滤芯活性炭用量和粒径的确定方法及其应用技术

本发明专利技术属于净水技术领域，尤其涉及一种滤芯活性炭用量的确定方法，包括：建立化学动力学模型；根据化学动力学公式建立模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi对应的动力学参数的线性方程；将预期出水余氯的浓度C出和已知进水余氯浓度C进代入所述线性方程，计算所述化学动力学模型中除氯反应管的水流速度vi；获取预制滤芯的水流速度v，根据M动＝Mi*v/vi，计算预制滤芯满足动力学要求的活性炭量M动。本发明专利技术实施例提供的滤芯活性炭的确定方法，根据滤芯具体的使用环境和水质条件，可精确地计算出滤芯实际所需活性炭量，节省了滤芯制造生产成本，适用范围广，灵活高效，实现了活性炭在滤芯中的优化使用。

【技术实现步骤摘要】
滤芯活性炭用量和粒径的确定方法及其应用
本专利技术属于净水
，尤其涉及一种滤芯活性炭用量和粒径的确定方法及其应用。
技术介绍
目前，自来水中添加氯，作为一种有效的杀菌消毒手段，仍然是市政供水系统中普遍使用的灭菌技术。我国自来水出厂水中的氯含量不低于0.3mg/L，但是氯具有较高的化学活性，能够与水中的一些有机物和无机物反应生成氯胺、氯化物、氯酸物等氯化的消毒副产物。这些消毒副产物具有一定的毒性和致癌性。因此，饮用水中较高浓度的氯会导致一些较为严重的健康问题，去除饮用水中氯及氯化消毒副产物(以下统称为余氯)具有重要的意义。传统的净水系统和设备中主要采用价格较为低廉的活性炭作为去除余氯的活性炭滤芯材料。目前市场上常用的饮用水净水设备的活性炭滤芯主要可分为：颗粒活性炭滤芯和压缩活性炭滤芯。颗粒活性炭滤芯是通过将颗粒活性炭放置在两层聚丙烯过滤膜中，进水穿过一侧的聚丙烯过滤膜进入到颗粒活性炭层再穿过另一侧的聚丙烯过滤膜后出水。其中，聚丙烯过滤膜起到去除进水中泥沙、铁锈等颗粒污染物的作用，以及阻挡活性炭颗粒进入过滤后的出水中。颗粒活性炭起到过滤去除自来水中的余氯和有机污染物的作用。压缩活性炭滤芯工作原理与颗粒活性炭滤芯相似，不同之处在于，进水是经过压缩活性炭棒过滤去除余氯后变成净化的产水出水。该活性碳棒通常是将活性炭颗粒和热熔胶混合压制后，在高温(200℃-300℃)下烧结而成。但是，颗粒活性炭滤芯和压缩活性炭滤芯都具有以下共同的缺点：一方面，目前净水滤芯中的活性炭使用量是根据经验确定的，然而针对不同的使用环境和水质条件，滤芯活性炭的使用量并不相同。实际使用中，易出现滤芯活性炭添加不准确的情况。活性炭的用量过少，导致净水不充分；滤芯活性炭用量过多，增加了成本投入，造成了不必要的浪费。另外，颗粒活性炭滤芯中使用的活性炭粒径一般在1mm～2mm之间，粒度较大，而压缩活性炭滤芯中活性炭棒的胶黏剂会黏盖活性炭颗粒的部分表面和孔隙，从而导致这两种结构的净水滤芯对活性炭的利用效率都不高。以上颗粒活性炭滤芯和压缩活性炭滤芯存在的不足，影响了活性炭的利用效率，增大了活性炭材料使用量和投入成本。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种滤芯活性炭的确定方法，旨在解决现有活性炭滤芯中无法根据滤芯具体使用环境和水质条件确定滤芯实际所需活性炭量，导致活性炭利用效率不高，投入成本偏高的问题。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种滤芯活性炭粒径的确定方法。本专利技术实施例的又一目的在于提供一种活性炭滤芯。本专利技术实施例的再一目的在于提供一种净水装置。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种滤芯活性炭用量的确定方法，包括以下步骤：建立化学动力学模型，所述化学动力学模型的装置包括：填充有活性炭的除氯反应管，设置在所述除氯反应管的一端、用于为所述除氯反应管输送进水的导流管，所述导流管的管道上设置有水流控制阀，所述水流控制阀控制流经所述除氯反应管的水流速度，所述除氯反应管上还设置有出水管；其中，所述除氯反应管内活性炭的质量标注为Mi，所述除氯反应管的进水余氯浓度标示为C0，出水余氯浓度标示为Ci，水流速度标示为vi；测试多组Ci、vi值，根据化学动力学公式：lnCi＝kV/vi+lnC0、1/Ci＝-kV/vi+1/C0或1/Ci2＝-2kV/vi+1/C02，建立模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi对应的动力学参数的线性方程，其中，k化学反应动力学常数，V为所述除氯反应管中水溶液的体积；将预期出水余氯的浓度C出和已知进水余氯浓度C进代入所述线性方程，计算所述化学动力学模型中除氯反应管的水流速度vi；获取预制滤芯的水流速度v，根据M动＝Mi*v/vi，计算预制滤芯满足动力学要求的活性炭量M动。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的另一技术方案如下：一种滤芯活性炭粒径的确定方法，包括以下步骤：建立化学动力学模型，所述化学动力学模型的装置包括：填充有活性炭的除氯反应管，设置在所述除氯反应管的一端、用于为所述除氯反应管输送进水的导流管，所述导流管的管道上设置有水流控制阀，所述水流控制阀控制流经所述除氯反应管的水流速度，所述除氯反应管上还设置有出水管；其中，所述除氯反应管内活性炭的质量标注为Mi，所述除氯反应管的进水余氯浓度标示为C0，出水余氯浓度标示为Ci，水流速度标示为vi；将相同质量、不同粒径的活性炭分别填充到上述动力学模型的除氯反应管中；在不同活性炭粒径的化学动力学模型中，获取多组不同水流速度vi流经后处反应管后的出水余氯浓度Ci；根据化学动力学公式：lnCi＝kV/vi+lnC0、1/Ci＝-kV/vi+1/C0或1/Ci2＝-2kV/vi+1/C02，建立不同粒径活性炭模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi对应的动力学参数的线性方程；根据不同粒径活性炭模型中线性方程的斜率值，判断粒径与除氯效率的关系。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的又一技术方案如下：一种活性炭滤芯，所述活性炭滤芯根据上述滤芯活性炭用量的确定方法获得，和/或根据上述滤芯活性炭粒径的确定方法获得。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的再一技术方案如下：一种净水装置，所述净水装置包括上述的活性炭滤芯。本专利技术实施例提供的滤芯活性炭的确定方法，通过建立化学动力学模型和化学动力学公式，建立模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi的线性方程。根据线性方程和滤芯实际使用条件，可获得滤芯实际使用条件满足动力学要求的活性炭量。本专利技术实施例提供的滤芯活性炭的确定方法，可根据滤芯具体的使用环境和水质条件，可精确地计算出滤芯实际所需活性炭量，节省了滤芯制造生产成本，适用范围广，灵活高效，实现了活性炭在滤芯中的优化使用。本专利技术实施例提供的滤芯活性炭粒径的确定方法，通过建立化学动力学模型以及动力学公式，获得不同粒径活性炭模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi的线性方程。再根据不同粒径活性炭模型中线性方程的斜率值，判断粒径与除氯效率的关系。通过不同粒径活性炭化学动力学线性方程的斜率值的绝对值大小，确定最佳的粒径。该滤芯活性炭粒径的确定方法操作简单，适用范围广。本专利技术实施例提供的活性炭滤芯，活性炭用量精准，和/或，粒径选取最佳，大大提高了活性炭的利用率，除氯效果好。本专利技术实施例提供的净水装置由于含有上述活性炭滤芯，除氯效率高，降低了滤芯的制造成本。附图说明图1是本专利技术实施例提供的活性炭化学动力学模型结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的不同粒径活性炭模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi根据一级化学动力学方程进行线性拟合图。图3是本专利技术实施例提供的不同粒径活性炭模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi根据二级化学动力学方程进行线性拟合图。图4是本专利技术实施例提供的不同粒径活性炭模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi根据三级化学动力学方程进行线性拟合图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：建立化学动力学模型，所述化学动力学模型的装置包括：填充有活性炭的除氯反应管，设置在所述除氯反应管的一端、用于为所述除氯反应管输送进水的导流管，所述导流管的管道上设置有水流控制阀，所述水流控制阀控制流经所述除氯反应管的水流速度，所述除氯反应管上还设置有出水管；其中，所述除氯反应管内活性炭的质量标注为Mi，所述除氯反应管的进水余氯浓度标示为C0，出水余氯浓度标示为Ci，水流速度标示为vi；测试多组Ci、vi值，根据化学动力学公式：lnCi＝kV/vi+lnC0、1/Ci＝‑kV/vi+1/C0或1/Ci

【技术特征摘要】
1.一种滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：建立化学动力学模型，所述化学动力学模型的装置包括：填充有活性炭的除氯反应管，设置在所述除氯反应管的一端、用于为所述除氯反应管输送进水的导流管，所述导流管的管道上设置有水流控制阀，所述水流控制阀控制流经所述除氯反应管的水流速度，所述除氯反应管上还设置有出水管；其中，所述除氯反应管内活性炭的质量标注为Mi，所述除氯反应管的进水余氯浓度标示为C0，出水余氯浓度标示为Ci，水流速度标示为vi；测试多组Ci、vi值，根据化学动力学公式：lnCi＝kV/vi+lnC0、1/Ci＝-kV/vi+1/C0或1/Ci2＝-2kV/vi+1/C02，建立模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi对应的动力学参数的线性方程，其中，k化学反应动力学常数，V为所述除氯反应管中水溶液的体积；将预期出水余氯的浓度C出和已知进水余氯浓度C进代入所述线性方程，计算所述化学动力学模型中除氯反应管的水流速度vi；获取预制滤芯的水流速度v，根据M动＝Mi*v/vi，计算预制滤芯满足动力学要求的活性炭量M动。2.如权利要求1所述的滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，所述滤芯活性炭用量的确定方法还包括：根据所述预期出水余氯的浓度C出、所述已知进水余氯浓度C进和预期处理水量V，获取预期需去除的余氯量M氯；根据活性炭与余氯的反应方程：2HClO+C→2Cl-+2H++CO2，以及所述预期需去除的余氯量M氯，获取预期消耗的活性炭量M消。3.如权利要求2所述的滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，所述导流管与所述除氯反应管的底部相连通，连通处设置有防回流装置。4.如权利要求3所述的滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，所述出水管设置在所述除氯反应管的顶部，所述出水管与所述除氯反应管的连通处设置有过滤装置。5.如权利要求1～4任一项所述滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，测试多组Ci、vi值，根据化学动力学公式：lnCi＝kV/vi+lnC0、1/Ci＝-kV/vi+1/C0或1/Ci2＝-2kV/vi+1/C02，建立模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi对应的动力学参数的线性方程的方法为：在所述除氯反应管内填充恒定质量和粒径的活性炭；根据所述化学动力学模型，获取模型中不同水流速度vi流经除氯反应管后的出水余氯浓度Ci；将至少五组不同水流速度vi、以及不同水流速度vi对应的出水余氯浓度Ci，根据化学动力学公式：lnCi＝kV/vi+lnC0、1/Ci＝-kV/vi+1/C0或1/Ci2＝-2kV/vi+1/C02换算成对应的化学动力学参数，然后进行线性拟合，建立模型中出水余氯浓度Ci与水流速度vi对应的动力学参数的线性方程。6.如权利要求1～5任一项所述的滤芯活性炭用量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：建立所述化学动力学模型；测试多组Ci、vi值，根据化学动...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁轲，李国平，刘扬龙，姜学灵，张建芳，王娟，郭锦斌，
申请(专利权)人：深圳安吉尔饮水产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44