CN113735225A - 一种降解管网末端水中消毒副产物的装置 - Google Patents

一种降解管网末端水中消毒副产物的装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种可以与水龙头连接、降解管网末端饮用水中消毒副产物的装置，它包括贮水组件、分水组件和电化学反应组件。贮水组件包括贮水外壳和手风琴风箱状内胆；分水组件主要包括主管道外壳、内芯、球形阀芯、阀座、阀杆、旋转手柄、分水活塞；电化学反应组件内部以颗粒活性炭包为阴极，铂网为阳极，采用无机陶瓷膜作为支撑压紧。电化学反应组件安装于贮水组件的底部。分水组件通过控制水流启闭，实现日常居家生活用水和贮水组件充水；贮水内胆可以实现上下有限膨胀和压缩，以充、排水和排除积气；反应器工作时，使贮水组件内的水和管网绝缘，水流借助重力作用通过电化学反应器，使水中消毒副产物得到降解，保障饮用水安全。该装置密封组装简单，使用方便，易于商业推广化应用。

Description

一种降解管网末端水中消毒副产物的装置
技术领域
本发明是一种可以与水龙头连接、降解管网末端饮用水中消毒副产物的装置，本发明的装置可广泛用于饮用水的深度处理和高纯水的制备，同时也可推广应用到含有有毒有害高浓度卤代有机污染物废水的处理。
背景技术
在我国当前的公共给水系统中，主要是通过在水厂末端投加液氯实现对饮用水的消毒，同时，为了抑制管网末端水中微生物的滋生，自来水加氯消毒时会加入过量的氯。然而，水体中存在的天然有机物会和氯发生反应生成消毒副产物，其中最为典型的是以三氯甲烷为代表的三卤甲烷类。这些消毒副产物通常具有“致癌、致畸、致突变作用”，对人们的健康造成了极大威胁。特别是，当前我国相当一部分地表水源已被有机物污染的情况下，如何实现对管网末端水中消毒副产物的控制，日益受到人们的关注。
去除管网末端饮用水中消毒副产物是保障饮用水安全的重要屏障。目前采用的方法主要有吸附法、光化学处理法、膜分离法等。然而，这些方法通常要么运行成本较高，要么不能对消毒副产物起到良好的去除效果。如活性炭吸附法，单纯活性炭吸附并不能实现消毒副产物的降解，且需要经常更换吸附剂，增加了处理成本；光化学法中的TiO2催化法等则会存在催化剂失活或者流失问题，还可能会生成毒性更强的中间产物；膜分离法除存在需定期更换膜组件的问题外，还存在因浓水直接排放造成的水资源浪费现象，但更重要的是，单纯膜分离法对水中小分子的消毒副产物并不具有良好的效果，如反渗透技术(RO)对于分子量＜250的不带电小分子去除效果不好，所以RO工艺对诸如三卤甲烷类的小分子消毒副产物去除效果并不理想。因此有必要发展安全、经济、高效的消毒副产物的末端控制技术。
电化学方法因其高效、反应条件温和、无二次污染等优点，在饮用水消毒副产物的处理上具有广阔的前景。但目前，尚缺乏家庭用、简单高效、针对管网末端自来水中消毒副产物的电化学处理装置。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种应用于去除管网末端饮用水中消毒副产物的电化学处理装置。该装置采用比表面积大、吸附能力强、性质稳定无毒的粒状活性炭作为阴极材料，通过电化学还原脱卤作用，有效实现对管网末端自来水中消毒副产物的去除；可以和家庭中洗菜盆或盥洗盆进行简单有效连接，具有装置结构简单，易于安装，操作方便，运行稳定等优点。
技术方案：本发明是一种可以和家庭中洗菜盆或盥洗盆简单连接、通过电化学还原对消毒副产物实现有效脱卤的装置。它包括贮水组件、分水组件和电化学反应组件。贮水组件安装在分水组件上，分水组件安装于家用洗菜盆或盥洗盆上；电化学反应组件安装于贮水组件的底部。分水组件通过控制水流启闭，实现日常居家生活用水和贮水组件充水；贮水内胆可以实现上下有限膨胀和压缩，以充、排水和排除积气；反应器工作时，使贮水组件内的水和管网绝缘，水流借助重力作用通过电化学反应器，使水中消毒副产物得到降解，保障饮用水安全。
所述贮水组件包括贮水外壳(1)和内胆(2)，贮水外壳(1)包括上盖(3)和筒体(4)，上盖(3)和筒体(4)均为不锈钢材料，通过螺纹旋转咬合连接，上盖(3)开有通气孔(5)，筒体(4)开有竖向狭缝(6)，供内胆(2)上的标针(7)上下移动，指示内胆(2)膨胀位置。内胆(2)主体为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚丙烯(PP)塑料，外观设置成手风琴风箱状，通过环状不锈钢内筋(8)支撑。内胆(2)上下两端为聚四氟乙烯(PTFE)平板，下端平板开有安装槽一(9)和安装槽二(10)，分别通过螺纹与电化学反应器(11)和分水组件连接，上端平板外侧设有标针(7)，指示内胆(2)膨胀位置。
所述分水组件由主管道外壳(12)、内芯(13)、球形阀芯(14)、阀座(15)、阀杆(16)、旋转手柄(17)、分水活塞(18)、连杆(19)、分水手柄(20)、垫片(21)、密封盖一(22)、密封盖二(23)和密封填料(24)组成。
主管道外壳(12)为不锈钢材料，主管道外壳(12)带有平台，以连接止锁；主管道外壳(12)上开有孔一(25)和孔二(26)方便安装球形阀芯(14)和分水活塞(18)；孔一(25)和孔二(26)分别通过密封盖一(22)和密封盖二(23)密封；密封盖一(22)和密封盖二(23)为不锈钢材料，分别有开孔，供阀杆(16)和连杆(19)穿过；主管道外壳(12)下端采用螺纹连接和洗菜盆或盥洗盆连接；主管道外壳(12)上设有取水短管(27)。
内芯(13)为聚四氟乙烯材料，内芯(13)嵌入主管道外壳(12)内，内芯(13)上端通过螺纹和内胆(2)的安装槽二(10)连接。内芯(13)内置分水活塞(18)，内芯(13)容纳分水活塞(18)部位错位开有三向分水孔；分水活塞(18)和连杆(19)通过螺纹连接，连杆(19)为不锈钢或铜质材料，分水活塞(18)为聚四氟乙烯(PTFE)材料，连杆(19)和分水手柄(20)通过螺纹连接。
阀杆(16)采用铜质或不锈钢材料，中间段设有限位凸起，阀杆(16)两端为正方形断面，分别与球形阀芯(14)的正方形嵌孔和旋转手柄(17)内断面的正方形嵌孔啮合，阀杆(16)其余部位均为圆形。阀杆(16)穿过密封盖一(22)和旋转手柄(17)通过螺杆紧固连接。通过球形阀芯(14)关停和分水活塞(18)移动，可以自由控制水的流向和取用。球形阀芯(14)和阀座(15)采用工程陶瓷材料。密封填料(24)为橡胶或者硅胶材料。
所述电化学反应组件由电源(28)和电化学反应器(11)组成，电化学反应器(11)的内部结构从上到下依次为环状压板(29)、无机陶瓷膜片一(30)、铂网电极(31)、颗粒活性炭包(32)、无机陶瓷膜片二(33)。活性炭由尼龙网包裹形成颗粒活性炭包(32)；铂网电极(31)和颗粒活性炭包(32)分别通过馈电针脚(34)与电源(28)的两极连接。无机陶瓷膜可以过滤悬浮杂质和微小颗粒物，承托颗粒活性炭包(32)并起到压紧作用。馈电针脚(34)外设绝缘包裹密封层(35)，并穿过无机陶瓷膜片二(33)和反应器外壳(36)。反应器外壳(36)上部设有外螺纹和内螺纹，分别与安装槽一(9)和环状压板(29)连接，环状压板(29)中间设有横梁，方便旋转。反应器外壳(36)主体材料为聚四氟乙烯(PTFE)或聚乙烯(PE)材料，下端设有反应球阀(37)。电源(28)为具有交流变直流功能电源。
有益效果：
1.本发明直接安装于家庭用洗菜盆或盥洗盆等管网末端装置，在有效降解自来水中的三氯甲烷等消毒副产物，提升出水水质的同时，可以实现自来水的自由取用，不影响正常居家生活用水需要。
2.本发明的内胆采用PET或PP塑料，具有无毒，抗拉、抗弯强度高，冲击韧度及抗蠕变性能好，是一种性能优越的塑料。内胆的外观设置成手风琴风箱状，并有不锈钢内筋支撑，能有效实现上下有限膨胀，贮水外壳打开后，可以简单实现内胆积气的压缩排除。
3.本发明的内芯、反应器外壳等采用PTFE或PE材料，具有性质稳定、无毒、耐磨、机械强度高、耐用等优点。
4.本发明采用不锈钢作为该装置的贮水外壳，不锈钢材料强度高，成本低，能有效保护内胆、内芯等不受外界破坏，提升该装置耐用性。
5.本发明采用颗粒活性炭电极作为阴极，颗粒活性炭电极比表面积大，孔结构丰富，安全无毒、填料灵活，保证用水质量。
6.本发明采用铂网电极作为阳极反电极，铂电极化学性质稳定、电催化活性高。
7.本发明采用无机陶瓷膜具有支撑和压紧功能，同时具有辅助截留颗粒物功能，避免反应电极污染。
附图说明
图1为本发明的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置示意图
图2为本发明的电化学反应器纵剖面图
图3为环状压板俯视图
图4为分水组件和贮水组件连接细部示意图
图5为取用自来水时分水组件工作状态示意图
图6为贮水组件充水时分水组件工作状态示意图
附图中的标号说明如下：
1-贮水外壳，2-内胆，3-上盖，4-筒体，5-通气孔，6-狭缝，7-标针，8-内筋，9-安装槽一，10-安装槽二，11-电化学反应器，12-主管道外壳，13-内芯，14-球形阀芯，15-阀座，16-阀杆，17-旋转手柄，18-分水活塞，19-连杆，20-分水手柄，21-垫片，22-密封盖一，23-密封盖二，24-密封填料，25-孔一，26-孔二，27-取水短管，28-电源，29-环状压板，30-无机陶瓷膜片一，31-铂网电极，32-颗粒活性炭包，33-无机陶瓷膜片二，34-馈电针脚，35-绝缘包裹密封层，36-反应器外壳，37-反应球阀
具体实施方式
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：它包括贮水组件、分水组件、电化学反应组件。贮水组件安装在分水组件上，分水组件安装于家用洗菜盆或盥洗盆上；电化学反应组件安装于贮水组件的底部。分水组件通过控制水流启闭，实现日常居家生活用水和贮水组件充水；贮水内胆可以实现上下有限膨胀和收缩；反应器工作时，使贮水组件内的水和管网绝缘，水流借助重力作用通过电化学反应器，使水中消毒副产物得到降解，保障饮用水安全。
具体请参阅图1-6。所述贮水组件包括贮水外壳(1)和内胆(2)，贮水外壳(1)包括上盖(3)和筒体(4)，上盖(3)和筒体(4)均为不锈钢材料，通过螺纹旋转咬合连接，上盖(3)开有通气孔(5)，筒体(4)开有竖向狭缝(6)，供内胆(2)上的标针(7)上下移动，指示内胆(2)膨胀位置。内胆(2)主体为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚丙烯(PP)塑料，外观设置成手风琴风箱状，通过环状不锈钢内筋(8)支撑。内胆(2)上下两端为聚四氟乙烯(PTFE)平板，下端平板开有安装槽一(9)和安装槽二(10)，分别通过螺纹与电化学反应器(11)和分水组件连接，上端平板外侧设有标针(7)，指示内胆(2)膨胀位置。
所述分水组件由主管道外壳(12)、内芯(13)、球形阀芯(14)、阀座(15)、阀杆(16)、旋转手柄(17)、分水活塞(18)、连杆(19)、分水手柄(20)、垫片(21)、密封盖一(22)、密封盖二(23)和密封填料(24)组成。
主管道外壳(12)为不锈钢材料，主管道外壳(12)带有平台，以连接止锁；主管道外壳(12)上开有孔一(25)和孔二(26)方便安装球形阀芯(14)和分水活塞(18)；孔一(25)和孔二(26)分别通过密封盖一(22)和密封盖二(23)密封；密封盖一(22)和密封盖二(23)为不锈钢材料，分别有开孔，供阀杆(16)和连杆(19)穿过；主管道外壳(12)下端采用螺纹连接和洗菜盆或盥洗盆连接；主管道外壳(12)上设有取水短管(27)。
内芯(13)为聚四氟乙烯材料，内芯(13)嵌入主管道外壳(12)内，内芯(13)上端通过螺纹和内胆(2)的安装槽二(10)连接。内芯(13)内置分水活塞(18)，内芯(13)容纳分水活塞(18)部位错位开有三向分水孔；分水活塞(18)和连杆(19)通过螺纹连接，连杆(19)为不锈钢或铜质材料，分水活塞(18)为聚四氟乙烯(PTFE)材料，连杆(19)和分水手柄(20)通过螺纹连接。
阀杆(16)采用铜质或不锈钢材料，中间段设有限位凸起，阀杆(16)两端为正方形断面，分别与球形阀芯(14)的正方形嵌孔和旋转手柄(17)内断面的正方形嵌孔啮合，阀杆(16)其余部位均为圆形。阀杆(16)穿过密封盖一(22)和旋转手柄(17)通过螺杆紧固连接。通过球形阀芯(14)关停和分水活塞(18)移动，可以自由控制水的流向和取用。球形阀芯(14)和阀座(15)采用工程陶瓷材料。密封填料(24)为橡胶或者硅胶材料。
所述电化学反应组件由电源(28)和电化学反应器(11)组成，电化学反应器(11)的内部结构从上到下依次为环状压板(29)、无机陶瓷膜片一(30)、铂网电极(31)、颗粒活性炭包(32)、无机陶瓷膜片二(33)。活性炭由尼龙网包裹形成颗粒活性炭包(32)；铂网电极(31)和颗粒活性炭包(32)分别通过馈电针脚(34)与电源(28)的两极连接。无机陶瓷膜可以过滤悬浮杂质和微小颗粒物，承托颗粒活性炭包(32)并起到压紧作用。馈电针脚(34)外设绝缘包裹密封层(35)，并穿过无机陶瓷膜片二(33)和反应器外壳(36)。反应器外壳(36)上部设有外螺纹和内螺纹，分别与安装槽一(9)和环状压板(29)连接，环状压板(29)中间设有横梁，方便旋转。反应器外壳(36)主体材料为聚四氟乙烯(PTFE)或聚乙烯(PE)材料，下端设有反应球阀(37)。电源(28)为具有交流变直流功能电源。

Claims (8)

1.一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：其由贮水组件、分水组件、压力报警组件和电化学反应组件组成；其中，贮水组件安装在分水组件上，分水组件安装于家用洗菜盆或盥洗盆上，电化学反应组件安装于贮水组件的底部；分水组件通过控制水流启闭，实现日常居家生活用水和贮水组件充水，并可在电化学反应组件时，使贮水组件内的水和管网绝缘；贮水组件可以实现有限膨胀和压缩，用以充、排水和排除积气。
2.根据权利要求1所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：贮水组件包括贮水外壳(1)和内胆(2)；贮水外壳(1)分为上盖(3)和筒体(4)，上盖(3)和筒体(4)通过螺纹或卡扣连接；上盖(3)开有通气孔(5)，筒体(4)开有竖向狭缝(6)，供标针(7)上下移动，指示内胆(2)膨胀位置；
内胆(2)外观设计成手风琴风箱状，通过环状不锈钢内筋(8)支撑；内胆(2)上下两端为平板，下端平板开有安装槽一(9)和安装槽二(10)，分别通过螺纹与电化学反应器(11)和分水组件连接，上端平板外侧设有标针(7)。
3.根据权利要求1所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：分水组件由主管道外壳(12)、内芯(13)、球形阀芯(14)、阀座(15)、阀杆(16)、旋转手柄(17)、分水活塞(18)、连杆(19)、分水手柄(20)、垫片(21)、密封盖一(22)、密封盖二(23)和密封填料(24)组成；
主管道外壳(12)带有平台，以连接止锁；主管道外壳(12)上开有孔一(25)和孔二(26)分别用于安装球形阀芯(14)和分水活塞(18)；孔一(25)和孔二(26)分别通过密封盖一(22)和密封盖二(23)密封；密封盖一(22)和密封盖二(23)分别有开孔，供阀杆(16)和连杆(19)穿过；主管道外壳(12)下端采用螺纹连接和洗菜盆或盥洗盆连接；主管道外壳(12)上设有取水短管(27)；
内芯(13)嵌入主管道外壳(12)内，内芯(13)上端通过螺纹和内胆(2)的安装槽二(10)连接；内芯(13)内置分水活塞(18)，内芯(13)容纳分水活塞(18)部位错位开有三向分水孔；分水活塞(18)和连杆(19)通过螺纹连接，连杆(19)和分水手柄(20)通过螺纹连接；
阀杆(16)中间段设有限位凸起，两端为正方形断面，分别与球形阀芯(14)的正方形嵌孔和旋转手柄(17)内断面的正方形嵌孔啮合，阀杆(16)其余部位均为圆形；阀杆(16)穿过密封盖一(22)和旋转手柄(17)通过螺杆紧固连接。
4.根据权利要求1所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：电化学反应组件由电源(28)和电化学反应器(11)组成，电化学反应器(11)的内部结构从上到下依次为环状压板(29)、无机陶瓷膜片一(30)、铂网电极(31)、颗粒活性炭包(32)、无机陶瓷膜片二(33)；
颗粒活性炭包(32)由尼龙网包裹活性炭形成；铂网电极(31)和颗粒活性炭包(32)分别通过馈电针脚(34)与电源(28)的两极连接；无机陶瓷膜承托颗粒活性炭包(32)并起到压紧作用；馈电针脚(34)外设绝缘包裹密封层(35)，并穿过无机陶瓷膜片二(33)和反应器外壳(36)；
反应器外壳(36)上部设有外螺纹和内螺纹，分别与安装槽一(9)和环状压板(29)连接，环状压板(29)中间设有横梁，方便旋转；反应器外壳(36)下端设有反应球阀(37)。
5.根据权利要求2所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：上盖(3)和筒体(4)均为不锈钢材料，内胆(2)主体为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚丙烯(PP)塑料，内胆(2)上下两端平板为聚四氟乙烯(PTFE)材料。
6.根据权利要求3所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：主管道外壳(12)、分水手柄(20)、密封盖一(22)和密封盖二(23)为不锈钢材料，阀杆(16)和连杆(19)为不锈钢或铜质材料，内芯(13)、分水活塞(18)为聚四氟乙烯(PTFE)材料，球形阀芯(14)和阀座(15)采用工程陶瓷材料；密封填料(24)为橡胶或者硅胶材料。
7.根据权利要求4所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：反应器外壳(36)主体材料为聚四氟乙烯(PTFE)或聚乙烯(PE)材料，馈电针脚(34)为铜质或不锈钢材质。
8.根据权利要求4所述的一种降解管网末端水中消毒副产物的装置，其特征在于：电源(28)为具有交流变直流功能电源。
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