CN107129005B - 一种内光源球串式光催化水质净化箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内光源球串式光催化水质净化箱,属于水环境保护技术领域。包括可调节通过的水流量的透水箱、多个净化球、侧光光纤、供电装置和紫外线发生器,侧光光纤位于透水箱中,侧光光纤折叠成波浪形固定连接透水箱,侧光光纤电连接紫外线发生器,紫外线发生器电连接供电装置,侧光光纤上固定设置多个净化球,净化球上均涂覆一层纳米晶二氧化钛膜。紫外光通过侧光光纤引入到净化球内部,直接近距离辐射于光催化膜表面,光源利用率高,辐射强度大,极大地提高了光催化的效率。净化球采用镂空结构比表面积增大,侧光光纤由其中部穿过,紫外线光照无死角,一定程度上提高了光催化膜与水体中污染物质光降解反应效率。

Description

一种内光源球串式光催化水质净化箱
技术领域
本发明涉及一种内光源球串式光催化水质净化箱,属于水环境保护技术领域。
背景技术
近年来,随着我国工业化的飞速发展和农业集约化程度的进一步提高,所产生的工业污水、农业污水及生活污水对水环境造成了严重的破坏。大量未经处理或处理不完全的污水通过各级河渠系统排入河流、湖泊等水体中,导致河流湖泊水体水质的全面恶化,对各级河渠系统进行污染物的源头截留净化成为了目前水环境保护的一项重要举措。目前污染物的形成方式及来源越来越多,水体中溶解或悬浮的污染物种类也日趋多样化和复杂化。传统的生物净化技术中植物具有选择性吸收的特点,同时微生物可分解代谢的污染物种类也有限,对污染物的适应性差,尤其对于一些工业污水中的难降解物质和生物毒性较强的物质,不但难以去除,而且还会危害到植物及微生物的生存,因此其应用场合及净化效率受到了极大的限制。
近年来光催化技术在水环境保护与治理上的应用也日益被人们重视,其代表性的纳米TiO2粉末具有化学稳定性高、耐光腐蚀、难溶于水和无毒性等优点,水体中一些难以降解的化合物在紫外光辐射条件下,可以通过TiO2的光催化作用降解为H2O和CO2,尤其是对水中难降解的有机污染物具有很好的去除效力,因此 TiO2纳米光催化降解法是一种极具应用前景的水处理新技术。目前纳米TiO2主要的利用形式主要有纳米粉体催化剂法和负载法,其中纳米粉体催化剂法在实施过程中对纳米TiO2粉末的回收、分离及重复利用非常困难,目前仍停留在实验阶段,而负载法是将TiO2纳米粉末固定于某一载体上来制备负载型TiO2光催化材料,这种材料在水处理中液固分离较为容易,重复使用较为方便,所用的载体种类也较多。
另外,反应界面的紫外光辐照强度也极大限制了光催化反应装置的推广使用,自然光源中的紫外线含量较少,同时对于较大比表面积的负载基体来说,光源的辐照面积小难以取得满意的净化效果,因此,目前亟需开发系列同时具有大比表面积和大辐照面积的高效光催化净化装置,以适应现代水体中污染物日益多样化的趋势,对我国水环境治理具有积极的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种内光源球串式光催化水质净化箱,旨在克服光催化水质净化装置中光线引入困难、光照反应面积小、照射强度低、水质净化效率低等问题,从而优先扩大光催化的应用范围,提高其水质净化效率。
为达到上述目的,本发明提供一种内光源球串式光催化水质净化箱,包括可调节通过的水流量的透水箱、多个净化球、侧光光纤、供电装置和紫外线发生器,所述侧光光纤位于所述透水箱中,所述侧光光纤折叠成波浪形固定连接所述透水箱,所述侧光光纤电连接所述紫外线发生器,所述紫外线发生器电连接所述供电装置,所述侧光光纤上固定设置多个所述净化球,所述净化球上均涂覆一层纳米晶二氧化钛膜。
优先地,包括多个钩环,多个所述钩环对称地固定连接所述透水箱内顶壁、所述透水箱内底壁,所述侧光光纤以波浪形路线沿垂直于所述透水箱顶壁和底壁方向往复多次穿过所述透水箱内顶壁上的钩环(6)、所述透水箱内底壁上的钩环。
优先地,所述净化球外形为镂空球体,所述净化球包括多个纬向肋板和多个经向肋板,多个所述纬向肋板和多个所述经向肋板经纬交错形成镂空球体,所述侧光光纤穿过并固定连接多个所述净化球中心。
优先地,所述净化球与所述纳米晶二氧化钛膜之间还涂覆一层0.5~1mm有机硅树脂层。
优先地,供电装置包括控制箱、太阳能板、蓄电池和电压逆变模块,所述太阳能板、所述电压逆变模块和所述蓄电池电连接,所述蓄电池电连接所述紫外线发生器,所述太阳能板铺设在所述透水箱上表面,所述蓄电池、所述电压逆变模块和所述紫外线发生器均位于所述控制箱中,所述控制箱固定设置在所述透水箱顶部。
优先地,包括两个流量控制窗和两个侧向透水窗,所述透水箱外形为长方体框架结构,所述透水箱左侧壁上、所述透水箱右侧壁上分别安装一个所述流量控制窗,所述透水箱前侧壁、所述透水箱后侧壁上分别安装一个所述侧向透水窗,所述流量控制窗结构与所述侧向透水窗相同,所述流量控制窗为可旋转的百叶窗结构,所述流量控制窗与所述侧向透水窗材质均为铝合金材质。
优先地,所述净化球材质为透明的尼龙。
优先地,包括若干个支撑脚,若干个所述支撑脚顶部固定连接所述透水箱外底壁。
优先地,所述透水箱顶壁、所述透水箱底壁均为长方形不透水板,所述透水箱顶壁、所述透水箱底壁为铝合金材质。
优先地,所述钩环外形为“9”字形,所述钩环为不锈钢材质,所述钩环头部外形为圆环,所述钩环头部的内径为侧光光纤直径的2~3倍,所述钩环尾部与上盖板或底板螺纹连接。
本发明所达到的有益效果:
1.紫外光通过侧光光纤引入到净化球内部,直接近距离辐射于光催化膜表面,光源利用率高,辐射强度大,极大地提高了光催化的效率;
2. 净化球采用层片式镂空结构,比表面积增大,侧光光纤由其中部穿过,紫外线光照无死角,一定程度上提高了光催化膜与水体中污染物质光降解反应效率;
3.透水箱体采用百叶窗式结构,不但方便调节箱体内的过流量,提高对外界水体流速的适应性,而且可有效地避免高强度紫外光在环境中的暴露,减少人工紫外线对周边生态环境的危害;
4.采用太阳能板供电方式,不但可节约能源,而且可降低维护成本;
5.整体式箱体结构有利于安装于搬运,具有较好的机动性和灵活性,可适用于各种应急水污染处置条件;本发明结构简单,净化球更换方便,制造成本低。
附图说明
附图1是本发明的结构图;
附图2是本发明的剖视图;
附图3是图2的A-A截面图;
附图4是净化球的结构示意图。
附图标记含义,1-水面;2-旋钮;3-太阳能板;4-上盖板;5-控制箱;6-钩环;7-侧光光纤;8-流量控制窗;9-净化球;10-支撑脚;11-底板;12-渠床;13-水流方向;14-侧向透水窗;15-纬向肋板;16-经向肋板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种内光源球串式光催化水质净化箱,包括可调节通过的水流量的透水箱、多个净化球9、侧光光纤7、供电装置和紫外线发生器,所述侧光光纤7位于所述透水箱中,所述侧光光纤7折叠成波浪形固定连接所述透水箱,所述侧光光纤7电连接所述紫外线发生器,所述紫外线发生器电连接所述供电装置,所述侧光光纤7上固定设置多个所述净化球9,所述净化球9上均涂覆一层纳米晶二氧化钛膜,紫外线照射下可与污水中的有机污染物进行催化降解反应,所述侧光光纤7具有导光、散射光和防水的特点。
进一步地,包括多个钩环6,多个钩环6对称地固定连接所述透水箱内顶壁、所述透水箱内底壁,所述侧光光纤7以波浪形路线从右向左、沿垂直于所述透水箱顶壁和底壁方向往复多次穿过所述透水箱内顶壁上的钩环6、所述透水箱内底壁上的钩环6,所述侧光光纤7左端固定连接所述透水箱内顶壁最左侧上的钩环6;本装置中包括三十四个钩环6和17个侧光光纤7。
进一步地,所述净化球9外形为镂空球体,所述净化球9包括多个纬向肋板15和多个经向肋板16,多个所述纬向肋板15和多个所述经向肋板16经纬交错形成镂空球体,所述侧光光纤7穿过并固定连接多个所述净化球9中心。
进一步地,所述净化球9与所述纳米晶二氧化钛膜之间还涂覆一层0.5~1mm有机硅树脂层,用于避免尼龙基体受到光催化腐蚀。
进一步地,供电装置包括控制箱5、太阳能板3、蓄电池和电压逆变模块,所述太阳能板3、所述电压逆变模块和所述蓄电池电连接,所述蓄电池电连接所述紫外线发生器,所述太阳能板3铺设在所述透水箱上表面,所述蓄电池、所述电压逆变模块和所述紫外线发生器均位于所述控制箱5中,所述控制箱5固定设置在所述透水箱顶部。
进一步地,包括两个流量控制窗8和两个侧向透水窗14,所述透水箱外形为长方体框架结构,所述透水箱左侧壁上、所述透水箱右侧壁上分别安装一个所述流量控制窗8,所述透水箱前侧壁、所述透水箱后侧壁上分别安装一个所述侧向透水窗14,所述流量控制窗8结构与所述侧向透水窗14相同,所述流量控制窗8为可旋转的百叶窗结构,所述流量控制窗8与所述侧向透水窗14材质均为铝合金材质,所述流量控制窗8与所述侧向透水窗14可调独立调节各个窗体叶片的开度,从而调节窗体的透水率。
进一步地,所述流量控制窗8包括多个从动齿轮、旋钮2和多个百叶,多个所述百叶等间距排成一列,多个所述百叶两端横向转动连接所述透水箱左侧壁两端,多个所述百叶的左端均固定设置一个所述从动齿轮,所述从动齿轮之间相互啮合,所述旋钮2固定设置在所述透水箱上,所述旋钮2下端穿过所述透水箱伸入多个所述从动齿轮上方,所述旋钮2下端转动连接所述透水箱,所述旋钮2下端开设与位于最上方的从动齿轮相互啮合的主动齿轮。
进一步地,包括四个支撑脚10,四个所述支撑脚10顶部固定连接所述透水箱外底壁。
进一步地,所述透水箱顶壁、所述透水箱底壁均为长方形不透水薄板,所述透水箱顶壁、所述透水箱底壁为铝合金材质,所述透水箱顶部露出水面1高度大于20cm。
进一步地,所述净化球9材质为透明的尼龙;所述钩环6外形为“9”字形,所述钩环6为不锈钢材质,所述钩环6头部外形为圆环,所述钩环6头部的内径为侧光光纤7直径的2~3倍,所述钩环6尾部与上盖板4或底板11螺纹连接。
紫外线发生器可产生高强度紫外光,侧光光纤7与紫外线发生器连接,可将紫外光均匀的引入到净化球9内部,以促进净化球9表面的光降解反应的高效进行。
本发明的工作原理:将净化箱置于水体中,其流量控制窗8迎流方向放置。在白天,太阳能板3将光能转变为电能存储于控制箱5的蓄电池内,控制箱5内的紫外线发生器产生紫外光,紫外光通过侧光光纤7传导并直接照射在净化球9的表面上,表面涂覆的二氧化钛光催化膜在紫外线的作用下可将水中的难降解有机污染物氧化还原为H2O和CO2,从而降低了水中的污染物质含量,净化了水体;
在夜间,储存在蓄电池内的电能继续维持紫外线发生器工作,从而使得透水箱可以实现全天候不间断的发挥水质净化的作用。
由于光催化反应需要一定的反应时间,通过透水箱水流速度过高会使得光催化反应不完全,从而降低净化效率,而箱内过低的水流量虽然能促进光催化反应进行的彻底,但透水箱与外界的交换水量减少而造成整体净化效率的降低,因此净化箱内的流量需要控制在一个合适的范围内。
本装置采用百叶窗形透水窗体进行内外交换水量控制:当外界水流量较小时,调节顶部的旋钮2使得流量控制窗8和侧向透水窗14的开度至最大,外部的污水通过前部的流量控制窗8进入净化箱内,并通过两侧的侧向透水窗14和后部的流量控制窗8流出。在这种状态下外界水体与净化箱内的水体交换阻力较小,有利于提高净化效率。
当外界水流量中等时,将前部流量控制窗8的开度调至最大,适当减小后部流量控制窗8和侧向透水窗14的开度,从而提高箱体与外界的水流交换阻力,降低箱体内的流速和过流量,从而达到提高净化效率的目的。
当外界水流量较大时,将前部和后部的流量控制窗8的开度均调至较小状态,适当增加两侧的侧向透水窗14的开度,从而降低净化箱体的正面进流量,大部分水流通过侧向透水窗14进入和流出净化箱。在这种状态下不但可以有效的降低净化箱内的水流速度,提高净化效率,而且可以避免高速水流对箱体内净化球的直接冲击而破坏光催化膜。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,包括可调节通过的水流量的透水箱、多个净化球(9)、侧光光纤(7)、供电装置和紫外线发生器,所述侧光光纤(7)位于所述透水箱中,所述侧光光纤(7)折叠成波浪形固定连接所述透水箱,所述侧光光纤(7)电连接所述紫外线发生器,所述紫外线发生器电连接所述供电装置,所述侧光光纤(7)上固定设置多个所述净化球(9),所述净化球(9)上均涂覆一层纳米晶二氧化钛膜;
所述净化球(9)外形为镂空球体,所述净化球(9)包括多个纬向肋板(15)和多个经向肋板(16),多个所述纬向肋板(15)和多个所述经向肋板(16)经纬交错形成镂空球体,所述侧光光纤(7)穿过并固定连接多个所述净化球(9)中心;
所述净化球(9)与所述纳米晶二氧化钛膜之间还涂覆一层0.5~1mm有机硅树脂层。
2.根据权利要求1所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,包括多个钩环(6),多个所述钩环(6)对称地固定连接所述透水箱内顶壁、所述透水箱内底壁,所述侧光光纤(7)以波浪形路线沿垂直于所述透水箱顶壁和底壁方向往复多次穿过所述透水箱内顶壁上的钩环(6)、所述透水箱内底壁上的钩环(6)。
3.根据权利要求1所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,供电装置包括控制箱(5)、太阳能板(3)、蓄电池和电压逆变模块,所述太阳能板(3)、所述电压逆变模块和所述蓄电池电连接,所述蓄电池电连接所述紫外线发生器,所述太阳能板(3)铺设在所述透水箱上表面,所述蓄电池、所述电压逆变模块和所述紫外线发生器均位于所述控制箱(5)中,所述控制箱(5)固定设置在所述透水箱顶部。
4.根据权利要求1所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,包括两个流量控制窗(8)和两个侧向透水窗(14),所述透水箱外形为长方体框架结构,所述透水箱左侧壁上、所述透水箱右侧壁上分别安装一个所述流量控制窗(8),所述透水箱前侧壁、所述透水箱后侧壁上分别安装一个所述侧向透水窗(14),所述流量控制窗(8)结构与所述侧向透水窗(14)相同,所述流量控制窗(8)为可旋转的百叶窗结构,所述流量控制窗(8)与所述侧向透水窗(14)材质均为铝合金材质。
5.根据权利要求1所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于, 所述净化球(9)材质为透明的尼龙。
6.根据权利要求1所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,包括若干个支撑脚(10),若干个所述支撑脚(10)顶部固定连接所述透水箱外底壁。
7.根据权利要求1所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,所述透水箱顶壁、所述透水箱底壁均为长方形不透水板,所述透水箱顶壁、所述透水箱底壁为铝合金材质。
8.根据权利要求2所述的一种内光源球串式光催化水质净化箱,其特征在于,所述钩环(6)外形为“9”字形,所述钩环(6)为不锈钢材质,所述钩环(6)头部外形为圆环,所述钩环(6)头部的内径为侧光光纤(7)直径的2~3倍,所述钩环(6)尾部与上盖板(4)或底板(11)螺纹连接。
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