CN1990389A

CN1990389A - 净水装置

Info

Publication number: CN1990389A
Application number: CN 200510137410
Authority: CN
Inventors: 邵信; 张敏超; 洪仁阳; 陈谊彰; 萧碧莲
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: CN100506709C

Abstract

一种净水装置，用以净化水，包括水槽、光催化剂、一光源以及无纺布薄膜模组。水槽具有一反应区与一分离区；光催化剂添加于水槽中；光源设置于反应区，提供光线与该光催化剂进行反应，净化水中的污染物；无纺布薄膜模组设置于该分离区，用以过滤水中的光催化剂，进而产生净化水。而被过滤的光催化剂回到反应区，继续进行净水反应。本发明的净水装置利用无纺布薄膜来过滤光催化剂，以薄膜分离的方式滤除水中的固态微粒，不但可于较低压降条件下抓住粒子，且过滤效率高。

Description

净水装置

技术领域

本发明涉及一种净水装置，特别涉及一种利用光催化剂来净化污染物的净水装置。

背景技术

光催化剂具有环境净化的功能，其中又以二氧化钛(TiO₂)最具应用效应。当TiO₂光催化剂的表面有水份存在和适当光线照射时，可产生氢氧自由基(OH·)，氢氧自由基氧化力强大，可使附着在光催化剂表面的有机物分解。

光催化剂实际应用在水处理时，光催化剂一般可采用粉体型式，或是固定于载体材料(carrier material)上，悬浮分散于水中以进行净水反应。利用粉体型式的光催化剂进行净水反应可称为悬浮型光催化反应器(slurry photocatalyst reactor)方法，在进行净水反应后，必须将光催化剂颗粒回收；而将光催化剂固定于载体材料上以进行净水反应可称为载体式光催化反应器(carrierphotocatalystic reactor)方法，有关载体材料的选择与光催化剂固定化也是需要考量的因素。

已知已有将光催化剂结合超过滤(UF)或是微过滤(MF)薄膜的方法以回收光催化剂颗粒，然而不论是超过滤或是微过滤薄膜均属于微孔性(microporous)薄膜，不但制造成本高，操作压力高，操作维护也较为复杂。

发明内容

有鉴于已知方法的缺点，本发明提供一种净水装置，用以净化水，包括一水槽、光催化剂、一光源以及一无纺布薄膜模组。水槽具有一反应区与一分离区；光催化剂添加于水槽中；光源设置于反应区，提供光线与该光催化剂进行反应以分解水中的污染物；无纺布薄膜模组设置于该分离区，用以过滤水中的光催化剂，进而产生净化水。而被过滤的光催化剂会自动回到反应区，继续进行净水反应。

于一较佳实施例中，净水装置还包括一进流泵，连通反应区，将污染水引入水槽。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一第一鼓风机，提供空气至反应区。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一第一空气分布器，与第一鼓风机连通，并设置于反应区中，其中空气可通过第一空气分布器扩散于水中，使光催化剂在水中均匀悬浮。

于另一较佳实施例中，第一鼓风机包括一歧管，净水装置还包括一第二空气分布器，设置于分离区，并与歧管连通，其中空气可通过第二空气分布器扩散于水中，以维持无纺布薄膜模组的滤液通量。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一搅拌器，设置于反应区中，使光催化剂在水中均匀悬浮。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一第二鼓风机，提供空气至分离区。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一第二空气分布器，与第二鼓风机或第一鼓风机的歧管连通，并设置于分离区中，其中空气可通过第二空气分布器扩散于水中，用于清洗无纺布薄膜的表面，以维持无纺布薄膜模组的滤液通量稳定。

于另一较佳实施例中，光催化剂为TiO₂并呈粉末状。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一出流泵，与无纺布薄膜模组连通，将滤除光催化剂后的净化水抽出。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括多个载体材料，设置于反应区中，可将光催化剂拦截固定，其中载体材料为无纺布，并具有良好的透光性。

于另一较佳实施例中，光催化剂可先固定于载体材料，再添加至反应区中。

于另一较佳实施例中，净水装置还包括一筛网，设置于反应区与分离区之间，防止载体材料流至分离区。

于另一较佳实施例中，载体材料大小介于2-20mm之间，并且为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚4-甲基戊烯(TPX)，或以上所组成的复合材质。

于另一较佳实施例中，光源的波长介于250nm-450nm之间。

于另一较佳实施例中，无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且无纺布薄膜的孔洞大小介于0.03-30μm之间，并且为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚4-甲基戊烯(TPX)，或以上所组成的复合材质。

本发明提供另一种净水装置，用以净化水，包括一第一水槽、光催化剂、一光源、一第二水槽以及一无纺布薄膜模组。光催化剂添加至第一水槽；光源设置于第一水槽，提供光线与光催化剂进行反应以分解水中的污染物；第二水槽与第一水槽连通，并接收第一水槽的出流水；无纺布薄膜模组设置于第二水槽，用以过滤水中的光催化剂，进而产生净化水。而被过滤的光催化剂送回第一水槽，继续进行净水反应。

于一较佳实施例中，该净水装置还包括一第一鼓风机，提供空气至该第一水槽。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一第一空气分布器，与该第一鼓风机连通，设置于该第一水槽，其中空气可通过该第一空气分布器扩散于水中，使该光催化剂均匀悬浮于水中。

于另一较佳实施例中，第一鼓风机包括一歧管，净水装置还包括一第二空气分布器，设置于该分离区，并与该歧管连通，其中空气可通过该第二空气分布器扩散于水中，以维持该无纺布薄膜模组的滤液通量。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一搅拌器，设置于该第一水槽，使该光催化剂在水中均匀悬浮。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一第二鼓风机，提供空气至该第二水槽。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一第二空气分布器，与该第二鼓风机连通，设置于该第二水槽，其中空气可通过该第二空气分布器扩散于净化水中，以维持该无纺布薄膜模组的滤液通量。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一导管，连通该第一水槽与该第二水槽，将该光催化剂回收至该第一水槽。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一出流泵，与该无纺布薄膜模组连通，将过滤该光催化剂后的净化水抽出。

于另一较佳实施例中，该光源提供包含波长介于250nm-450nm之间的光线。

于另一较佳实施例中，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜的孔洞大小介于0.03-30μm之间。

于另一较佳实施例中，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚4-甲基戊烯(TPX)，或以上所组成的复合材质。

本发明又提供另一种净水装置，用以净化水，包括一净水槽。净水槽包括光催化剂、一光源与一无纺布薄膜模组；光源提供光线与光催化剂进行反应以分解水中的污染物；无纺布薄膜模组设置于净水槽水面之下，用以过滤水中的光催化剂，进而产生净化水。而被过滤的光催化剂留在净水槽中，继续进行净水反应。

于一较佳实施例中，该净水装置还包括一鼓风机，提供空气至该净水槽。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一空气分布器，与该鼓风机连通，设置于该净水槽，其中空气可通过该空气分布器扩散于水中，使该光催化剂均匀悬浮于水中。

于另一较佳实施例中，该净水装置还包括一搅拌器，设置于该净水槽，使该光催化剂在水中均匀悬浮。

本发明的净水装置利用无纺布薄膜来过滤光催化剂，以薄膜分离的方式滤除水中的固态微粒，不但可于较低压降(pressuredrop)条件下抓住粒子，且过滤效率高。

附图说明

图1A显示本发明实施例1的示意图；

图1B显示本发明实施例1的一变化例的示意图；

图2显示本发明实施例2的示意图；

图3显示本发明实施例3的示意图。

具体实施方式

本发明的净水装置可应用于二级或三级污水(废水)处理系统之后，以去除水中难分解的污染物，并且杀菌，或是应用于自来水原水处理前，以去除水中微量污染物，此外，更可应用至地表水以及地下水整治，以去除水中有机物与含氮污染物等。

实施例1

图1A显示本发明实施例1的示意图，本发明的净水装置10包括一水槽11、光催化剂12、两根灯管13、一无纺布薄膜模组14、一第一空气分布器15、一第二空气分布器16、一进流泵P1、一出流泵P2、一第一鼓风机B1以及一第二鼓风机B2，其中进流泵P1和出流泵P2流量相等。

水槽11以一分隔板D区分为一反应区R以及一分离区S，分隔板D下方保留通道，使反应区R与分离区S可连通。水槽11的反应区R与进流泵P1连通，进流泵P1可将水送至水槽11内。

光催化剂12为二氧化钛TiO₂的纳米级粉末，添加至水槽11中使其与水混合，应注意的是，本发明的光催化剂12为极微小的粒子，为清楚显示于图示中而将其放大表现。

两根灯管13设置于反应区R中，提供光线与光催化剂12反应，其中光线的波长介于250nm-450nm之间，应注意的是，于此实施例中，灯管为两根，但是灯管的数量并无限制。

无纺布薄膜模组14由多个无纺布薄膜组成，设置于分离区S中，并与出流泵P2连通，其中无纺布薄膜可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚4-甲基戊烯(TPX)，或以上所组成的复合材质，并且，无纺布薄膜的孔洞大小介于0.03-30μm之间。

第一空气分布器15设置于反应区R底部，且与第一鼓风机B1连通。第一鼓风机B1提供空气至反应区R，并通过第一空气分布器15将空气分布扩散于水中。

第二空气分布器16设置于分离区S底部，且与第二鼓风机B2连通。第二鼓风机B2提供空气至分离区S，并通过第二空气分布器16将空气分布扩散于水中。

于此实施例中，第二空气分布器16与第二鼓风机B2连通，但不限于此，如图1B所示，第一鼓风机B1可包括一歧管L，第二空气分布器16也可与第一鼓风机B1的歧管L连通，使第一鼓风机B1提供空气至分离区S，并通过第二空气分布器16将空气分布扩散于水中。

当净水装置10运作时，第一空气分布器15将空气分布扩散于水中，使光催化剂12可均匀悬浮于水中，增加光催化剂12与水中污染物的接触，灯管13提供光线与光催化剂12反应，使光催化剂12产生强氧化反应，分解附着于光催化剂12表面的污染物。第二空气分布器16将空气分布扩散于水中，在无纺布薄膜的表面形成垂直流向(cross flow)的剪切力(shear force)，可使光催化剂12不致过量积滞于无纺布薄膜的表面，使无纺布薄膜模组14保持稳定的通量。最后，净化水经由无纺布薄膜模组14被出流泵P2抽出，由于无纺布薄膜模组14可将光催化剂12过滤，而被过滤的光催化剂12会自动回到反应区S，继续进行净水反应，水槽11内的光催化剂12并不会减少。

实施例2

虽然悬浮光催化剂浓度越高，相对的可处理的污染物量也较高，但光催化剂浓度愈高，也愈容易造成无纺布薄膜模组的过滤通量降低，且操作压力也会增高，因而本发明又提供另一种净水装置。

图2显示本发明第二实施例的示意图，本发明的净水装置20与第一实施例的净水装置10所有元件皆相同，但还包括多个载体C、一顶部筛网TS、以及一底部筛网BS。载体C为透光性佳的无纺布载体，添加于反应区R，且该载体的大小介于2-20mm之间。顶部筛网TS设置于反应区R的上方，底部筛网BS设置于反应区R下方，使载体C仅能于顶部筛网TS与底部筛网BS之间活动。

应注意的是，底部筛网BS仅需设置于反应区R与分离区S之间的任一位置，使载体C无法流至分离区S即可。

由于无纺布为一纤维构成的多孔性组织，本发明的无纺布载体C可将水槽11中悬浮的光催化剂12拦截固定于其中，因而使悬浮的光催化剂12浓度减少，如此可大幅提升无纺布薄膜模组14的过滤效率，增加滤液通量，且降低操作压力。

应注意的是，于此实施例中的无纺布载体C亦可预先利用物理或化学的方法将光催化剂12粒子固定于其中，再添加至反应区R中进行净水反应。

实施例3

图3显示本发明实施例3的示意图，本发明的净水装置30与实施例1的净水装置10所有元件皆相同，唯一不同处为净水装置30的反应区与分离区也可分别以一第一水槽R′与一第二水槽S′的形式设置，且还包括一第一导管L1以及一第二导管L2，其中第一水槽R′与第二水槽S′通过第一导管L1以及第二导管L2相互连通。水于第一水槽R′中净化后，再与光催化剂12粒子一起通过第一导管L1送至第二水槽S′，第二水槽S′中的水经由无纺布薄膜模组14被出流泵P2抽出，第二水槽S′中的光催化剂12被无纺布薄膜模组14滤除，可再经由第二导管L2回收至第一水槽S′以重复使用。

本发明的净水装置利用无纺布薄膜来过滤光催化剂，以薄膜分离的方式滤除水中的固态微粒，不但可于较低压降(pressuredrop)条件下抓住粒子，且过滤效率高。与一般微孔薄膜过滤的筛阻(sieve)机制不同的是，无纺布滤材内纤维互相交错，形成不规则且互通的弯曲孔隙路径，更提供了截留(interception)、碰撞(inertial impaction)与布朗扩散(brownian diffusion)等过滤机制。而使用无纺布为材料的过滤模组使净水装置可于低压操作以节省动力、并有效拦截固体粒子、更降低材料成本，此外，无纺布薄膜表面可进行空气逆洗，有效控制积垢(fouling)现象。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

10：净水装置

11：水槽

12：光催化剂

13：灯管

14：无纺布薄膜模组

15：第一空气分布器

16：第二空气分布器

20：净水装置

30：净水装置

B1：第一鼓风机

B2：第二鼓风机

BS：底部筛网

C：载体

D：分隔板

L：歧管

L1：第一导管

L2：第二导管

P1：进流泵

P2：出流泵

R：反应区

R′：第一水槽

S：分离区

S′：第二水槽

TS：顶部筛网

Claims

1.一种净水装置，用以净化水，包括：

一水槽，具有一反应区与一分离区；

光催化剂，添加于该水槽；

一光源，设置于该反应区，提供光线与该光催化剂进行反应以分解水中的污染物；以及

一无纺布薄膜模组，设置于该分离区，用以滤除水中的光催化剂，以产生净化水。

2.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一进流泵，连通该反应区，将水引入该水槽。

3.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一第一鼓风机，提供空气至该反应区。

4.根据权利要求3述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一第一空气分布器，设置于该反应区，并与该第一鼓风机连通，其中空气可通过该第一空气分布器扩散于水中，使该光催化剂均匀悬浮于水中。

5.根据权利要求4所述的净水装置，其特征在于，该第一鼓风机包括一歧管。

6.根据权利要求5所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一第二空气分布器，设置于该分离区，并与该歧管连通，其中空气可通过该第二空气分布器扩散于水中，以维持该无纺布薄膜模组的滤液通量。

7.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一搅拌器，设置于该反应区，使该光催化剂在水中均匀悬浮。

8.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一第二鼓风机，提供空气至该分离区。

9.根据权利要求8所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一第二空气分布器，设置于该分离区，并与该第二鼓风机连通，其中空气可通过该第二空气分布器扩散于水中，以维持该无纺布薄膜模组的滤液通量。

10.根据权利要求1项所述的净水装置，其特征在于，该光催化剂为TiO₂。

11.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该光催化剂为粉末状。

12.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一出流泵，与该无纺布薄膜模组连通，将过滤该光催化剂后的净化水抽出。

13.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括多个载体材料，添加于该反应区中，将该光催化剂拦截固定。

14.根据权利要求13所述的净水装置，其特征在于，该载体材料为无纺布。

15.根据权利要求13所述的净水装置，其特征在于，光催化剂可预先固定于该载体材料中，再添加至该反应区中。

16.根据权利要求13所述的净水装置，其特征在于，该载体材料具有良好的透光性。

17.根据权利要求13所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一筛网，设置于该反应区与该分离区之间，防止该载体材料流至该分离区。

18.根据权利要求13所述的净水装置，其特征在于，该载体材料大小介于2-20mm之间。

19.根据权利要求13所述的净水装置，其特征在于，该载体材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚4-甲基戊烯，或以上所组成的复合材质。

20.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该光源提供包含波长介于250nm-450nm之间的光线。

21.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜的孔洞大小介于0.03-30μm之间。

22.根据权利要求1所述的净水装置，其特征在于，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚4-甲基戊烯，或以上所组成的复合材质。

23.一种净水装置，用以净化水，包括：

第一水槽；

光催化剂，添加至该第一水槽；

一光源，设置于该第一水槽，提供光线与该光催化剂进行反应以分解水中的污染物；

第二水槽，与该第一水槽连通，并接收该第一水槽的水；以及

一无纺布薄膜模组，设置于该第二水槽，用以过滤水中的该光催化剂，以产生净化水。

24.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括第一鼓风机，提供空气至该第一水槽。

25.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括第一空气分布器，与该第一鼓风机连通，设置于该第一水槽，其中空气可通过该第一空气分布器扩散于水中，使该光催化剂均匀悬浮于水中。

26.根据权利要求25所述的净水装置，其特征在于，该第一鼓风机包括歧管。

27.根据权利要求26所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括第二空气分布器，设置于该分离区，并与该歧管连通，其中空气可通过该第二空气分布器扩散于水中，以维持该无纺布薄膜模组的滤液通量。

28.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括搅拌器，设置于该第一水槽，使该光催化剂在水中均匀悬浮。

29.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括第二鼓风机，提供空气至该第二水槽。

30.根据权利要求29所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括第二空气分布器，与该第二鼓风机连通，设置于该第二水槽，其中空气可通过该第二空气分布器扩散于净化水中，以维持该无纺布薄膜模组的滤液通量。

31.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一导管，连通该第一水槽与该第二水槽，将该光催化剂回收至该第一水槽。

32.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一出流泵，与该无纺布薄膜模组连通，将过滤该光催化剂后的净化水抽出。

33.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该光源提供包含波长介于250nm-450nm之间的光线。

34.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜的孔洞大小介于0.03-30μm之间。

35.根据权利要求23所述的净水装置，其特征在于，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚4-甲基戊烯，或以上所组成的复合材质。

36.一种净水装置，用以净化水，包括：

一净水槽，用以接收水并进行净水反应；

光催化剂，添加于该净水槽中；

一光源，提供光线与该光催化剂进行反应以分解水中的污染物；以及

一无纺布薄膜模组，设置于该净水槽水面之下，用以过滤水中的该光催化剂，以产生净化水。

37.根据权利要求36所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一鼓风机，提供空气至该净水槽。

38.根据权利要求37所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一空气分布器，与该鼓风机连通，设置于该净水槽，其中空气可通过该空气分布器扩散于水中，使该光催化剂均匀悬浮于水中。

39.根据权利要求36所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一搅拌器，设置于该净水槽，使该光催化剂在水中均匀悬浮。

40.根据权利要求36所述的净水装置，其特征在于，该净水装置还包括一出流泵，与该无纺布薄膜模组连通，将过滤该光催化剂后的净化水抽出。

41.根据权利要求36所述的净水装置，其特征在于，该光源提供包含波长介于250nm-450nm之间的光线。

42.根据权利要求36所述的净水装置，其特征在于，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜的孔洞大小介于0.03-30μm之间。

43.根据权利要求36所述的净水装置，其特征在于，该无纺布薄膜模组由多个无纺布薄膜所组成，且该无纺布薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚4-甲基戊烯，或以上所组成的复合材质。