬度小。按規(guī)范把1L水含鈣鎂離子的總和相 當于10mgCaCO3稱之為1度8度以下為軟水，8-16度為中水，16度以上為硬 水，30度以上為極硬水。 一般飲用水的適宜硬度以10度 20度為宜。傳統(tǒng)的飲用水凈化經(jīng)常采用絮凝、砂濾和加氯殺菌等常規(guī)方法，該方法用絮 凝結(jié)合砂濾工藝對水中的細小固形物顆粒和膠體雜質(zhì)進行去除，由于砂濾孔隙尺 寸較大，分離精度低，部分亞微米、納米級別的小顆粒會穿透砂濾器進入后續(xù)工 段，直接影響了出水的澄清度，另外砂濾對細菌等物質(zhì)的截留能力較差，也不能 很好的除去自來水中的病原類，影響了飲用水的質(zhì)量，而且這些常規(guī)方法對硬度 基本沒有去除效果，不適用于特殊水質(zhì)地區(qū)，尤其是高硬度水質(zhì)地區(qū)。去除水中硬度的常用方法有離子交換法、電滲析、化學藥劑軟化法等。離子交換法雖然可降低硬度，但含有沉淀物的水如分離不徹底，仍可進入設(shè) 備，對設(shè)備造成不良影響，且該法對水的硬度有一定要求，如果水硬度過高會嚴 重增加其負荷，對設(shè)備壽命影響很大。電滲析用于大規(guī)模的生活飲用水存在造價高、運行費用高等缺點。石灰是化學藥劑軟化法中最常用的藥劑，其價格較低，但去降硬度不徹底， 且出水pH較高而不適宜飲用，另外化學藥劑軟化法也會產(chǎn)生大量的碳酸鈣污泥， 需要進行后續(xù)處理。與上述傳統(tǒng)除硬度工藝相比，膜法飲用水除硬度技術(shù)，工藝流程簡單，且處 理出水質(zhì)量好且穩(wěn)定，釆用不同規(guī)格材料的膜能達到制備不同指標規(guī)格水的目 的，能有效改善水質(zhì)。而問題在于，納濾和反滲透雖然對產(chǎn)生硬度的離子有穩(wěn)定 去除作用，但預處理要求高，配套設(shè)施多，成本高，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用；而普 通的微濾和超濾僅對一般固體雜質(zhì)和膠體去除效果較好，對產(chǎn)生硬度的離子基本 沒有去除效果。在此情況下，絡(luò)合-超濾技術(shù)對重金屬離子的去除效果引起了水 處理技術(shù)人員的注意。水溶性聚合物絡(luò)合-超濾耦合過程，是以水溶性聚合物絡(luò)合溶液中的重金屬離子，然后通過超濾濃縮溶液中的重金屬，以實現(xiàn)對水溶液中微量重金屬分離， 從而達到處理金屬廢水的目的。在此基礎(chǔ)上，閻劍和許振良等對水溶性聚合物絡(luò)合-超濾耦合過程進行了研 究。分別選取聚乙烯亞胺(PEI)和聚丙烯酸(PAA)對含銅、鋅的二元重金屬廢 水進行絡(luò)合-超濾耦合過程研究，雖然該實驗結(jié)果表明，應(yīng)用水溶性聚合物絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)可以對水溶液中的銅、鋅等重金屬離子進行分離去除，然而并沒有 研究對飲用水中的凈化效果作研究，也沒有對硬度的去除效果作報道。中國專利CN200610117661.8公開了一種水溶性聚合物強化超濾法處理含金 屬離子廢水的方法，其包括水溶性聚合物預處理，水溶性聚合物強化超濾，水溶 性聚合物的回收、水溶性聚合物回用四步驟，使水溶性聚合物截留率達到100%; 可回收工業(yè)廢水中重金屬離子、稀土離子，適用于處理含金屬離子的工業(yè)廢水。 但該專利也沒有將該技術(shù)應(yīng)用于飲用水凈化領(lǐng)域做報道，更沒有對硬度的去除作 研究。雖然產(chǎn)生硬度的鈣鎂離子也屬于多價離子，其分離機理和重金屬離子的絡(luò)合 分離機理一致。但現(xiàn)階段的研究都集中在重金屬離子濃度比較低的情況下，重金 屬離子的濃度范圍在10-200mg/L，對應(yīng)加入的水溶性聚合物的濃度范圍為 5-1000mg/L，而飲用水中硬度離子的濃度范圍一般在200mg/L以上才有研究意 義，同時，閻劍等的研究表明當pl^7時，PEI對012+、 Zi^+的絡(luò)合容量分別 為Kcu-0.10mgCu2+ZmgPEI， KZn =0.06mgZn2+/mgPEI。并進一步說明由于銅、 鋅二元混合溶液與PEI絡(luò)合容量不同，因此有實現(xiàn)混合物分離的可能性，當pH-5.8 時，分離因子最大可達18。這就說明了水溶性聚合物對不同多價離子絡(luò)合性能是 不同的，而對產(chǎn)生硬度的鈣鎂離子的絡(luò)合的研究還未見有報道，其應(yīng)用更是一片 空白。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是本發(fā)明為了解決常規(guī)方法凈化飲用水對水中硬度去除效 果差，出水水質(zhì)達不到要求的問題，而提出了一種降低飲用水中硬度的方法，采 用絡(luò)合強化陶瓷膜過濾技術(shù)凈化飲用水，為飲用水凈化領(lǐng)域提供一項經(jīng)濟可行的技術(shù)。本發(fā)明的方案如下采用高分子絡(luò)合劑，絡(luò)合產(chǎn)生硬度的鈣鎂離子，然后采用陶瓷膜過濾的方法 截留高分子絡(luò)合劑，去除水中的硬度，其中陶瓷膜對高分子絡(luò)合劑的截留率超過99%，對硬度去除率超過75%，且不會引入二次污染，完全達到新的生活飲用水 衛(wèi)生標準(GB5749 — 2006)，尤其適合高硬度水源地區(qū)的飲用水凈化。 本發(fā)明的具體方案如下一種降低飲用水中硬度的方法，其特征在于在待凈化的飲用水原水中添加高 分子絡(luò)合劑，然后將原水加壓進入陶瓷膜過濾器,分別收集滲透側(cè)出水和截留液。本發(fā)明所說的飲用水水源為江、河、湖、泊等地表水或井水，以及其他處理 后可以供飲用的水，其中原水的pH為6-8，硬度為20-50度。對于超出以上水 質(zhì)范圍的水源，可以采用調(diào)節(jié)pH值和石灰法除硬度等預處理方法，對水質(zhì)改善 后采用本發(fā)明說述的方法。直接往飲用水水源中添加高分子絡(luò)合劑，形成高分子絡(luò)合劑濃度為 250-1000ppm的溶液，攪拌均勻，然后將水溶液泵入陶瓷膜過濾裝置，以截留其 中的固體懸浮物、膠體、細菌、高分子絡(luò)合劑等雜質(zhì)，其中高分子絡(luò)合劑由于絡(luò) 合了產(chǎn)生硬度的鈣鎂離子而去除其中的硬度，而陶瓷膜對固體懸浮物、COD和 消毒附產(chǎn)物前驅(qū)產(chǎn)物等雜質(zhì)的去除率也可以分別達到99%、 40%和50%，可以滿 足飲用水凈化的要求。其中，添加的高分子絡(luò)合劑為優(yōu)選為聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、聚乙烯亞胺、 聚丙烯酰胺、海藻酸或殼聚糖，分子量為20萬-500萬。其中陶瓷膜過濾器所用的陶瓷膜的孔徑為5-50nm，既可以保證對高分子絡(luò) 合劑的截留效果達到99%以上，又可以保證對固體懸浮物、膠體等雜質(zhì)有良好的 去除效果；因為飲用水源的生物污染一般比較嚴重，所以膜材質(zhì)選用耐生物污染 的氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦和碳化硅材料；膜的構(gòu)型為多通道管式膜，這樣可以 適應(yīng)高濁度水源。膜裝置為普通市售的陶瓷膜過濾裝置，采用泵對水源水加壓至0.1-0.5MPa， 水從膜的內(nèi)側(cè)管道滲透到外側(cè)管壁，成為經(jīng)凈化的水，而固體懸浮物、膠體、高 分子絡(luò)合劑等則被截留在膜內(nèi)側(cè)的管道，由平行于膜面的水流帶走，減緩了膜污 染的發(fā)生。經(jīng)過濾的水，硬度去除率可達75%以上，對于飲用水源原水，其他各項指標 也能夠達到生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749 — 2006)，可以直接飲用或進市政自來 水管網(wǎng)。有益效果(1)工藝流程簡單，對硬度的去除效果好。(2)對固體懸浮物、細菌等雜質(zhì)也有很好的去除效果，出水水質(zhì)達到國家 飲用水衛(wèi)生標準。
具體實施方式
實施例1準確計量50L地表水，加入分子量為100萬的聚丙烯酸鈉，配成濃度為 250ppm的聚丙烯酸鈉溶液，加壓至0.1Mpa，然后過陶瓷膜過濾裝置(南京九思 高科技有限公司生產(chǎn)，膜面積0.5m2)，采用19通道氧化鋯陶瓷膜，孔徑為50nm， 透過液收集后即為經(jīng)凈化的飲用水。經(jīng)化驗，透過液的硬度由480mg/L降到124mg/L，濁度小于0.3NTU，其他 各項指標也全部達到了國家飲用水衛(wèi)生標準。實施例2準確計量50L地表水，加入分子量為50萬的聚乙烯亞胺，配成濃度為400ppm 的聚乙烯亞胺溶液，加壓至0.3Mpa，然后過陶瓷膜過濾裝置(南京九思高科技 有限公司生產(chǎn)，膜面積0.5m2)，采用19通道氧化鋁陶瓷膜，孔徑為20nm，透 過液收集后即為經(jīng)凈化的飲用水。經(jīng)化驗，透過液的硬度由480mg/L降到57mg/L，濁度小于O.INTU，其他 各項指標也全部達到了國家飲用水衛(wèi)生標準。實施例3準確計量50L地表水，加入分子量為20萬的聚乙烯亞胺，配成濃度為 1000ppm的聚乙烯亞胺溶液，加壓至0.5Mpa，然后過陶瓷膜過濾裝置(南京九 思高科技有限公司生產(chǎn),膜面積0.5n^)，采用19通道氧化鈦陶瓷膜，孔徑為5nm， 透過液收集后即為經(jīng)凈化的飲用水。經(jīng)化驗，透過液的硬度由480mg/L降到10mg/L，濁度小于0.03NTU，其他各項指標也全部達到了國家飲用水衛(wèi)生標準。
權(quán)利要求
1.一種降低飲用水中硬度的方法，其特征在于在待凈化的飲用水原水中添加高分子絡(luò)合劑，然后將原水加壓進入陶瓷膜過濾器，分別收集滲透側(cè)出水和截留液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的飲用水原水的pH值為6-8， 硬度為20-50度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的高分子絡(luò)合劑為聚丙烯酸、 聚丙烯酸鹽、聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、海藻酸或殼聚糖，分子量為20萬-500 萬，加入飲用水原水中后的濃度為250-1000ppm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的陶瓷膜過濾器中所用陶瓷膜 的孔徑為5-50nm，材質(zhì)為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦或碳化硅材料，膜的構(gòu)型 為多通道管式膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的將原水加壓進入陶瓷膜過濾 器中的壓力為0.1-0.5MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低飲用水中硬度的方法，采用高分子絡(luò)合劑，絡(luò)合產(chǎn)生硬度的鈣鎂離子，然后采用陶瓷膜過濾的方法截留高分子絡(luò)合劑，降低水中的硬度，其中陶瓷膜對高分子絡(luò)合劑的截留率達99％以上，對硬度的去除率超過75％，且不會引入二次污染，尤其適合高硬度水源地區(qū)的飲用水凈化。
文檔編號C02F5/10GK101264987SQ20081002349
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者丁曉斌, 仲兆祥, 姚春鳴, 征 范, 范益群, 邢衛(wèi)紅 申請人:江蘇久吾高科技股份有限公司