[发明专利]具有活性炭和沸石的水过滤系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种从水中除去污染物的过滤介质、相关的过滤系统、含有该系统的过滤筒以及从水中且特别地但不排他地从雨水或径流水中除去污染物的相关方法。本发明还涉及制备为过滤介质的组分的铝涂布的颗粒活性炭(GAC)的方法。

背景技术

特别地在世界的干旱地区以及考虑到气候变化的影响，需要不断增强有效地获取和使用水的意识。特别地在澳大利亚，较大城市的饮用水供应主要来自位于远离城区的降雨集水区。虽然这种方法将水从集水区管道输送到需要它的人口集中区产生高的基础设施费用，但它还确保了水是可饮用的且基本上不被污染物污染。然而，遗憾的是，从这些集水区获得的水中的大部分用于工业应用，例如用于发电机的冷却塔，用于农业，用于建筑和大规模清洁，用于灌溉公园和花园，以及用于家庭应用，例如洗衣和冲洗厕所，在这些地方，不必须需要饮用水。因此，为了实现更可持续的向城镇供水的方法，需要替代的水供应，尤其用于非饮用水应用时。这种水的重要潜在来源为来自民宅和商用建筑的屋顶、来自公共道路和已铺路面的地区且特别地来自公路、停车场和类似地区的径流水。虽然使用径流水是有利的，因为可靠近使用水的地方来收集径流水，但其问题是径流水易于造成污染。例如，雨水径流通常包括高含量的重金属，例如来自建筑材料(例如屋顶材料中的铜和锌)和来自与交通工具有关的来源(制动衬片中的铜、镍、铬、锌和铅，磨损轮胎中的锌和用作汽车燃料中催化剂的铂、铅和铑)。雨水径流还可包括以下重要来源：来自交通工具燃料、废气和润滑油的烃污染物，营养物例如土壤和降解的有机物质中的基于氮和磷的化合物，以及病原体例如细菌、藻类、酵母、病毒颗粒、真菌及类似物。确保径流水不包含显著含量的污染物是期望的，因为这种污染物与径流水的安全储存和使用不相容，尤其是水用于公园和花园的时或在人类或其他动物可能暴露于水的其他环境中时。同样，这种污染物与被释放到环境中尤其是敏感水路环境中的水不相容。

关于获取雨水或径流水的另外的具体挑战是其时间和体积有很大变异。因此，在一个方面，根据本发明的过滤介质被设计成处理非常高的穿流，在长期干旱期后维持良好的性能(适用于雨水排放的变化性)以及目标控制雨水污染物，例如沉淀物、烃、金属、营养物和病原体。开发用于其他的水类型(即，饮用水或废水)的现有处理系统不能够满足这些需求。

本发明提供了一种过滤介质和能够适用于可能遭受的特殊水处理情形的包括介质的过滤系统。例如，待处理的水的流速可以随可被除去的污染物的性质可变化，使得所获得的处理的水的质量可根据所期望的用途来选择，或用于灌溉公园和花园，至河流和小溪的环境流，冲洗厕所和洗衣服或用于人类或动物消耗。

在开发本发明的过滤介质和过滤系统时，本发明人确定可通过用铝涂布介质的颗粒活性炭组分来显著改进介质的颗粒活性炭组分的水处理效率，尤其是在除去氮和磷方面。US专利号2,210,966公开了在铝盐溶液中被处理的活性炭可用于从饮用水中除去氟化物。此外，Ramos等人″Adsorption of fluoride from aqueous solution on aluminium-impregnated carbon(水溶液中的氟化物在铝浸渍的碳上的吸附)″，Carbon 37(1999)，第609-617页概述了使用被pH 3至4的硝酸铝浸渍的活性炭可从饮用水中除去氟化物。然而，本发明人不知道铝涂布的颗粒活性炭有效用于从水中除去磷和氮的报道，且不知道通过酸化到pH 5至6.8、优选6至6.5来制备铝涂布的颗粒活性炭时，这是特别有效的。

发明概述

根据本发明的一个实施方式，提供了一种从水中除去污染物的过滤介质，该过滤介质包含铝涂布的颗粒活性炭和颗粒沸石。

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种制备铝涂布的颗粒活性炭的方法，包括：使颗粒活性炭暴露于包含一种或多种铝盐的水溶液，该水溶液是被酸化到约5至约6.8之间的pH的；除去水溶液并且洗涤和干燥制备的铝涂布的颗粒活性炭。

根据本发明的另外的实施方式，提供了一种从水中除去污染物的过滤系统，包括：

(i)中间区域，其包含颗粒活性炭和颗粒沸石；以及

(ii)下部屏障区域，其包含阻挡材料；

所述系统允许水穿过的流速为约0.5Lsec^-1m^-2至约10Lsec^-1m^-2。

根据另一个优选的实施方式，提供了一种包含从水中除去污染物的过滤系统的筒，其中该筒具有允许水从其流过的顶部和底部，并且其中过滤系统包括：