本发明涉及水过滤领域，具体的，涉及一种多功能复合滤料、制备方法、过滤装置以及过滤方法。
背景技术：
：我国水资源严重短缺，属于缺水国家，水资源供需矛盾十分突出，同时，我国又属于发展中国家，人民生活和社会经济需要迅速改善和极大提高，这就要求工业经济迅速健康稳定发展。然而，由于现在水资源分布不均衡，水污染现象也较为严重，而由于大气污染扩散以及农药等的使用，也使得水质逐年下降，不适于生产或生活使用。对水体进行有效的净化处理，以降低水体中的杂质，从而使得水体能够重复循环利用，也就成了现阶段研究的重点。传统水处理过滤材料可以分为二大类，一类是具有过滤悬浮物功能的材料，例如石英砂等；另一类，是改变水质功能的材料，例如：锰砂可以降低水中的铁含量，活性炭可吸附重金属离子。但是如果在水质处理过程中需要同时起到两种功能，则需要设置前后二种过滤罐串联使用，这样不仅会降低过滤净化的效率，也会增加过滤装置占地面积和投资。因此，需要研发一种新型复合过滤材料，从而可以同时起到多种综合过滤作用，进而提高过滤效率，也可以减小实际过滤中所需装置数量，进而降低成本。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的第一目的在于提供一种多功能复合滤料，所述复合滤料通过将具有过滤功能的过滤材料和功能材料混合，从而使得本发明复合滤料能够在过滤的同时实现一定的功能性，进而在一种复合材料中实现多种功能，以解决现有技术中多种过滤材料独立串联使用所带来过滤效率低，过滤装置占地面积大等缺点。本发明复合滤料具有过滤效率高、过滤效果好以及可以实现将多种污染物质同时过滤除去等优点。本发明的第二目的在于提供一种所述的复合滤料的制备方法，本发明方法中，通过将具有不同作用的过滤材料和功能材料经物理混合以制备本发明所述复合滤料，因而具有制备方法简便，且制得的混合滤料综合过滤能力好等优点。本发明的第三目的在于提供一种过滤装置，本发明装置中，使用本发明所述复合滤料进行过滤，从而能够在同一装置中就能实现多种污水净化功能，并能有效的将多种污染物质过滤除去，同时还能够有效降低装置的占地面积。本发明的第四目的在于提供一种过滤方法，本发明方法中，通过使用本发明所述过滤材料或过滤装置，从而能在一次过滤中就能够实现多种污染物同时除去，从而提高了过滤的效率。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种多功能复合滤料，按质量分数计，所述复合过滤材料是由如下原料制成：过滤材料10％－70％，功能材料30％－90％。本发明中，通过具有过滤功能的过滤材料和功能材料混合，并对不同材料的比例进行具体限定，使得本发明复合滤料能够在过滤的同时还实现一定的功能性。进而达到在一种复合材料中实现多种功能效果。本发明复合滤料具有过滤效率高、过滤效果好以及可以实现将多种污染物质同时过滤除去等优点。可选的，本发明中，所述过滤材料为抗压强度不低于5.5MPa，抗剪强度不低于3.5Mpa的颗粒状微孔材料。可选的，本发明中，所述复合滤料，按质量分数计，所述复合过滤材料是由如下原料制成：过滤材料30％－50％，功能材料70％－50％。本发明中，通过对复合滤料中过滤材料和功能材料比例的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明复合滤料的过滤效果。可选的，本发明中，所述过滤材料为火山岩多孔颗粒或烧结多孔颗粒中的一种或几种的混合物。可选的，本发明中，所述烧结多孔颗粒为金属氧化物和/或二氧化硅复合烧结多孔颗粒。优选的，本发明中，所述烧结多孔颗粒为Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒。可选的，本发明中，所述过滤材料的颗粒粒径为0.6－3mm，颗粒的孔隙率不低于75％，颗粒的比重为1.1－1.8g/cm3，颗粒的容重为0.6－0.8g/cm3。本发明中，通过对过滤材料颗粒粒径、孔隙率、比重以及容重的进一步调整和优化，从而进一步优化本发明滤料的过滤效果。可选的，本发明中，所述过滤材料的颗粒粒径为1.2－2.8mm；优选的，本发明中，所述过滤材料的颗粒粒径为1.8－2.6mm。可选的，本发明中，所述功能材料为锰砂、活性炭或沸石中的一种或几种的混合物。本发明中，通过对所用功能材料的选择和调整，选择具有过滤、吸附或者具有除铁锰等功能的功能材料并进一步制备复合滤料，从而能够使得所制得的复合滤料能够在有效过滤的同时，还能够实现多种功效。可选的，本发明中，所述滤料为锰砂、火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的混合物；进一步的，三种原料的比例为2：1：1。可选的，本发明中，所述滤料为活性炭、火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的混合物；进一步的，三种原料的比例为2.5：1：1。可选的，本发明中，所述滤料为沸石、火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的混合物；进一步的，三种原料的比例为3.5：1：1。可选的，本发明中，还可以将两种不同的过滤材料混合后，制备相应的混合滤料。进一步的，所述过滤材料为抗压强度不低于5.5Mpa的颗粒状微孔材料；优选的，所述过滤材料为抗压强度不低于5.5Mpa的火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒。进一步的，火山岩多孔颗粒与Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的比例为1：1。本发明还提供了所述复合滤料的制备方法，所述方法包括如下步骤：按重量分数分别称取适量过滤材料和功能材料，并将两种材料混合后自然压实，即得复合滤料。本发明中，通过将具有不同作用的过滤材料和功能材料经物理混合以制备本发明所述复合滤料，因而所制得的复合滤料具有过滤效果好并能够实现多种污染物质同时除去等优点。可选的，本发明中，还进一步包括将功能材料活化的步骤。本发明中，通过对功能材料的进一步活化，从而提高了材料的功能性效果，进而提高了所制得复合滤料的污染物滤除效果。可选的，本发明中，所述功能材料的活化为将功能性材料加热活化，并在其降温后再与过滤材料混合。可选的，本发明中，所述功能材料的活化为将功能材料在超声振动的条件下进行活化。可选的，本发明中，所述功能材料的活化为将功能材料在磁场中放置2－20h中进行的活化。同时，本发明还提供了一种过滤装置，所述装置中包含本发明所述的多功能复合滤料。本发明中，通过使用本发明所述复合滤料进行过滤，从而能够在同一装置中就能实现多种污水净化功能，并能有效的将多种污染物质过滤除去，同时还能够有效降低装置的占地面积。进一步的，本发明还提供了一种过滤方法，所述方法中使用本发明所述的多功能复合滤料。本发明中，通过使用本发明所述过滤材料或过滤装置，从而能在一次过滤中就能够实现多种污染物同时除去，从而提高了过滤的效率。可选的，本发明中，所述方法包括将待过滤水通过本发明多功能复合滤料层或者本发明所述过滤装置的步骤。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明中通过将具有过滤功能的过滤材料和功能材料混合，从而使得本发明复合滤料能够在过滤的同时实现一定的功能性，进而在一种复合材料中实现多种功能，并具有过滤效率高、过滤效果好以及可以实现将多种污染物质同时过滤除去等优点；同时本发明中，通过使用具有高抗压强度和剪切强度的过滤材料，从而使得本发明滤料具有良好的耐冲击性，并可以反复使用。(2)本发明中，通过将具有不同作用的过滤材料和功能材料经物理混合以制备本发明所述复合滤料，具有制备方法简单易操作，所制得复合滤料综合过滤性能好等优点。。(3)本发明装置中，通过使用本发明所述复合滤料进行过滤，从而能够在同一装置中就能实现多种污水净化功能，并能有效的将多种污染物质过滤除去，同时还能够有效降低装置的占地面积。(4)本发明方法中，通过使用本发明所述过滤材料或过滤装置，从而在一次过滤中就能够实现多种污染物同时除去的效果，提高了过滤的效率。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1按照混合质量比例30％和70％分别称取适量平均粒径为0.6mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.4g/cm3，容重0.7g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例1的混合滤料。实施例2按照混合质量比例10％和90％分别称取适量平均粒径为2.6mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.6g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例2的混合滤料。实施例3按照混合质量比例70％和30％分别称取适量平均粒径为3mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.3g/cm3，容重0.6/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例3的混合滤料。实施例4按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.5g/cm3，容重0.7g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例4的混合滤料。实施例5按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的活性炭颗粒。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1/cm3，容重0.6g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例5的混合滤料。实施例6按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的活性炭颗粒。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.8g/cm3。然后将活性炭在磁场中活化后，再与火山岩颗粒混合，并自然压实，即得到实施例6的混合滤料。实施例7按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的火山岩多孔颗粒和平均粒径为2mm的沸石颗粒。其中，所述火山岩颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.6g/cm3。然后将两种材料混合后，装入滤罐，即得到实施例7的混合滤料。实施例8按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂颗粒。其中，所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.3g/cm3，容重0.7g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例8的混合滤料。实施例9按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为0.6mm的Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂颗粒。其中，所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.5g/cm3，容重0.6g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例9的混合滤料。实施例10按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为3mm的Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒和平均粒径为2mm的锰砂颗粒。其中，所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.4g/cm3，容重0.6g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例10的混合滤料。实施例11按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒和平均粒径为2mm的活性炭颗粒。其中，所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.8g/cm3，容重0.7g/cm3。然后将两种材料混合后，并自然压实，即得到实施例11的混合滤料。实施例12按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒和平均粒径为2mm的活性炭颗粒。其中，所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.3g/cm3，容重0.6g/cm3。然后将活性炭加热活化后，并在真空条件下晾凉，并与火山岩颗粒混合后，并自然压实，即得到实施例12的混合滤料。实施例13按照混合质量比例50％和50％分别称取适量平均粒径为2.6mm的Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒和平均粒径为2mm的沸石颗粒。其中，所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.4g/cm3，容重0.6g/cm3。然后将沸石颗粒超声振动活化后，与Al2O3－SiO2烧结颗粒混合，并自然压实，即得到实施例13的混合滤料。实施例14按照质量比例2：1：1，分别称取适量锰砂、火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的混合物。其中，所述锰砂的平均粒径为2mm；所述火山岩多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.8g/cm3；所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.4g/cm3，容重0.6g/cm3。然后，将三种材料混合后，即得到实施例14的混合滤料。实施例15按照质量比例2.5：1：1，分别称取适量活性炭、火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的混合物。其中，所述活性炭的平均粒径为2mm；所述火山岩多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.6g/cm3；所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.3g/cm3，容重0.8g/cm3。然后将活性炭在磁场中活化后，再与另外两种材料混合，并自然压实，即得到实施例15的混合滤料。实施例16按照质量比例3.5：1：1，分别称取适量沸石颗粒、火山岩多孔颗粒以及Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的混合物。其中，所述沸石颗粒的平均粒径为2mm；所述火山岩多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.7g/cm3；所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.2g/cm3，容重0.7g/cm3。然后将沸石颗粒超声振动活化后，再与另外两种材料混合，并自然压实，即得到实施例16的混合滤料。对比例1称取适量锰砂，并自然压实，即得到对比例1所述混合滤料。对比例2称取适量活性炭，并自然压实，即得到对比例2所述混合滤料。对比例3称取适量沸石，并自然压实，即得到对比例3所述混合滤料。实验例1选择某地含锰井水，其中所述井水中Mn2+含量为0.48mg/l，Fe2+的含量为0.14mg/L。将实施例1－4、8－10、14以及对比例1所述滤料铺设于相同面积和形状的过滤池底部，滤料铺设高度为2m。然后，分别将等量井水均匀倒入铺设有滤料的过滤池中，并在过滤滤速为10m/h进行过滤，并分别测量和统计纯化后井水中Mn2+以及Fe2+含量，结果如下表1所示：表1纯化后实施例1－4、8－10、14以及对比例1井水Mn2+、Fe2+含量然后，按照GB/T18853－2002中所述标准对实施例1－4、8－10以及对比例1进行过滤精度测试，结果如下表2所示：表2实施例1－4、8－10、14以及对比例1过滤精度组别过滤精度(μm)实施例15.7实施例26.2实施例36.1实施例45.0实施例83.0实施例94.1实施例103.7实施例142.9对比例110.5实验例2选取某地含染料废水，其中所述废水中燃料浓度为70mg/L。将实施例5－6、11－12、15以及对比例2所述滤料铺设于相同面积和形状的过滤池底部，滤料铺设高度为2m。然后，分别将等量含染料废水均匀倒入铺设有滤料的过滤池中，并分别测量吸附前后废水的吸光度，并根据公式：脱色率＝﹙1－Ai/A0﹚×100％计算脱色率(式中：A0为含染料废水吸附前的吸光度；Ai为含染料废水吸附后的吸光度)。并在相同实验条件下使用新鲜采集的废水对同一吸附装置进行重复吸附脱色实验，并记录每次重复实验后各组脱色率，结果如下表3所示：表3实施例5－6、11－12、15以及对比例2重复实验脱色率在每次脱色实验后，均分别对实施例5－6、11－12、15以及对比例2过滤池中上层滤料进行外观结构进行检查，结果发现对比例2滤料在重复三次吸附脱色实验后，上层滤料即有一定的结构破损；而重复五次吸附脱色实验后，上层滤料结构破损明显；而当重复十次脱色实验后，对比2中上层滤料破损较为严重，部分滤料甚至发生碎裂。而实施例5－6、11－12、15中滤料即使重复十次脱色实验，其上层滤料也仅有并不明显的结构磨损。然后，按照GB/T18853－2002中所述标准对实施例5－6、11－12以及对比例2进行过滤精度测试，结果如下表4所示：表4实施例5－6、11－12、15以及对比例2过滤精度组别过滤精度(μm)实施例55.3实施例64.6实施例113.2实施例122.8实施例152.7对比例211.3实验例3选取某地含Na+、K+、Ca+离子的河水，河水中离子浓度为0.2mol/L。将实施例7、13、16以及对比例3所述滤料铺设于相同面积和形状的过滤池底部，滤料铺设高度为2m。然后，分别将等量含离子河水均匀倒入铺设有滤料的过滤池中，并分别测量吸附后河水的离子浓度，并根据公式：N＝(c0－c)×0.05×m－1×100000计算离子交换吸附量(式中：N为离子交换吸附量(mol/Kg)，c0为吸附前河水中离子浓度(mol/L)，c为吸附后河水中离子浓度(mol/L)，m为滤料重量(g))，结果如下表5所示：表5实施例7、13、16以及对比例3吸附量组别吸附量(mol/Kg)实施例7213实施例13272实施例16281对比例3157然后，按照GB/T18853－2002中所述标准对实施例5－6、11－12以及对比例2进行过滤精度测试，结果如下表6所示：表6实施例7、13、16以及对比例3过滤精度组别过滤精度(μm)实施例74.8实施例133.5实施例163.5对比例39.6实验例4分别在相同面积和形状的过滤池底部铺设1.2m、2m、2.5m、3m实施例8所述滤料，然后，分别将等量Mn2+含量为0.48mg/l、Fe2+的含量为0.14mg/L的井水均匀倒入铺设有滤料的过滤池中，并在过滤滤速为10m/h进行过滤，并分别测量和统计纯化后井水中Mn2+以及Fe2+含量，结果如下表7所示：表7不同高度滤料层过滤效果由上表7结果可知，当滤料高度达到2m时，即可以达到较好的离子去除效果，而当滤料高度超过2m后，虽然过滤效果也有进一步的提升，但这种提升的效果是有限的，但从经济的角度来看并不合算。所以选择2m高度的滤料既能够起到应有的过滤效果，在经济上也比较划算，性价比最好。实验例5分别按照混合质量比例50％、50％分别称取适量火山岩多孔颗粒和Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒。其中，所述火山岩颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.1g/cm3，容重0.6g/cm3；所述Al2O3－SiO2烧结多孔颗粒的平均粒径为2.6mm，抗压强度不低于5.5Mpa，抗剪强度不低于3.5Mpa，孔隙率不低于75％，比重1.3g/cm3，容重0.8g/cm3。将火山岩多孔颗粒与Al2O3－SiO2烧结颗粒混合，并装入滤罐自然压实，即得到实验例5的混合滤料。然后，在过滤滤速为10m/h进行过滤，并按照GB/T18853－2002中所述标准对实验例5的过滤装置进行过滤精度测试。测试结果表明，实验例5所述过滤装置的过滤精度能够达到1μm。火山岩多孔颗粒与Al2O3－SiO2烧结颗粒的滤料可以在过滤装置的表面布满空隙，因此可以截留吸附胶体，尤其适合作为膜组件的预处理工艺设备。同时，由于这种滤料的比重较传统石英砂过滤材料减少50％，因此反冲洗能耗与水耗也同比降低50％以上，具有节能、降耗以及提高过滤精度的多重效果。尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。当前第1页1 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