CN103657230B - 一种阀控制过滤装置及水处理应用 - Google Patents

Abstract

一种阀控过滤装置，在过滤装置进口处串联第一第二两个三通,即第一三通的第二接口与第二三通的第一接口连接,第一三通接第一接口接进水口,第二三通第二接口接过滤器进口,第一三通第三接口接有管道接过滤器的出口处,第二三通第三接口接有管道接过滤器出口管道上；过滤器出口处与过滤器出口管道上装有控制阀。对光催化过滤器进行控制并应用，双向水流作用时有助于保持过滤器的清洁，优于反冲，从而也使光催化作用良好，本发明解决过滤功能的装置进行双向自如使用的问题,反向能够自如工作,解决了间隙反冲阀的结构复杂以及可能带来的问题。

Description

一种阀控制过滤装置及水处理应用

技术领域

本发明涉及阀控制过滤装置及水处理的应用,尤其是在光化学氧化法水处理的装置。

背景技术

随着工业迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。由于废水的成分更复杂，有些还有毒性，废水处理更困难也更重要。一些典型的高浓度有机废水，如焦化废水、制药废水、纺织/印染废水、石油/化工废水、垃圾渗滤液等，其主要生产工段的出水COD浓度一般均在3000～5000mg/L以上,有的工段出水甚至超过10000mg/L，即使是各工段的混合水，一般也均在3000mg/L以上。高浓度难降解废水难处理的原因，本质上是由其特性决定的，除了在处理时的外部环境条件(如温度、pH值等)没有达到生物处理的最佳条件外，还有两个重要的原因，一是由于化合物本身的化学组成和结构，在微生物群落中，没有针对要处理的化合物的酶，使其具有抗降解性；二是在废水中含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长的物质(有机物或无机物)，从而使得有机物不能快速的降解。处理这类废水，多还采用生物处理，且以好氧法或好氧法的改进型(如A/O工艺等)为主。从这些工艺在国内外的实际运用情况看，主要存在工艺流程长、外加物(如外加碳源物、调节pH药剂等)量大且费用高等问题，从而导致整体上单位水量造价和单位水量成本均较高。而光催化氧化法处理可以最少添加化学品，节约成本。

水处理中必要的装置是过滤器,过滤芯通过反冲清洗是生长和活化过滤芯的重要手段;如CN201210109348一种反冲过滤器，倚靠螺杆的控制前、后两个活塞和连接管的位移，开启和关闭连接管与中心排水管间的反冲排水口，在排水口打开后利用出水口出现的压力变化使滤液在过滤层处反向流动将卡在过滤层中的杂质从排水口冲出。

CN201010168810反冲洗过滤器,包括阀体,阀体上开有进液口、出液口、排污口,阀体内设有多个阀芯组件、多个滤芯组件,阀芯组件与滤芯组件之间设有连通通道,阀芯组件包括背靠背设置的进液阀芯和排污阀芯,进液阀芯与排污阀芯之间设有小弹簧。

CN200610049964反冲洗过滤器,其包括具有介质进、出口和排污口的壳体和上盖,球阀连接排污口,壳体内设有带滤孔的滤网,其改进在于壳体内上部设有隔环,上盖设有伸入壳体内腔的下端口,滤网径向定位安装在壳体内可沿壳体上下移动,滤网与壳体内底之间设有弹簧。

CN201310405173一种反冲洗过滤器，包括呈圆形排布的滤芯，转轴，与转轴固定连接的反冲洗吸嘴，每圈滤芯均设有反冲洗吸嘴，与反冲洗吸嘴连通的排污通道以及用于控制转轴转动的电机，还包括与转轴固定连接的定位部件；用于感应定位部件，控制电机启停，进而控制反冲洗吸嘴。现有的反冲洗设备结构复杂,使用受限,并不能广泛用于各种过滤设备的反冲。

光化学氧化法是在化学氧化和光辐射共同作用，使氧化反应在速率和氧化能力上比单独的化学氧化或光辐射有明显提高，这种一种水或空气的处理技术。光氧化法尤其是以紫外光为辐射源，同时水中投入包括芬顿试剂在内的一定氧化剂如过氧化氢，臭氧或一些催化剂。它对难降解而具有毒性的小分子有机物去除效果极佳，光氧化反应使水中产生许多活性极高的自由基，这些自由基很容易破坏有机物结构。属于光化学氧化法包括光敏化氧化，光激发氧化，光催化氧化等。

光催化氧化法是在使用光催化材料(光触媒)的前提下，由于光触媒材料经光线照射后，可能产生活性物质。目前公开的光触媒的主要是二氧化钛，以纳米TiO2或掺杂某些金属或金属氧化物更好，但已经在发展如铋氧化物等可见光催剂的光催化材料。纳米二氧化钛在经紫外线辐射或光照后吸收能量，其价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴与吸附于其表面的O2和H2O作用，可以生成超氧化物阴离子自由基。这些自由基具有光触化分解有害气体、有机污染物和光催化抗菌的功能，可广泛用于空气净化和水处理等领域。因此，光触媒可用于抗菌、防污、易洁、空气净化、水质净化等作用。但是TiO2粉末颗粒细微，不便回收，应用手段上需要创新，同传统水处理方法相比，目前的光催化氧化的固定成本和处理费用反而较高，设备复杂，推广使用受限。

CN201310053472公开了一种高效光催化水处理方法与装置，包括罐体、石英管、回流接口、超强紫外灯管、三维蜂窝陶瓷网光化学反应室、污水布水器、污水接口、曝气接口、曝气组件、排污口、布药组件、药剂接口、粗效过滤网、高压反冲装置、高压水接口、尾气回收口及往复运动装置。

CN201310348060公开了Lu、N共掺杂TiO2光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，以蜂窝陶瓷网作为第一载体，在第一载体上负载比表面积为300～400m2／g、并掺杂了镧、铈和铁元素的活性Al2O3涂层作为第二载体，其中Al2O3∶La∶Ce∶Fe具有一定的质量比。

CN201110392237一种用于氮氧化物催化净化光催化材料及制备方法，该催化材料以堇青石蜂窝陶瓷为载体，在载体表面均匀涂覆一层纳米二氧化钛/三氧化二铝（TiO2/Al2O3）活性涂层，负载稀土氧化物制备而成。

CN200610098232是TiO2光催化剂在蜂窝陶瓷表面负载的制备方法，采用正交法配制纯钛酸溶胶和含有银或铁或镧离子钛酸溶胶;采用堇青石质蜂窝陶瓷和炻器蜂窝陶瓷为载体;采用溶胶-凝胶法将钛酸溶胶负载在蜂窝陶瓷载体上得到成品。

由上可见，TiO2光催化剂在三维碳泡沫、碳材料、泡沫蜂窝陶瓷表面负载光催化氧化进行空气或水处理（尤其是水处理）的主要装置单元，然而由紫外灯光透不过碳材料、泡沫蜂窝陶瓷材料只有表面层光催化材料有效（反光折光性能亦不好），作用区域（厚度）只有2mm左右，薄型泡沫蜂窝陶瓷其实是无法制备并投入实用的，影响到光催化的作用强度和效率，这也固定成本和处理费用反而高的原因。负载二氧化钛的光催化以及新型光催化助剂，虽然具有对水分子催化分解成氢氧的活性，在水处理中尚不能得到广泛的应用，其原因主要在于：有效的催化剂作用区域太小，无紫外光的区域无法进行催化反应，蜂窝陶瓷只能接触到的表层的水进行流动，不能使所有的水体均进行催化反应。

发明内容

本发明的目的是，提出一种阀控制过滤装置及水处理的应用，反冲洗设备结构复杂，使用受限，并不能广泛用于各种过滤设备的反冲，很多过滤器的单纯反冲并不能解决过滤器的使用问题。而本发明解决可以双向使用的问题，完全解决反冲的问题，尤其是水处理的应用是指作用于通孔金属泡沫光催化反应过滤器，大大提高光催化反应过滤器的作用强度和效率，使光催化反应过滤器长久处于适于使用的状态，降低光催化水处理的成本。

一种阀控过滤装置，在过滤装置进口处串联第一第二两个三通，即第一三通的第二接口与第二三通的第一接口连接,第一三通接第一接口接进水口，第二三通第二接口接过滤器进口，第一三通第三接口接有管道接过滤器的出口处，第二三通第三接口接有管道接过滤器出口管道上。过滤器出口处与过滤器出口管道上装有控制阀。

在过滤器的正向工作(参见附图,定义为向右水流)时,第一第二两个三通直通,切断其它管路的通路；在过滤器反向工作(参见附图，定义为向左水流)时，第一三通的第一与第三接口导通，将进水流引至过滤器的原出口处,第一三通的第二接口与第二三通的第一接口切断；第二三通第三接口与第二接口连通，将出水流接过滤器原进口管道上。过滤器出口处与过滤器出口管道上装有控制阀可控制水流的倒流。过滤器出口处与过滤器出口管道之间的控制阀是一单向阻尼阀,在反向工作时进水流不会直接从原出口管道流出。

过滤器出口处与过滤器出口管道上控制阀是一三通,或者是过滤器出口处与过滤器出口管道上装有单向阻尼阀。

本发明在光催化过滤装置上的应用，过滤器是负载催化剂的金属泡沫过滤器,金属泡沫过滤器是指在紫外或可见光照射的金属泡沫上负载光催化材料,金属泡沫为块状、片状或柱状、环状整体的金属泡沫,金属泡沫如泡沫铝,镁铝合金、也可以是泡沫铁、镍或镍铁合金铝,另一类金属泡沫是采用高分子发泡泡沫,再在泡沫表面镀金属层,化学镀或物理镀均可,如将镀层的厚度达到1微米或以上,可使整个泡沫的表强提高,更适合于制备物品,比重提高。高分子发泡泡沫材料可以是PU、PP、PS、PE等。以上金属泡沫尤其是采用开孔(通孔)泡沫,发泡制备时采用发泡剂搅拌方式或反应型生成泡沫材料,工艺采取趋向于泡沫开孔的工艺方向制备。上述负载光催化材料金属泡沫与紫外光源构成光催化过滤器:本发明光催化过滤器的工作过程如下,水流沿着负载光催化物质的开孔金属泡沫的横截面方向流动，进行光催化处理,而不是平行于负载光催化材料的表层，金属泡沫同时具有过滤作用;紫外灯管与一至二层负载光催化物质的金属泡沫构成一个光催化水处理单元,液体流可连续经过若干个光催化水处理单元,待处理水流的充分接触。光化学反应时可截断各种一定分子量的有毒物质,分解有毒有害物质，至少也使水的可生化性的指标有质的提高，便于后道进行生化处理或它处理，光催化装置应用中,水流沿着负载光催化物质的金属泡沫的横截面方向流动进行光催化处理的条件下,负载光催化物质的金属泡沫的筒状金属的横截面可以是横条或圆,负载光催化物质的金属泡沫的横截面是圆,则紫外灯管位于圆心的位置。

光催化物质以纳米级二氧化钛为主要代表,但不限于此,也可以是其它任何紫外或可见光光催化材料,目前通常认为紫外光的催化效率远大于可见光,负载方式由现有技术充分公开。如采用钛酸溶胶和含有银或铁或镧离子钛酸溶胶负载并高温固定。

本发明的有益效果是：本发明解决过滤功能的装置进行双向自如使用的问题,不但能反冲(简单阀即可完成,采用自控阀也极方便,采用双工位电磁阀即可),反向能够自如工作,将正向工作的沉淀完全洗散,解决了间隙反冲阀的结构复杂以及可能带来的问题。在水处理的应用尤其是作用于通孔金属泡沫光催化反应过滤器,金属泡沫对光的反射率高，使装置的有效催化作用的体积增大,大大提高光催化反应过滤器的作用强度和效率，使光催化反应过滤器长久处于适于使用的状态，降低光催化水处理的成本。有效催化体积增大,作用区域（厚度）可以达到10mm左右或更大，并可以使水流沿着厚度方向流动，开孔金属泡沫同时起过滤作用,而使每支紫外灯管的作用于有催化效应的体积达到现有技术的六至十倍以上,待处理水流的一次流过可全部充分接触光催化材料,大大增强光催化的效率，从而降低光催化的成本；阀控制的应用可解决实际应用所需要解决的主要问题，可确保长期运行，便于催化剂的冲洗和清洁。可确保长期运行，便于催化剂的冲洗和清洁。装置及运行成本低。

附图说明

图1是本发明应用的过滤器结构示意图；

图2是本发明另一种应用的过滤器结构示意图。

图3是本发明应用过滤器结构示意图；

图4是本发明应用另一种过滤器结构示意图；

图5是本发明图4的反向工作的示意图。

具体实施方式

如图3-5所示，阀控过滤装置的结构是，在过滤装置进口处串联二个三通，第一三通6接进水口，第二三通7接过滤器进口，第一三通接有管道接过滤器的出口处，第二三通接有管道接过滤器出口管道上。过滤器出口处与过滤器10出口管道上装有控制阀。一种阀控制过滤装置及水处理的应用，在过滤装置进口处串联第一第二两个三通，即第一三通的第二接口与第二三通的第一接口连接,第一三通接第一接口接进水口，第二三通第二接口接过滤器进口，第一三通第三接口接有管道接过滤器的出口处，第二三通第三接口接有管道9接过滤器出口管道上。过滤器出口处与过滤器出口管道上装有控制阀。过滤器出口处与过滤器出口管道上装有单向阻尼阀。在过滤器的正向工作(参见附图,向右水流)时,第一第二两个三通直通，切断其它管路的通路，并克服单向阻尼阀的阻力输出水流；在过滤器反向工作(参见附图向左水流)时，第一三通的第一与第三接口导通,将进水流引至过滤器的原出口处，第一三通的第二接口与第二三通的第一接口切断;第二三通第三接口与第二接口连通，将出水流接过滤器原进口管道上。过滤器出口处与过滤器出口管道上装有控制阀可控制水流的倒流。过滤器出口处与过滤器出口管道之间的控制阀是一单向阻尼阀8，在反向工作时进水流不能克服单向阻尼阀阻力(而是经过过滤器再经过管道到出水口，这是一条更小阻尼的水流路径)、故不会直接从原出口管道流出。

过滤器出口处与过滤器出口管道上控制阀是一控制三通8-1如图4-5所示，过滤器正向工作时控制三通8-1直通；反向工作时控制三通8-1将进水导向过滤器（与原正向工作的水流方向相反）。阀控应用是指通过阀门将双向水流按周期（视不同的水的品质情况，如每周、每天或每工作若干小时）交替的通过具有过滤作用的开孔金属泡沫。

如图1-2所示，光催化过滤装置10是由负载光催化物质的金属泡沫1、紫外灯管(光源)2、透明玻璃管3、外壳4构成，5为进出口档板(进出口)。紫外灯管外部的透明玻璃管3尤其是采用石英玻璃。本发明在光催化过滤装置上的应用，光催化过滤装置10即过滤装置是负载催化剂的金属泡沫过滤器，金属泡沫过滤器是指在金属泡沫上负载光催化材料，金属泡沫为块状、片状或柱状、环状整体的金属泡沫，金属泡沫如泡沫铝，镁铝合金、也可以是泡沫铁、镍或镍铁合金铝。另一类金属泡沫是采用高分子发泡泡沫，再在泡沫表面镀金属层，化学镀或物理镀均可，如控制镀层的厚度达到1微米或以上，可使整个泡沫的表强提高，更适合于制备物品，视比重提高。

单向阻尼阀采用各种限压阀或，阀芯采用弹性膜片是最基本的结构，本领域技术人员得知，此处不多述。

水流沿着负载光催化物质的金属泡沫的横截面方向流动进行光催化处理的条件下，负载光催化物质的金属泡沫的横截面可以是横条或圆，或其它波浪形。

负载光催化物质的金属泡沫的横截面是圆,则紫外灯管位于圆心的位置。即金属泡沫采用金属泡沫筒结构，中心位置为紫外灯管，石英玻璃管套住紫外灯管，石英玻璃管外壁设有圈状刷,针对图2可同时洗刷透明玻璃管3和金属泡沫筒的内壁。金属泡沫筒有序排列成一至N排M列，M、N为正整数，N等于2-5，M大于N（参见图2）；如图2。一个或排列若干金属泡沫筒构成一个紫外光催化处理单元，紫外灯电连接处均通过绝缘密封。当然单个金属泡沫筒的结构是光催化装置的基础。

图1的负载光催化物质的金属泡沫1是平板结构，多层图1结构的光催化单元可以得到叠层的应用。图中箭头为水流方向。

本发明可将所有的紫外灯装在上盖上，电连接处绝缘密封，上盖再密封在外壳4上。外壳4上预先安装好金属泡沫筒、块、波浪条等，也包括安装清洗刷等。

金属泡沫采用1.5-8mm的泡沫孔（更小或更大的泡沫孔亦可）更好，8-10mm厚的金属泡沫的表面积可以是相同面积金属板的五十倍以上，且为内凹结构对负载材料的包容和固定性良好。

纳米级催化材料用多种方法均容易负载并保持活性，通孔和曲孔直通或反射紫外线均是有效的光源，涂覆的纳米级光催化剂的光催化效果好，且基本不影响金属基的反射。光催化装置应用,液体流与紫外或可见光的光源直管垂直的方向，即使待处理的水流的全部均在紫外光照射的条件下充分接触催化剂，从而使水体的有害物质被充分处理，断开多种有害物质分子,使全部需要降解的污染水被处理，也使水的可生化性指标有质的提高；水流沿着负载光催化物质的圆筒通孔金属泡沫的横截面方向流动进行光催化处理,紫外灯管与负载光催化物质的一层圆筒通孔金属泡沫构成一个光催化水处理单元,水流可同时经过若干个光催化水处理单元。阀控应用是指通过阀门将双向水流按周期（视水质的情况，如每周、每天或每工作若干小时）交替的通过具有过滤作用的开孔金属泡沫的横截面，双向水流流向垂直于紫外或可见光源区，即垂直于直管光源。

由此，本发明也同时是对过滤器进行控制并应用，双向水流作用时有助于保持过滤器的的清洁，从而也使光催化作用良好，当然在运行中必要的表面化学清洁也没有超出本发明的范围。

采用铝金属泡沫的另一好处是铝或铝合金表面的氧化铝成份本身也是有效的促进催化的成份，铁基金属亦然。且铝金属泡沫具有0.4左右堆重的比重，材料使用经济，效果良好。采用高分子发泡泡沫材料可以是PU、PP、PS、PE发泡的方式，尤其是发泡时控制成开孔泡沫，此泡沫通过真空蒸发镀膜或其它方式进行，也可以电镀方式在泡沫材料表面镀成材料。

本发明也可以应用于光敏化氧化，光激发氧化，光催化氧化等。如光催化氧化紫外—臭氧联用技术可以氧化臭氧所不能氧化的微污染水中的有机物，如三氯甲烷、六氯苯、四氯化碳、苯，本发明的效率比现有装置的效率高出五倍以上，且装置便宜。

本发明的应用比较：采用本发明与现有技术CN200610098232 TiO2光催化剂在蜂窝陶瓷表面负载的二氧化钛催化材料降解废水中的磺胺甲恶唑(C₁₀H₁₁N₃O₃S)，负载催化材料的金属铝泡沫的体积与蜂窝陶瓷相同：100W的紫外灯，选择水中典型难降解的磺胺甲恶唑作为目标降解物。磺胺甲恶唑水溶液的初始浓度为0.03mmol L^-1，实验过程中，同样采用充气（氧）曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。结果表明在分别照射20分钟和240分钟后，磺胺甲恶唑的去除率达到90%。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种阀控过滤装置，其特征是在过滤装置进口处串联第一和第二两个三通, 即第一三通的第二接口与第二三通的第一接口连接,第一三通接第一接口接进水口,第二三通第二接口接过滤器进口, 第一三通第三接口接有管道接过滤器的出口处,第二三通第三接口接有管道接过滤器出口管道上；过滤器出口处与过滤器出口管道上装有控制阀；

过滤器出口处与过滤器出口管道上控制阀是一三通, 或者是过滤器出口处与过滤器出口管道上装有单向阻尼阀；光催化过滤装置是负载光催化剂的金属泡沫过滤器, 金属泡沫过滤器是指在有紫外或可见光照射的金属泡沫上负载光催化剂的装置；

金属泡沫为块状、片状或柱状、环状整体的金属泡沫, 金属泡沫为泡沫铝、镁铝合金、铁、镍或镍铁合金；或金属泡沫是采用高分子发泡泡沫,再在泡沫表面镀金属层，以化学镀或物理镀，镀层的厚度达到1微米或以上；金属泡沫采用开孔泡沫；

水流沿着负载光催化剂的金属泡沫的横截面方向流动进行光催化处理，当负载光催化剂的金属泡沫是筒状金属，负载光催化剂的金属泡沫的横截面是圆，则紫外灯管位于圆心的位置；石英玻璃管套住紫外灯管，石英玻璃管外壁设有圈状刷；金属泡沫筒有序排列成一至N排M列，M、N为正整数；

光催化装置的结构是，将所有的紫外灯装在上盖上，电连接处绝缘密封，上盖再密封在外壳上；外壳上预先安装好负载光催化剂的金属泡沫筒、块、波浪条。

2.由权利要求1所述的阀控过滤装置，其特征是金属泡沫采用1.5-8mm的泡沫孔径。

3.由权利要求1-2之一所述的阀控过滤装置在光催化过滤水处理的应用，其特征是水流沿着负载光催化剂的开孔金属泡沫的横截面方向流动，进行光催化处理,紫外灯管与一至二层负载光催化剂的开孔金属泡沫构成一个光催化水处理单元,水流连续经过若干个光催化水处理单元；水流沿着负载光催化剂的开孔金属泡沫的横截面方向流动时进行处理，同时进行曝气。