水中污染物去除装置和去除水中纳米污染物的方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种水中污染物去除装置和去除水中纳米污染物的方法。

背景技术：

近年来，为应对越来越复杂的水污染问题，各种新材料不断应用到污水处理与净化领域。在众多的水处理材料中，纳米材料以其优越的性能，在水处理领域中的应用越来越广泛。然而，纳米材料在水处理应用的过程中，会残留一部分在水中，从而形成一种新的污染，进而威胁人类的人体健康。这些纳米材料的残存物质大多以纳米颗粒物和纳米胶体的形式存在于水中，这些纳米颗粒物和纳米胶体的直径一般在1纳米至100纳米之间。这些纳米颗粒物和纳米胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，在一定条件下能稳定存在，属于介稳体系。水中的纳米颗粒物和纳米胶体虽然含量不高，但极易被人体吸收，并引起致癌、致畸、致毒等后果，对外环境和人类健康构成长期的潜在威胁。

目前，对于水中的纳米颗粒物和纳米胶体的去除，一般采用以下两种方法：第一种，向水中添加混凝药物，使得纳米颗粒物和纳米胶体混凝沉淀；第二种，利用反渗透膜分离法。然而，第一种方法对纳米颗粒物和纳米胶体的去除率通常在30～50％左右，去除效果较差，第二种方法对纳米颗粒物和纳米胶体的去除率通常在80～90％左右，但反渗透膜分离法的使用成本较高，难以适用于于大水量的处理。

因此，亟须开发一种经济可行的高效去除水中残留的纳米颗粒物和纳米胶体物质的方法。

技术实现要素：

本发明公开一种水中污染物去除装置，以解决水中纳米污染物去除效率低以及去除成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种水中污染物去除装置，包括具有过滤腔的壳体和设置于所述过滤腔中的过滤模块，所述过滤腔包括入口部、过滤部和出口部，所述过滤部设置于所述入口部和所述出口部之间，所述过滤模块设置于所述过滤部，所述入口部设置有入口，所述出口部设置有出口，其中，所述过滤模块包括导电材料碎屑填充部。

一种去除水中纳米污染物的方法，所述方法包括：将待去除纳米污染物的污染水以预定流量和预定压力输送至根据上文所述的水中污染物去除装置中，所述污染水中的纳米污染物能够在所述导电材料碎屑填充部中被过滤和吸附。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的水中污染物去除装置中，过滤模块中的导电材料碎屑填充部能够过滤和吸附污染水中的污染物，并且导电材料碎屑还能够与污染水发生氧化还原反应形成原电池，使得污染水中污染物荷电，从而促进污染水中的污染物团聚、凝结形成较大的团聚物，提高过滤模块的过滤效果，该装置结构简单、使用成本低，能够效果去除污染水中的污染物，特别是对于难以去除的纳米污染物。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的水中污染物去除装置的示意图；

图2为图1所示的水中污染物去除装置的俯视图；

图3为图1所示的水中污染物去除装置的原理图。

附图标记说明：

100-壳体，110-入口部，120-过滤部，130-出口部，140-下部法兰件，150-上部法兰件，200-过滤模块，210-第一网状件，220-第二网状件，230-导电材料碎屑填充部，231-条状铁屑，300-入水管，400-出水管，500-冲洗水管，600-排渣口，610-排渣阀，700-支架，800-纳米颗粒物或纳米胶体，900-纳米团聚物。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

本发明实施例公开一种水中污染物去除装置，参见图1至图3，该水中污染物去除装置包括具有过滤腔的壳体100和设置于过滤腔中的过滤模块200。

过滤腔包括入口部110、过滤部120和出口部130，过滤部120设置于入口部110和出口部130之间，过滤模块200设置于过滤部120，入口部110设置有入口，出口部130设置有出口。需要去除污染物的污染水通过入水管300输送至入口，然后从入口进入入口部110，然后再进入过滤部120，通过过滤部120中过滤模块200过滤后进入出口部130，然后从出口排出至出水管400，出水管400可连接至后续用水设备或者后续水处理设备。

过滤模块200包括导电材料碎屑填充部230，导电材料碎屑填充部230能够截留、过滤和吸附污染水中的污染物，并且导电材料碎屑还能够与污染水发生氧化还原反应形成原电池，使得污染物荷电，从而促进污染物团聚、凝结形成较大的团聚物，进一步提高过滤模块200的过滤效果。该水中污染物去除装置结构简单、使用成本低，能够效果去除污染水中的污染物，特别是对于难以去除的纳米污染物。

导电材料碎屑填充部230中的导电材料的类型可根据实际需要进行适当的选择，例如，铜屑、铝屑、石墨屑等。可选地，导电材料碎屑填充部230为铁屑填充部。铁屑使用成本低，易于形成具有足够的强度和韧性的碎屑，且活泼性相对较强，易于与污染水发生反应。

铁屑填充部中的铁屑的形状、尺寸和填充密度可根据使用需求进行适当的选择。可选地，参见图3，铁屑填充部包括条状铁屑231，便于拦截污染水中的污染物。进一步地，条状铁屑231中的至少部分为弧形铁屑，有助于使得被拦截的污染物聚结成团。其中，在本发明实施例中，条状铁屑231的长度为0.5厘米至5厘米，宽度为0.2厘米至5厘米，厚度为0.1厘米至0.5厘米，使得条状铁屑231能够以较为适当的密度堆叠在一起，既能够有效拦截污染水中的污染物，又能够使得水流以适当的速度通过过滤模块200。此外，上述铁屑优选为无油无锈的优质铁屑，避免造成二次污染，例如，铁屑成分为：碳2.81％，硅1.425％，锰0.57％，硫0.166％，磷0.061％，铁94％。并且，为了降低该水中污染物去除装置的使用成本，优选满足使用需求的废铁屑。

导电材料碎屑可通过任意适当的方式聚集在一起，例如，导电材料碎屑粘结在一起。参见图1，在本发明实施例中，过滤模块200包括第一网状件210和第二网状件220，第一网状件210位于过滤模块200靠近出口部130的一端，第二网状件220位于过滤模块200靠近入口部110的一端。导电材料碎屑填充部230位于第一网状件210和第二网状件220之间，将导电材料碎屑限制在第一网状件210和第二网状件220之间，避免在过滤模块200使用过程导电材料碎屑不断流失，且流失的导电材料碎屑还会造成二次污染。

第一网状件210和第二网状件220的具体结构可根据实际需要进行适当的选择，例如，第一网状件210和第二网状件220为均匀布置有多个通孔的金属板。可选地，第一网状件210为第一金属丝网；第二网状件220为第二金属丝网。金属丝网上的网孔尺寸均匀、且网孔密度高，能够精确布置小尺寸网孔，提高第一网状件210和第二网状件220的精度，且减轻第一网状件210和第二网状件220的重量。其中，第一金属丝网具有宽度为1.5毫米至2.5毫米的正方形网孔，第二金属丝网具有宽度为1.5毫米至2.5毫米的正方形网孔，使得污染水能够顺利通过第一金属丝网和第二金属丝网。并且第一金属丝网和第二金属丝网能够将导电材料碎屑可靠的限制的二者之间，避免发生导电材料碎屑漏出的情况。在本发明实施例中，第一金属丝网具有宽度为2毫米的正方形网孔，第二金属丝网也具有宽度为2毫米的正方形网孔。

出口部130、过滤部120和入口部110的位置可根据实际需要进行适当的选择，使得污染水能够依次通过出口部110、过滤部120和出口部130即可。再次参见图1，在本发明实施例中，出口部130、过滤部120和入口部110沿重力方向自上而下顺次布置。使得污染水自下而上以逆流方式在过滤腔中流动，使得污染水能够和导电材料碎屑填充部230充分接触，提高污染物的去除率。

参见图3，该水中污染物去除装置包括排渣口600和设置于排渣口600处的排渣阀610，排渣口600设置于入口部110。污染水在逆流向上的流动过程中，污染水中的污染物被导电材料碎屑填充部230过滤和吸附，污染物不断在导电材料碎屑填充部230中相互吸附并聚结，从而形成较大的污染物团，当污染物团达到一定重量后，即可在自身重量的作用下下滑至入口部110，此时，用户可通过排渣口600将滑落至入口部110的污染物排出。

进一步地，入口部110为漏斗形结构，排渣口600设置于漏斗形结构的尖端位置处，使得下滑至入口部110中的污染物能够在重力作用下自动聚集在排渣口600处，便于清楚入口部110中的污染物。该水中污染物去除装置还包括支架700，支架700设置于壳体100的底部，便于该水中污染物去除装置的放置，并且，支架700还能够使得排渣口600悬空，便于清除入口部110中的污染物。

导电材料碎屑填充部230的尺寸可根据使用需求进行适当的选择。可选地，沿重力方向，导电材料碎屑填充部230的厚度数值与导电材料碎屑填充部230垂直于的重力方向的横截面的面积数值之比为1至1.5，以获取较高的污染物去除率，特别是针对普通过滤装置难以去除的直径在1纳米至100纳米的纳米污染物(包括纳米颗粒物和纳米胶体)。

过滤模块200长时间使用过可能会由于导电材料碎屑填充部230中滞留了大量的污染物而导致过滤效率下降，因此，参见图1，该水中污染物去除装置还包括反向冲洗入口和反向冲洗出口，其中，反向冲洗入口设置于出口部130，反向冲洗出口设置于入口部110。通过冲洗水管500向反向冲洗入口中注入冲洗水，冲洗水的流动方向与污染水的流动方向相反，从而能够有效将导电材料碎屑填充部230中滞留的污染物冲洗出来，并随着冲洗水流入入口部110，然后经反向冲洗出口流出。其中，对于过滤模块200的冲洗强度和冲洗持续时间可根据实际情况进行适当的选择，能够有效将导电材料碎屑填充部230中滞留的污染物冲出即可，例如，冲洗水的水压0.5mp，冲洗水的冲水强度为8l/s·m²，冲洗持续时间为5分钟。此外，在本发明实施例中，排渣口600和反向冲洗出口集成在一起，能够使得水中污染物去除装置结构更加紧凑。

壳体100的具体结构、形状和材质可根据使用需求进行适当的选择。在本发明实施例中，过滤部120为透明圆柱形结构，在等周长等高的情况下，圆柱体结构的容量更大，能够减小水中污染物去除装置所需的布置空间，并且透明材质还能够实施观察过滤部120中的流体状态。其中，过滤部120优选为有机玻璃材质，有机玻璃具有较好的透明性、化学稳定性、力学性能和耐候性。

参见图1，在本发明实施例中，壳体100包括圆柱主体，过滤部120和出口部130设置于圆柱主体，入口部110为设置于圆柱主体的下侧的漏斗形结构，其中，入口部110通过下部法兰件140与圆柱主体固定在一起，圆柱主体的上侧设置上部法兰件150以封堵圆柱主体的上不开口，该壳体100结构简单，制造方便。并且，壳体100优选为整体为有机玻璃材质。例如，该水中污染物去除装置的整体高度为60厘米，圆柱主体的直径为20厘米，导电材料碎屑填充部230的厚度为30厘米，在导电材料碎屑填充部230的上下两侧预留入口部110和出口部130的空间。其中，入口部110和出口部130的空间大小可根据使用需求进行适当的设计，例如，沿圆柱主体的轴线方向，入口部110的厚度为导电材料碎屑填充部230的厚度的三分之一左右，出口部130的厚度也为导电材料碎屑填充部230的厚度的三分之一左右。

可选地，水中污染物去除装置还包括具有备用过滤腔的备用壳体和设置于备用过滤腔中的备用过滤模块，备用过滤腔包括备用入口部、备用过滤部和备用出口部，备用过滤部设置于备用入口部和备用出口部之间，备用过滤模块设置于备用过滤部，备用入口部设置有备用入口，备用出口部设置有备用出口，其中，备用过滤模块包括备用导电材料碎屑填充部。上述备用壳体、备用过滤模块的结构和尺寸可选择与壳体100、过滤模块200相同或者不同。当过滤模块200需要进行冲洗时，可使用备用过滤壳体和备用过滤模块来过滤污染水，确保水中污染物去除装置能够连续作业，避免影响污染水处理效率。

本发明还提供一种去除水中纳米污染物的方法，该方法包括：将待去除纳米污染物的污染水以预定流量和预定压力输送至根据上文所述的水中污染物去除装置中，污染水中的纳米污染物能够在导电材料碎屑填充部230中被过滤和吸附，从而去除污染水中的纳米污染物。其中，预定流量和预定压力的数值可根据实际情况进行适当的选择，例如，预定流量为0.8m³/h至1.2m³/h，预定压力大于0.2mpa。

进一步地，检测入口处的进水压力和出口处的出水压力，其中，当进水压力和出水压力之差大于预定数值时，说明过滤腔中的水流阻力较大，需要冲洗过滤模块200。其中，预定数值可根据实际情况进行适当的选择，例如，预定数值为0.1mpa。

下面结合图3简述本发明实施例中的水中污染物去除装置的纳米污染物去除过程：

首先，纳米颗粒物或纳米胶体800被条状铁屑231拦截，条状铁屑231发挥过滤作用，被拦截于条状铁屑231处的纳米颗粒物或纳米胶体800还能够吸附污染水中的其他纳米颗粒物或纳米胶体800，使纳米颗粒物或纳米胶体800聚集，并且，条状铁屑231的弧形结构还能够帮助聚集的纳米颗粒物或纳米胶体800聚结成团；

然后，在污染水和条状铁屑231的液固两相接触反应过程中发生氧化还原反应，条状铁屑231起到原电池的作用，污染水中的纳米颗粒物或纳米胶体800一端带正电，另一端带负电，使得纳米颗粒物或纳米胶体800带正电的一端和条状铁屑231带负电的一端相吸，同理，纳米颗粒物或纳米胶体800带负电的一端和条状铁屑231带正电的一端相吸，促进纳米颗粒物或纳米胶体800的团聚；

最后，由于密度差异，聚结成团的纳米团聚物900在自身重力的作用下下滑至入口部110。

此外，在水中污染物去除装置的使用过程中，需要定期打开排渣阀610清除入口部110处的污染物，以确保装置的正常运行。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。