专利名称：高新利用生物活性炭和粒状活性炭的净水系统及净水技术
技术领域：
本发明涉及一种净水系统及净水方法，更具体地涉及一种利用生物活性炭和粒状活性炭的净水系统及净水方法。
背景技术：
虽然净水处理厂通过净水处理，向人们供应符合饮用标准的水，但由于原水的污染浓度的增加，尤其是有机物污染浓度的增加，导致越来越多的人们对上水道污染的安全性提出质疑。最近，随着人们对干净饮用水的需求增大以及对上水道的质疑日益增多，越来越多的人们选择使用净水器，饮用经净水器净水处理的水，以代替直接饮用上水道的方式。净水器的种类繁多，根据其净水方法，可以大致分为与粒状活性炭层一起组装的中空纤维膜法和反渗透法。虽然反渗透净水器在去除在水中溶解的有机污染物等污染物方面具有良好的效果，但由于经过处理的纯净水几乎达到蒸馏水的水平，因此存在连有益于人体的矿物质成分也一同被去除的局限性。中空纤维膜法净水器一般同粒状活性炭层组装在一起，这种方式在去除在水中溶解的有机污染物方面存在欠缺之处，如果滤芯更换不及时，将会导致受污染的滤芯上繁殖微生物，从而导致失去净水器功能。
发明内容
技术问题本发明要解决的技术课题是提供一种能够在水中去除对人体有害的在水中溶解的有机物及微生物的同时保留有益于人体的矿物质成分的净水系统。另外，本发明要解决的再一个技术课题是提供一种能够在水中去除对人体有害的在水中溶解的有机物及微生物的同时保留有益于人体的矿物质成分的净水方法。解决问题的手段为了解决上述课题，本发明提供一种净水系统，其包括生物学净水处理部，其包括生物活性炭处理部，该生物学净水处理部通过利用包含于上述生物活性炭处理部的微生物，摄取和分解在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对水进行第一次净水处理；以及物理化学吸附净水处理部，其包括粒状活性炭处理部，该物理化学吸附净水处理部通过利用包含于上述粒状活性炭处理部并包含多孔性气孔的粒状活性炭，吸附在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对以上述生物学净水处理部第一次净水处理后的上述水进行第二次净水处理。另外，为了解决上述再一个课题，本发明提供一种净水方法，其包括如下步骤向流入到臭氧注入部的水中注入臭氧的步骤；去除被注入并溶解于流入到臭氧蓄留部的上述水中的臭氧或挥发性有机物或者一起去除臭氧和挥发性有机物的步骤；通过利用包含于上述生物活性炭处理部的微生物，摄取和分解上述在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对流入到生物活性炭处理部的上述水进行第一次净水处理的步骤；通过利用包含于上述粒状活性炭处理部的粒状活性炭，吸附上述在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对流入到粒状活性炭处理部的上述水进行第二次净水处理的步骤；以及对流入到消毒部的上述水进行消毒处理的步骤。发明的效果通过本发明的净水系统及净水方法，能够保留有益于人体的矿物质成分，同时能够去除对人体有害的在水中溶解的有机物及微生物。并且，依次通过利用生物活性炭的微生物来摄取和分解在水中溶解的有机物的第一次净水处理过程和利用粒状活性炭的物理化学吸附性来对由微生物难溶解的难分解性有机物和可分解性有机物中容易吸附的可分解性有机物进行吸附的第二次净水处理过程对水进行净水处理，能够容易地去除在家庭等普遍使用的仅使用粒状活性炭很难去除的各种类型的有机物，由此，不仅能够改善水质，同时能够延长粒状活性炭的使用寿命。
图I是表示根据本发明的部分实施例的净水系统的简略图。 图2是表示利用图I的净水系统的净水方法的流程图。图3是表示实现图I的净水系统的净水装置的简略图。
具体实施例方式以下，将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。本发明的实施例是为了向本领域技术人员更全面地说明本发明内容，下述实施例可变形为多种其他形态，本发明的范围并不限定在下述实施例。提供下述实施例的目的在于更好地说明本发明内容，并将本发明的技术思想更准确全面地告知本领域技术人员。图I是表示根据本发明的部分实施例的净水系统I的简略图。参照图1，净水系统I包括预处理部10、生物学净水处理部20、物理化学吸附净水处理部30及后处理部40。流入到上述净水系统I中的水通过依次经过预处理部10以及生物学净水处理部20和物理化学吸附净水处理部30完成净水处理。并且，上述水在物理化学吸附净水处理部30中完成净水处理后，可在后处理部40得到消毒处理。预处理部10包括臭氧注入部100及臭氧蓄留部110。上述臭氧注入部100还可包括用于生成臭氧的臭氧生成器(未图示)，向所流入的上述水注入臭氧，以使在水中溶解的有机物中的难分解性有机物转化为可通过上述微生物进行分解的可分解性有机物。臭氧蓄留部110可包括加温装置和搅拌装置。臭氧蓄留部110可去除被注入并溶解于上述水中的上述臭氧和在水中溶解的有机物中的具有挥发性的有机物，如上水道消毒副产物三卤甲烷(Trihalomethane，THM)，并且将上述水的温度保持在适当加温的温度，增加微生物在后续工序的生物学净水处理部20中的活性。生物学净水处理部20根据生物学净水处理对所流入的水进行第一次净水处理。生物学净水处理部20包括生物活性炭处理部200。在这里，上述生物学净水处理意味着通过利用在包含于上述生物活性炭处理部200的生物活性炭的表面上生长并栖息的微生物来摄取和分解在水中溶解的有机物，以此来对上述水进行净水处理。生物活性炭处理部200包含可分解上述在水中溶解的有机物的包含细菌等微生物的生物活性炭(BiologicalActivated Carbon, BAC)。上述生物活性碳可具有由包含炭且具有各种大小的多孔性气孔的粒状活性炭填充的结构。包含于上述粒状活性炭的多孔性气孔，其面积是每克约1000m2，由众多气孔构成。上述微生物可在上述具有多孔性气孔的活性炭表面栖息。上述微生物根据气孔内浓度梯度的浓度扩散原理，获取多孔性气孔内首先吸附的可分解性有机物并对其进行摄取和分解。接着，有机物再次吸附于空的气孔内时，上述微生物根据如上所述的浓度扩散原理，再次获取上述吸附的有机物并对其进行摄取和分解。通过反复这种过程，在生物活性炭处理部200去除可分解性有机物。上述微生物可包含细菌类、真菌类、原生动物及后生动物等，可包含可分解在水中溶解的有机物的所有微生物。物理化学吸附净水处理部30对经生物学净水处理部20进行第一次净水处理后的上述水通过物理化学吸附净水处理进行第二次净水处理。在这里，上述物理化学吸附净水处理意味着采用非生物学方式的物理吸附及化学吸附方式对多孔性活性炭的气孔内的在水中溶解的有机物进行吸附，以此来对上述水进行净水处理。物理吸附意味着吸附过程中 无上述有机物的物质变化；化学吸附意味着有机物和气孔内活性炭表面的各种功能基相互反应并引起化学变化，进而伴随物质变化。上述有机物的物理吸附和化学吸附，可独立发生或者同时发生。物理化学吸附净水处理部30包含粒状活性炭处理部300。粒状活性炭处理部300可具有由包含炭且具有各种大小的多孔性气孔的粒状活性炭(Granular ActivatedCarbon, GAC)填充的结构。上述粒状活性炭能够进一步去除未在上述生物活性炭处理部200分解并残留在上述水中的在水中溶解的有机物。例如，上述有机物能够通过吸附于包含在上述粒状活性炭的气孔而被去除。包含于粒状活性炭处理部300的上述粒状活性炭可以是与包含于生物活性炭处理部200的粒状活性炭相同的物质或者不同的物质，并且，气孔的大小、分布、排列等内部结构可以相同或者不同。后处理部40对通过生物学净水处理部20及物理化学吸附净水处理部30完成净水处理的上述水进行消毒处理。后处理部40可包含消毒部400，消毒部400可包含臭氧生成器(未图示)或紫外线生成器(未图示)。上述水可通过由上述臭氧生成器生成的臭氧或者由上述紫外线生成器生成的紫外线进行消毒处理，尤其能够杀灭从生物学净水处理部20移动而来的微生物。 图2是表示利用图I的净水系统的净水方法的流程图。参照图2，流入到图I的净水系统I中的水，经过以下步骤完成净水处理。通常，水可包含天然有机物(Natural Organic Matter),土臭味素(Geosmin)或者二甲基异茨醇(2-Methyl Isoborneol, 2-MIB)等异臭物质,洗漆剂、苯酹、农药或消毒副产物等各种人工有机物等有机物。这种有机物可以以在水中溶解的有机物(DissolvedOrganic Carbon，以下简称为DOC)存在。并且，上述DOC可划分为可被微生物分解的可生物降解有机物(Biodegradable Dissolved Organic Carbon,以下简称为BD0C)和不被微生物分解的不可生物降解有机物(Non-Biodegradable Dissolved Organic Carbon,以下简称为 NBD0C)。首先，水从外部流入到净水系统I中的预处理部10。在这里，上述水可以是由上水源供应的上水道原水，但本发明并不限定于此。并且，选择性地当水流入预处理部10之前，进行一般的凝聚及沉淀过程，对包含于上述水中的杂质进行凝聚和沉淀，首先从上述水中去除杂质。流入到预处理部10的上述水依次通过臭氧注入部100及臭氧蓄留部110。
在臭氧注入部100中，将臭氧(O3)注入至所流入的上述水(步骤S 10)。上述臭氧可由一般的臭氧生成器(未图示)生成，这种臭氧生成器将空气或氧气吸入其中并通过放电过程生成臭氧。上述臭氧属于强氧化剂，使在水中溶解的有机物进行氧化，使得在包含于后续生物活性炭处理部200的微生物作用下，更容易分解上述有机物，尤其，能够将无法由上述微生物分解的NBDOC转变为由上述微生物进行分解的BD0C。并且，臭氧能够提供微生物在有机物代谢过程中所需的氧气，进而增强上述微生物的活性。接着，在臭氧注入部100注入上述臭氧的上述水，流入臭氧蓄留部110。接着，去除被注入并溶解于流入到臭氧蓄留部110的上述水中的臭氧及溶解于上述水中的挥发性有机物(步骤S20)。并且，臭氧蓄留部110还可包含加温装置(未图示)和搅拌装置(未图示)，上述加温装置能够使上述水保持适当的温度，保持约20°C 40°C范围的温度，优选为保持约25°C 35°C范围的温度，上述搅拌装置用于搅拌上述水。如上所述，臭氧属于强氧化剂，当残留于水中的臭氧浓度过高时， 将在后续的生物活性炭处理工序中杀灭在生物活性炭内栖息的微生物或者降低该微生物的活性。因此，有必要去除残留在上述水中的上述臭氧及挥发性有机物或者以适当的浓度和温度进行调节。所以，在通过臭氧蓄留部110对上述水进行处理的情况下，能够增强后续生物活性炭处理工序中的微生物的活性。在臭氧蓄留部110中，通过蓄留水使其无流动或者利用包含旋转器等旋转部件的搅拌装置使上述水具有流动性，去除上述水中的上述臭氧及上述挥发性物质或者保持所需浓度和温度。上述水在臭氧蓄留部110处理的时间约30分钟 60分钟。被去除的上述臭氧的一部分转变为氧气，进而增加上述水中的水溶解氧量，在这种情况下，反而能够增强上述微生物的活性。接着，在臭氧蓄留部110去除上述臭氧的上述水将流入到生物活性炭处理部200。接着，通过利用包含于上述生物活性炭处理部200的上述微生物，对流入到生物活性炭处理部200的上述水进行第一次净水处理(步骤S30)。在上述在水中溶解的有机物，例如上述BDOC中，容易由上述微生物进行摄取和分解的BD0C，可由上述微生物进行摄取和分解、去除。上述水在生物活性炭处理部200中进行处理的空床接触时间(Empty bedcontact time, EBCT)可以是约10分钟 20分钟，例如还可以是约15分钟(±2分钟)。优选为由上述微生物分解上述BDOC全部，但部分BDOC无法由上述微生物进行分解。并且，当上述微生物死亡的情况下，将堆积在包含于生物活性炭处理部200的上述粒状活性炭，由此，上述粒状活性炭的气孔率减少，进而导致上述水的净水处理效率下降。为了防止这种情况，生物活性炭处理部200还可包含反清洗装置(未图示)。上述反清洗装置通过强制方式使上述水流沿着上述净水处理方向的反方向流动，去除由于死亡而堆积在上述粒状活性炭上的微生物。由此，使活性好且健康的微生物包含在上述粒状活性炭，保持或者增强净水处理效率。接着，在生物活性炭处理部200完成第一次净水处理的上述水，流入物理化学吸附净水处理部30。接着，物理化学吸附净水处理部30，例如通过利用包含于粒状活性炭处理部300的粒状活性炭，对流入到粒状活性炭处理部300的上述水进行第二次净水处理(步骤S40)。上述粒状活性炭能够通过将上述在水中溶解的有机物吸附至包含于上述粒状活性炭的内部的气孔并进一步去除，上述在水中溶解的有机物可以是无法由上述微生物进行分解的残留的BDOC或者NBDOC。上述水在粒状活性炭处理部300中进行处理的空床接触时间(EBCT)可以是约5分钟 15分钟，例如还可以是约10分钟(±2分钟)。并且，在上述水的净水处理过程中，在包含于上述粒状活性炭处理部300的粒状活性炭上，堆积粒子性物质或者随着来自生物活性炭处理部200的微生物的流入而堆积固状粒子，使得上述粒状活性炭的气孔率减少，进而导致上述水的净水处理效率下降。为了防止这种情况，粒状活性炭处理部300还可包含反清洗装置(未图示)。上述反清洗装置通过强制方式使上述水流沿着上述净水处理方向的反方向流动，去除堆积在上述粒状活性炭的杂质。由此，通过增加上述粒状活性炭的可吸附的气孔的数量，保持或者增强净水处理效率。接着，在粒状活性炭处理部300完成第二次净水处理的上述水能够流出外部。从物理化学吸附净水处理部30流出的水，其DOC浓度优选为O. 2ppm以下。但上述水的浓度高于O. 2ppm的情况或者上述水内可能残留着上述微生物的情况下，上述水流入后处理部40。对流入后处理部40，例如消毒部400的上述水进行消毒处理(步骤S50)。本步骤可省略。消毒部400通过臭氧或者紫外线等对残留于上述水中的微生物进行杀灭等杀毒处理。接着，在后处理部40完成消毒处理的水流入外部。从后处理部40流出的水，其DOC浓度优选为O. 2ppm以下。 图3是表示实现图I的净水系统的净水装置Ia的简略图。参照图3，净水装置Ia包括由供水管120a依次连接的臭氧注入塔100a、臭氧蓄留塔110a、生物活性炭处理塔200a、粒状活性炭处理塔300a及消毒塔400a。臭氧注入塔100a、臭氧蓄留塔110a、生物活性炭处理塔200a、粒状活性炭处理塔300a及消毒塔400a分别具有图2的臭氧注入部100、臭氧蓄留部110、生物活性炭处理部200、粒状活性炭处理部300及消毒部400的功能。首先将需要净化的水流入臭氧注入塔100a。在臭氧注入塔IOOa中，将由臭氧生成器102a生成的臭氧注入至上述所流入的水。上述臭氧能够与在上述水中溶解的有机物进行反应，例如，能够将溶解于上述水中的NBDOC转换为BD0C。并且，上述臭氧能够溶解于上述水。未溶解于上述水中的臭氧或者在与上述有机物的反应过程中生成的废气，通过安装于臭氧注入塔IOOa的第一排气部104a，如虚箭头所示，排放至外部。接着，上述水通过供水管120a流入臭氧蓄留塔110a，去除溶解于上述水中的上述臭氧及挥发性有机物。臭氧蓄留塔IlOa还可包含用于将上述水的温度保持在恒定范围内的加温装置114a和用于搅拌上述水的搅拌装置116a。在图示的搅拌装置116a中，旋转器形状的搅拌部仅为例示，本发明并不限定于此，能够搅拌上述水的所有装置应包含在本发明技术思想范围。由此，保持适当的温度使得上述水在后续的生物活性炭处理工序中增强微生物的活性。利用加温装置114a，上述水在臭氧蓄留塔IlOa中保持约20°C 40°C范围的温度，或者保持约25V 35°C范围的温度。上述水在臭氧蓄留塔IlOa中进行处理的时间，例如可以是约30分钟 60分钟。溶解于上述水中的上述臭氧能够转换为氧气或者作为废弃排放至外部，上述废弃通过安装于臭氧蓄留塔IlOa的第二排气部112a，如虚箭头所示，排放至外部。接着，以臭氧蓄留塔IlOa为例，保持20°C 40°C范围或者保持25°C 35°C范围的上述水通过供水管120a流入生物活性炭处理塔200a。生物活性炭处理塔200a由生物活性炭210a填充。生物活性炭210a，例如可包含粒状活性炭及微生物。上述水沿着净水进行方向从生物活性炭处理塔200a的上部向下部通过，由此，上述微生物能够对溶解于上述水中的上述BDOC进行分解和去除。并且，上述水通过泵(未图示)对其进行加压，改变上述净水进行方向，例如，上侧方向能够成为净水进行方向。上述水在生物活性炭处理塔200a中进行处理的空床接触时间(EBCT)可以是约10分钟 20分钟，例如还可以是约15分钟(±2分钟)。并且，如上所述，生物活性炭处理塔200a可包含进行反清洗的第一反清洗装置220a。第一反清洗装置220a通过向生物活性炭210a补充供应水或者对其进行加压，沿着上述净水处理方向的反方向，将水供应至生物活性炭210a，进而执行着清洗生物活性炭210a的反清洗功能。通过这种反清洗过程而生成的废水,通过第一废水管230a排放至外部。接着，上述水通过供水管120a流入粒状活性炭处理塔300a。粒状活性炭处理塔300a由粒状活性炭310a填充。上述水沿着净水进行方向从粒状活性炭处理塔300a的上部向下部通过，由此，由粒状活性炭310a吸附溶解于上述水中的有机物，例如BDOC及NBD0C， 并对其进行去除。并且，上述水通过泵(未图示)对其进行加压，改变上述净水进行方向，例如，上侧方向能够成为净水进行方向。上述水在粒状活性炭处理塔300a中进行处理的空床接触时间(EBCT)可以是约5分钟 15分钟，例如还可以是约10分钟(±2分钟)。并且，如上所述，粒状活性炭处理塔300a可包含进行反清洗的第二反清洗装置320a。第二反清洗装置320a通过向粒状活性炭310a补充供应水或者对其进行加压，沿着上述净水处理方向的反方向，将水供应至粒状活性炭310a，进而执行着清洗粒状活性炭310a的反清洗功能。通过这种反清洗过程而生成的废水，通过第二废水管330a排放至外部。接着，上述水通过供水管120a流入消毒塔400a。在消毒塔400a中，由臭氧生成器410a生成的臭氧注入至所流入的上述水。臭氧生成器410a通过生成臭氧，杀灭残留在上述水中的微生物等进行消毒处理。由上述臭氧生成的废气，通过安装于消毒塔400a的第二排气部420a，如虚箭头所示，排放至外部。并且，消毒塔400a可包括紫外线生成器来替代所示出的臭氧生成器410a。在这种情况下，上述紫外线生成器通过生成紫外线对上述水进行消毒。通过消毒塔400a对上述水进行消毒处理的步骤为可选步骤。接着，上述完成净水处理的水，利用供水管120a排放至外部。表I是表示根据本发明的净水装置Ia的净水效能的实验结果。通过表I可以看出，根据本发明的净水装置la，利用生物活性炭进行第一次净水处理之后的水的DOC浓度和利用生物活性炭进行第一次净水处理和利用粒状活性炭进行第二次净水处理后的水的DOC浓度。并且，作为比较例，表示了仅利用粒状活性炭进行净水处理后的水的DOC浓度。表I的数据是针对各种情况分别获取5个以上水样本而得到的数据，同时，每个样本各进行10次浓度分析并计算其平均数值及标准偏差。表I
权利要求
1.ー种净水系统,其特征在于,包括 生物学浄水处理部，其包括生物活性炭处理部，该生物学浄水处理部通过利用包含于上述生物活性炭处理部的微生物，摄取和分解在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对水进行第一次浄水处理；以及 物理化学吸附净水处理部，其包括粒状活性炭处理部，该物理化学吸附净水处理部通过利用包含于上述粒状活性炭处理部并包含多孔性气孔的粒状活性炭，吸附在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对经上述生物学净水处理部进行第一次净水处理后的上述水进行第二次浄水处理。
2.根据权利要求I所述的净水系统，其特征在于，还包括 臭氧注入部，其用于向上述水注入臭氧，以使上述在水中溶解的有机物转化为能够通过上述微生物进行分解的形态；以及 臭氧蓄留部，其用于去除被注入并溶解于上述水中的上述臭氧或挥发性有机物以及ー起去除上述臭氧和挥发性有机物。
3.根据权利要求I所述的净水系统，其特征在干， 上述臭氧蓄留部还包括 搅拌装置，其用于搅拌上述水；以及 加温装置，其用于将上述水的温度保持在20°C 40°C范围内。
4.根据权利要求I所述的净水系统，其特征在于，还包括后处理部，该后处理部利用臭氧或紫外线对经上述物理化学吸附净水处理部进行第二次净水处理后的水进行消毒处理。
5.根据权利要求I所述的净水系统，其特征在干， 上述生物活性炭处理部包括具有多孔性气孔的粒状活性炭， 上述微生物在上述多孔性的粒状活性炭的表面栖息。
6.一种净水方法，其特征在于，包括如下步骤 向流入到臭氧注入部的水中注入臭氧的步骤； 去除被注入并溶解于流入到臭氧蓄留部的上述水中的臭氧或挥发性有机物或者一起去除臭氧和挥发性有机物的步骤； 通过利用包含于上述生物活性炭处理部的微生物，摄取和分解上述在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对流入到生物活性炭处理部的上述水进行第一次净水处理的步骤； 通过利用包含于上述粒状活性炭处理部的粒状活性炭，吸附上述在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对流入到粒状活性炭处理部的上述水进行第二次净水处理的步骤；以及 对流入到消毒部的上述水进行消毒处理的步骤。
7.根据权利要求6所述的净水方法，其特征在干， 上述臭氧蓄留部的去除步骤还包括如下步骤 搅拌上述水的步骤；以及 将上述水的温度保持在20°C 40°C范围内的步骤。
全文摘要
本发明提供一种能够在水中去除对人体有害的在水中溶解的有机物及微生物的同时保留有益于人体的矿物质成分的净水系统。根据本发明的净水系统包括生物学净水处理部，其包括生物活性炭处理部，该生物学净水处理部通过利用包含于生物活性炭处理部的微生物，摄取和分解在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对水进行第一次净水处理；物理化学吸附净水处理部，其包括粒状活性炭处理部，该物理化学吸附净水处理部通过利用包含于粒状活性炭处理部并包含多孔性气孔的粒状活性炭，吸附在水中溶解的有机物而将该有机物去除，以此来对经生物学净水处理部进行第一次净水处理后的上述水进行第二次净水处理。
文档编号C02F1/78GK102666405SQ201080049576
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者金东润, 金道焕 申请人:金东润, 金道焕
