CN101497488B - 带有纳米光催化反应器的多级净水设备 - Google Patents

Abstract

一种带有纳米光催化反应器的多级净水设备，包括壳体(5)，过滤器，其特征是所述过滤器包括一级过滤器(1)，二级过滤器(2)，纳米光催化反应器(3)，四级过滤器(4)，一级过滤器(1)的输入端接进水口(6)，一级过滤器(1)输出端通过水管与二级过滤器(2)的输入端相连，二级过滤器(2)的输出端通过水管与纳米光催化反应器(3)输入端的相连，纳米光催化反应器(3)的输出端通过水管与四级过滤器(4)输入端相连，四级过滤器(4)输出端通过水管与出水口(7)相连。适用于包括市政自来水、微污染江水和湖水等多种水质，在保留有益矿物质的同时，对水中悬浮物、胶体、细菌、病毒、余氯和微囊藻毒素等有害物质净化率高。

Description

带有纳米光催化反应器的多级净水设备

技术领域

本发明涉及一种多级净水设备，具体的说就是一种带有纳米光催化反应器的多级净水设备。

背景技术

近年来，水质短缺及污染问题日益严重，对社会和经济的发展造成巨大损失，并日益威胁到人类自身的生存，特别是饮用水的安全问题已不容忽视。目前由于饮用水安全问题每年造成全世界至少1000万人致病或死亡。关于饮用水的安全问题是由微生物、化学物质和物理等因素导致的污染引起的，在世界各国，日常生活中就存在不少这样的问题，特别在由于我国多数城市的自来水采用氯气消毒，其产生的多种卤化物具有三致作用，此外自来水在运送过程中可能导致二次污染，由于这种危险性和人们生活方式的改变，直接喝自来水的人有明显减少的趋势。

在这种情况下，瓶装水、桶装水和净水器开始进入越来越多的家庭，其中净水机以成本低廉、品质保证和操作方便的优点，迅速成为市场的宠儿。但目前市场的净水器依靠单纯的物理过滤与吸附过程，污染物没有真正被去除。本发明就是一种把纳米光催化工艺实现模块化的尝试，并将其引入饮用水安全保障领域。我们开发的组合净水器是一种小型饮用水终端处理设备，目前在国内外虽已有类似产品，但一般均存在几个缺点，如结构单一，难以操作，光催化剂的负载、失活与更换问题尚未得到很好的解决，较少与市场其它模块进行组合等。本净水器的优点就在于针对这些问题进行了较好的改进。

发明内容

本发明的目的是针对目前现有的净水设备仅为单纯的物理过滤与吸附过程，污染物没有真正被去除的弊端，以及较少与市场其它模块进行组合等缺点而引入了的带有纳米TiO₂催化反应器的多级净水设备，实现了污染物的化学处理。

技术方案：

本发明的技术方案如下：

一种带有纳米光催化反应器的多级净水设备，包括壳体5，过滤器，其特征是所述过滤器包括一级过滤器1，二级过滤器2，纳米光催化反应器3，四级过滤器4，一级过滤器1的输入端接进水口6，一级过滤器1输出端通过水管与二级过滤器2的输入端相连，二级过滤器2的输出端通过水管与纳米光催化反应器3输入端的相连，纳米光催化反应器3的输出端通过水管与四级过滤器4输入端相连，四级过滤器4输出端通过水管与出水口7相连。

所述的纳米光催化反应器3由四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4串联组成。

所述的四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4中任意一级包括外筒8，由三片板组成三角形筒9，板与板之间采用卷边进行螺栓连接，在三角形筒9的内部设有紫外灯管10，紫外灯管10的外部设有石英套管11，任意一级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4的下部和上部分别设有底部通水槽12，上部通水槽13。

所述的三角形筒9由三片不锈钢板组成。

所述的外筒8为不锈钢筒。

所述的紫外灯管10为单头圆柱形紫外灯。

所述的四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4中任意一级反应器上下均设有硅橡胶垫圈14以保证密封效果。

本发明的有益效果：

1、使一体化净水器具备了非常优越的性能，能耗低，使用寿命延长，同时具有一定的抗废水浓度波动性，克服了现有普通净水器普遍存在的二次污染问题。

2、适用于包括市政自来水、微污染江水和湖水等多种水质，特别对微污染水具有很好的净化效能，在保留有益矿物质的同时，对水中悬浮物、胶体、细菌、病毒、余氯和微囊藻毒素等有害物质具有高效快速祛除效能，这是市场上现有大多数净水器所难于实现的。

3、设计时可对所需处理的水质的成分进行分析，充分考虑和比较其成分和组分浓度的变化波动范围，设计对应的调节措施。

4、定期对出水的主要水质指标进行检测，并通过反馈系统调整光催化操作参数，或者更换替芯，使出水水质稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的组成结构框图。

图2是本发明的纳米光催化反应器截面图。

图3是本发明的纳米光催化反应器纵剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的说明。

如图1、2所示。

一种带有纳米光催化反应器的多级净水设备，包括壳体5，过滤器，其特征是所述过滤器包括一级过滤器1，采用PP(聚丙烯)溶喷滤芯，对进水进行预处理，可去除水中小颗粒、悬浮物、胶体等物质，过滤面积和容污量大，过滤效果好，寿命长，并可进行多次清洗，可除去一部分悬浮固体组分，有利于后续纳米光催化作用的充分发挥。二级过滤器2，采用压缩活性炭滤芯，深度去除水中之异色、异味、部分余氯，有效改善出水口感。采用棒状形式和网布构造，使滤芯具有双重过滤特性。纳米光催化反应器3，采用固定式纳米光催化反应器，并设计为紧凑高效的净水模块，是本净水机的特色部分，也是将实验室成果向实际运用的转化。四级纳米光催化反应器串联，可有效去除水中细菌、残留小分子有机物，特别是具有强烈致癌的生物毒素如微囊藻毒素等有害物质得到矿化处理，实现饮用水的高度安全化。四级过滤器4，采用中空纤维超滤丝膜截留极微小悬浮物、胶体、大分子物质、细菌尸体及光催化的微量催化剂，其出水特别清澈，并可进行清洗。一级过滤器1的输入端接进水口6，一级过滤器1输出端通过水管与二级过滤器2的输入端相连，二级过滤器2的输出端通过水管与纳米光催化反应器3输入端的相连，纳米光催化反应器3的输出端通过水管与四级过滤器4输入端相连，四级过滤器4输出端通过水管与出水口7相连。

采用以上结构的理由在于，考虑到一般原水中均含有一些颗粒和悬浮物，为此采用PP棉粗滤作为第一级。压缩活性炭滤芯可强化粗滤作用，同时为纳米光催化模块减轻部分负荷，为此可作为第二级，纳米光催化模块作为核心部分，实现绝大部分的去污和消毒功能。细菌尸体对健康不利，故最后一级采用中空纤维超滤膜进行截留。此部分寿命通常最短，滤芯的更换取决于进水的污染物含量，在采用光催化模块作为前置工段后可延长寿命2倍左右。超滤膜还可作为当前面工段出现故障时，保证出水质量的保险杆。

所述的纳米光催化反应器3由四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4串联组成。

所述的四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4中任意一级包括外筒8，由三片板组成三角形筒9，板与板之间采用卷边进行螺栓连接，在三角形筒9的内部设有紫外灯管10，紫外灯管10的外部设有石英套管11，所述的外筒8为不锈钢筒。

目前大部分光催化净水器采用的是同心圆环结构，以玻璃或其它材料的圆筒作为光催化载体板，但圆筒载体板存在表面处理困难，均匀程度差，负载强度不够高等缺点，为此考虑化曲为直，所述的三角形筒9由三片不锈钢板(三角棱形)作为光催化载体板，板与板之间采用卷边进行螺栓连接，容易拆装。不锈钢平板容易进行表面处理(包括热处理，打磨处理等)，涂敷工艺简单可行并且能得到很高的负载强度。具体操作时，先在不锈钢载体板内面涂敷光催化剂，在70℃进行30分钟的热处理，重复以上操作8次，再组装为三角形筒放入所述的外筒8(不锈钢筒)内部，四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4中任意一级上下均设计有硅橡胶垫圈14，与三角形筒9进行嵌合，防止漏水。此外三角形筒9将任意一级反应器内部分隔为外围和内围两部分，任意一级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4的下部和上部分别设有底部通水槽12，上部通水槽13。实际运行时进水先进入外围，通过底部的通水槽12汇集进入内围，在内围进行光催化反应，之后通过上部通水槽13汇集出水。四级模块化光催化设备3-1、3-2、3-3、3-4中任意一级的外部和内部尺寸均相对固定，所述的紫外灯管10选用单头圆柱形紫外灯，实现了模块化设计。

本发明涉及纳米光催化工艺，为水处理中的高级氧化工艺。纳米二氧化钛(TiO₂)光催化工艺的基本原理是：纳米TiO₂在紫外光的激发下会产生大量的电子空穴对，在水中可诱发产生具有极强氧化能力的羟自由基，能够使几乎所有有机污染物发生有效的深度氧化，同时对水体中细菌也有强杀灭作用。二氧化钛光催化剂可分为锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，其中以锐钛矿相活性最高。本实验室开发的低温制备的锐钛矿相二氧化钛光催化剂活性较高，其具体的制备及性能见胡艳专利(200589003897.1)，我们将其利用在光催化模块中。

主要技术参数和技术指标：

净水器可供一般家庭乃至一个居民小区使用，确保出水质量达到国家直饮水标准水平(包括《生活饮用水水质卫生规范》(2001)，《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范-一般水质处理器》(2001))，一年检修一次，设备体积不超过0.6m³，重量不超过35kg，功耗不大于60W。

■适用水压：0.05-0.30MPa，一般操作压力0.10-0.15MPa

■额定净水流量：2.0L/min

■适用环境温度：5-40℃

■单次总净水量：＞20万L

■适用净水水质：市政自来水，微污染地下水及微污染江河湖水

■适用电源参数：220V，50Hz，60W

我们开发的净水器为组合设备，设计时对所需处理的水质的成分进行分析，充分考虑和比较其成分和组分浓度的变化波动范围，设计对应的调节措施。确定使用四级模块化光催化设备，作为其中的核心部分，前后使用部分市场现有模块，实现巧妙组合，两者相互配合达到最佳效果。反应器结构采用外圆内方的三角负载式，提高了光催化剂的负载效果，实现了模块化设计，并从实验及价格因素考虑，确定每套装置中使用四套光催化模块为最佳。此外装置整体设计了类似冰箱的外包装，外形美观大方，前脸配钢化玻璃，中部配两套感应式出水龙头，并配置了压力和温度传感器，实现对运行过程的实时监控。并定期对出水的主要水质指标进行检测，并通过反馈系统调整光催化操作参数，或者更换替芯，使出水水质稳定可靠。

Claims (5)

1.一种带有纳米光催化反应器的多级净水设备，包括壳体(5)，过滤器，其特征是所述过滤器包括一级过滤器(1)，二级过滤器(2)，纳米光催化反应器(3)，四级过滤器(4)，一级过滤器(1)的输入端接进水口(6)，一级过滤器(1)输出端通过水管与二级过滤器(2)的输入端相连，二级过滤器(2)的输出端通过水管与纳米光催化反应器(3)输入端的相连，纳米光催化反应器(3)的输出端通过水管与四级过滤器(4)输入端相连，四级过滤器(4)输出端通过水管与出水口(7)相连；其中所述的一级过滤器(1)采用pp溶喷滤芯；二级过滤器(2)采用压缩活性炭滤芯；四级过滤器(4)采用中空纤维超滤丝膜；所述的纳米光催化反应器(3)由四级模块化光催化设备(3-1、3-2、3-3、3-4)串联组成；所述的四级模块化光催化设备(3-1、3-2、3-3、3-4)中任意一级包括外筒(8)，由三片板组成三角形筒(9)，板与板之间采用卷边进行螺栓连接，在三角形筒(9)的内部设有紫外灯管(10)，紫外灯管(10)的外部设有石英套管(11)；其中所述的三角形筒(9)设置在外筒内部(8)，将外筒(8)的内部空间分成外围和内围两部分，三角形筒板的内表面涂覆有纳米光催化剂，外围和内围两部分通过底部通水槽(12)相连通。

2.根据权利要求1所述的带有纳米光催化反应器的多级净水设备，其特征是所述的三角形筒(9)由三片不锈钢板组成。

3.根据权利要求1所述的带有纳米光催化反应器的多级净水设备，其特征是所述的四级模块化光催化设备(3-1、3-2、3-3、3-4)中任意一级反应器上下均设计有硅橡胶垫圈。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有纳米光催化反应器的多级净水设备，其特征是所述的外筒(8)为不锈钢筒。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的带有纳米光催化反应器的多级净水设备，其特征是所述的紫外灯管(10)为单头圆柱形紫外灯。 

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