CN207313186U - 一种光解光催化净水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光解光催化净水装置，所述装置包括壳体(4)，壳体(4)一端设置进水口(2)，另一端设置出水口(1)，壳体(4)中心设置透明套管(6)，透明套管(6)内设固定柱(7)，固定柱(7)上布置两种波段的紫外灯；在透明套管(6)和壳体(4)的外壳之间填充光催化复合材料(5)；所述装置还包括控制系统(3)，所述控制系统用于控制调整净水装置的温度、水流速、光强等。该装置可将水中的多种污染物同时除去，达到直饮水的饮用标准。

Description

一种光解光催化净水装置

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，具体地，本实用新型涉及一种光解光催化净水装置。

背景技术

人体细胞的重要成分是水，水占成人体重的60～70％，占儿童体重的80％以上。人的各种代谢和生理活动都离不开水。

每天的饮用水对大家来说是至关重要的。2014年3月17日，环保部发布的研究结果显示，我国有2.8亿居民使用不安全饮用水。环保部发布的名为"中国人群环境暴露行为模式研究"研究结果显示：我国有1.1亿居民住宅周边1公里范围内有石化、炼焦、火力发电等重点关注的排污企业，2.8亿居民使用不安全饮用水，应加速实现饮用水的清洁化和优质化，加快饮用水的安全净化。

长期以来，人们一直认为自来水是安全卫生的。但是，由于水源污染、水处理技术问题、输送过程中的二次供水污染问题的影响，使人们对自来水的安全性提出质疑。近年来许多地区自来水存在色浊、异味等问题，给居民的日常生活造成了许多不便和恐慌。

存在的问题主要有：

1、目前主要是以有机污染为主的微污染，现在的常规处理技术不能彻底去除有机污染物、农药、环境内分泌干扰物等，致使出厂水时有检出，甚至超标；

2、氯化消毒是我国普遍采用的自来水消毒技术。氯消毒的同时，会产生一系列大量副产物，其中大部分对人体健康构成潜在的威胁。现已发现氯化消毒副产物300多种，其中许多氯化副产物在动物实验中证明具有致突变性和(或)致癌性，有的还有致畸形和(或)神经毒性作用。

3、我国大城市的输配水主管道大多是20世纪五六十年代安装配备的，经过半个世纪的氧化和腐蚀，由于物理、化学、电化学、微生物等的作用，在给水管道的内壁会逐渐形成不规则的“生长环，”且随着水管年龄的增长而不断增厚，使得过水断面面积减小、输水能力降低并严重污染水质，加之城市自来水管网年久失修，维护管理不力，管网渗漏高达20％以上，甚至40％，造成二次污染，安全堪忧。

日本最新的饮用水水质标准共包括法定水质基准项目51项，水质目标管理项目26项(其中农药指标包含120种农药)，以及要检讨项目47项。与我国现行《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)相比，日本在总硬度、总溶解性固体以及农药等指标上要求更为严格，也更科学合理。此外，日本的最新饮用水标准中还新增加了环境干扰化学物质等指标，这是未来生活饮用水标准的新趋势。我国GB 5749-2006标准中二氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烯、一溴二氯甲烷、溴仿、甲醛、1，1，1-三氯乙烷、甲苯、1，2-二氯乙烷、色度、Mn、Hg等指标与日本的基准值有一定差距。日本的饮用水已经达到了直接饮用的水平，所以要达到直饮水的标准，需要对自来水进行深度处理，除去其中的有机化合物、氯代有机物及重金属离子等。

目前控制有机物、微生物的污染是极端重要的；同时消毒副产物对健康有潜在的危险性。由此可见，对饮用水的控制十分重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种光解光催化净水装置，该装置可将水中的多种污染物同时除去，达到直饮水的饮用标准。

为达到上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种光解光催化净水装置，所述装置包括壳体4，壳体4一端设置进水口2，另一端设置出水口1，壳体4中心设置透明套管6，透明套管6内设固定柱7，固定柱7上布置两种波段的紫外灯；在透明套管6和壳体4的外壳之间填充光催化复合材料5以及在外壳的内表面涂覆光催化涂层；

所述装置还包括控制系统3，所述控制系统用于控制调整净水装置的温度、水流速、光强等。

优选地，所述光催化复合材料5为光催化剂负载于高比表面积(100-500m²/g)、高透光率的基底上。

进一步优选地，所述基底为石英玻璃纤维布、石英玻璃纤维毡或二氧化硅泡沫陶瓷。

进一步优选地，所述光催化剂的比表面积是基底比表面积的10-100倍。

优选地，所述两种波段的紫外灯为265-285nm的LED紫外灯8和370-385nm的LED紫外灯9，二者在固定柱上采用间隔排列方式；每种波段的紫外灯至少3列。

优选地，所述壳体4、透明套管6和固定柱7的形状为圆柱状或棱柱状。

进一步优选地，所述棱柱状为四棱柱、五棱柱或六棱柱。

优选地，所述固定柱7的制备材质为铝合金或镁合金。

优选地，所述透明套管6为玻璃套管。

本实用新型中，所述控制系统3包括镇流器31、控制器32、温度传感器33、流速传感器34、光强计35和性能传感器36(可以是温度、流速、光强之外的其他性能传感器)；

镇流器31将交流电转化为直流电，传输到控制器32，控制器32控制温度传感器33、流速传感器34、光强计35以及性能传感器36。

本实用新型采用光解、光催化技术，彻底解决自来水的净化问题。本实用新型采用光解技术，利用紫外灯将水中的细菌、病毒等病原体杀死，也可以利用紫外灯将水中的部分有机物裂解成为二氧化碳和水；同时本实用新型利用光催化复合材料(即光催化剂负载到比表面积大的基底上和/或净水槽的内壁上)，净水槽指的是透明套管6和壳体4的外壳之间的空间，利用光催化剂的氧化性，降解水中的有机物，也可以利用光催化剂的还原性能将水中的砷(V)、铬(VI)等离子还原为低价离子，也可以利用光催化剂的高比表面积吸附水中的重金属离子，如汞离子、铅离子和亚砷酸根离子等。本实用新型的光解、光催化技术具有五种以上功能，可以将水中的污染物彻底净化掉。

本实用新型采用光解、光催化技术，具体来说包括两种波段的紫外灯以及光催化涂层，将水中的多种污染物同时除去，达到直饮水的饮用标准。

本实用新型采用双波段的紫外灯，其中光解用紫外灯为265-285nm的LED紫外灯，具有体积小、光利用率高等特点，与DNA的电磁波吸收峰值比较吻合，是杀菌消毒的最佳波长；同时该LED紫外灯发出高能离子，可对水中的部分有机物进行分解，降低水中可降解的有机物；光催化采用370-385nm的LED紫外灯，光催化剂在紫外光的照射下，激发价带上的电子(e^-)跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴(h⁺)，生成具有极强氧化作用的超氧负离子和羟基自由基，将水中的有机物氧化分解成无害的CO₂和H₂O，达到净化水中有机物污染源的目的；当溶液中的金属离子捕获光催化剂导带上受光激发产生的电子被还原，通过光催化还原水中的高价离子为低价离子；高比表面积的光催化剂复合材料，可以吸附水中的汞、铅、砷等离子，将其固定在光催化剂及基底上。

净水装置的整体结构如图1所示，包括1-出水口，2-进水口，3-控制系统，4-壳体，5-光催化复合材料，6-透明套管，7-固定柱等。自来水从净化装置的下部的进水口2进入到净化装置中，通过LED紫外灯的光解、光催化作用将水中的污染物全部降解，然后从上部的出水口1流出。图1的中心位置为固定柱7，固定柱可以为圆柱状物或棱柱状物，棱柱状物也可以是四棱柱、五棱柱或六棱柱等，优选圆柱状物；圆柱状物或棱柱状物体可以是实心也可以是空心，优选空心，这样可以减小净化装置的质量，同时可以更好地起到散热的作用；固定柱可以使用金属材质，可以是铝合金、镁合金等轻质合金；在固定柱7外面有透明套管6，使紫外灯及固定柱与水隔开，起到保护紫外灯的作用，一是水对紫外灯的腐蚀，二是水中污染物对紫外灯的污染等；在透明套管6和壳体4的外壳之间填充有光催化材料5；与5直接相连接的是净化装置的控制系统3。

净化装置的紫外灯模块(紫外灯、固定柱以及透明套管部分)如图2所示。在柱状物或棱柱状物物体上设置两个波段的紫外灯，其中波长265-285nm的LED紫外灯是用于光解，而370-385nm波长的LED紫外灯是用于光催化；不同波段的LED紫外灯设置在固定柱上，采用不同的分布方法排布在柱状物体的表面上，LED紫外灯的排布距离、排布数量与水中的污染物的浓度、单位时间处理能力有相当大的关系。通常情况下，圆柱状物上设置3-4列的LED紫外灯，因为紫外灯的发散角度在120度左右，为了提高紫外灯的水净化能力，至少3列以上；如果是棱柱状物，在棱柱的每个面上设置一列的LED紫外灯，灯之间的距离可以根据水中污染物的浓度来设置，尽量使光照能够均匀分布在水体的每一个角落。净化装置中采用LED紫外灯而不是汞灯。与汞灯相比，LED紫外灯具有体积小、不需要高压启辉，输出功率小但单位面积光强大等优点。

紫外灯模块的内部结构如图3所示。从图3可以看出，在多功能净化模块中，在其中心放置了紫外灯，紫外灯的排布情况不再赘述，在紫外灯及固定柱的外面有一透明的玻璃套管。光催化复合材料填充在紫外灯模块与净水装置之间。在紫外灯的照射下，光催化复合材料中的光催化剂可将水中微量的有机物完全分解为二氧化碳和水，也可将水中的氯代有机物分解为二氧化碳和氯化氢；其次，光催化还原可将水中的AsO₃ ^-、Cr₂O₇ ^2-等还原为低价离子；此外，由于本实用新型中的光催化剂是负载于比表面积较大的基底上，也可将水中的Hg²⁺、Pb²⁺、AsO₃ ^-等进行吸附，并固定在高比表面积的空隙里。

光催化复合材料的基底应该对光有很好的通过率，通常在90％以上，让照射的紫外光可以在基底材料上进行多次的反射和折射，增加紫外光的利用率。基底可以为网状物、毡状物、多孔材料，比如说石英玻璃纤维布、石英玻璃纤维毡、二氧化硅泡沫陶瓷等，可以让液体通过其流动，这些材料具有很大的比表面积。光催化剂也同样具有巨大的比表面积，最好的是，光催化剂具有10倍于基底的比表面积，甚至具有100倍于基底比表面积。光催化剂与基底的复合结构比光催化剂悬浊液有更大的优势。光催化剂负载于高比表面积的基底上，在紫外光的照射下，能光催化氧化分解有机物，光催化还原高价离子，但自身不发生变化，具有长期活性。

净化装置的控制系统3如图4所示。图4可以看出：净化装置首先通过镇流器31激将交流电转化为直流电，然后传输到净化装置的控制器32，控制器32通过其内部的设置，控制净化装置中的温度传感器33、流速传感器34、光强计35以及其它性能的传感器36；通过控制器控制不同波段的紫外灯，当净化装置的温度升高或者净水污染物的浓度降低时，光强会自动进行调整等。

本实用新型采用光解和光催化技术，同时具有多种功能，具体包括如下：利用光解采用的深紫外LED灯对水中的细菌、病毒等进行杀菌、消毒以及利用LED深紫外灯发出的射线对水中某些大分子有机物分子进行部分裂解、随后再进一步裂解直到降解为二氧化碳和水；利用长波长的LED紫外灯以及光催化剂复合结构共同作用的光催化氧化、光催化还原和光催化吸附，具体体现在：利用光催化氧化对水中的有机污染物进行分解为二氧化碳和水；利用光催化还原对水中的砷酸根离子、铬酸根离子还原为低价的砷和三价铬，降低高价离子的毒性；利用高比表面积的基底，可以吸附水中的重金属离子，如汞离子、铅离子、亚砷酸根离子等。本实用新型具有五种功能，光解有机物、光解杀菌、光催化氧化、光催化还原、光催化吸附等，共同作用将水中的多种污染物同时除去，满足一次处理能把水中所有有害的物质除去，而能够保留水中有益的成分，能够克服反渗透膜将水中有益离子全部除去的缺点，能够真正对水起到全方位的净化作用。

本实用新型具有如下优点：

第一、该多功能净化装置联合使用光解、光催化技术，结构简单、方便拆卸更换，具有体积小等优点；

第二、该多功能净化装置使用双波段LED紫外灯和光催化复合材料，可除掉水中的病毒、细菌、微生物、重金属离子、有机物等，有效地降解水中的污染物；

第三、该多功能净化装置采用的光催化复合材料为负载于石英玻璃纤维布、石英玻璃纤维毡、二氧化硅泡沫陶瓷的光催化涂层结构。这些材料具有比表面积大、透光率好的特点，对紫外光有着最大的利用率；

第四、该多功能净化装置对水质净化有极好的效果，改善了饮水口感，它不但能除去异臭异味，提高水的纯净度，使水质甘甜。对水中各种杂质如氯、酚、砷、铅、氰化物、农药等有害物质有很高的去除率。

本实用新型采用组合的光解、光催化组合模块，即双波段LED紫外灯及光催化复合材料，具有高效净化处理水的能力,可达到直接饮用的标准。二氧化硅基的基底具有较大的比表面积，对水中的污染物净化效率高；光解和光催化结合到一起，有效地提高了结构的利用率，结构紧凑，经济性好，降解效率高。

附图说明

图1为本实用新型净水装置的结构示意图；

图2为本实用新型紫外灯、固定柱以及透明套管部分的结构示意图；

图3为图1的A-A截面图；

图4为本实用新型的控制系统的结构示意图；

附图标记：1、出水口；2、进水口；3、控制系统；31、镇流器；32、控制器；33、温度传感器；34、流速传感器；35、光强计；36、性能传感器；4、壳体；5、光催化复合材料；6、透明套管；7、固定柱；8、265-285nm的LED紫外灯；9、370-385nm的LED紫外灯。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-4所示，一种光解光催化净水装置，所述装置包括壳体4，壳体4一端设置进水口2，另一端设置出水口1，壳体4中心设置透明套管6，透明套管6内设固定柱7，固定柱7上布置两种波段的紫外灯；在透明套管6和壳体4的外壳之间填充光催化复合材料5；

所述装置还包括控制系统3，所述控制系统用于控制调整净水装置的温度、水流速、光强。

所述光催化复合材料5为光催化剂负载于比表面积100-500m²/g的基底上。

所述基底为石英玻璃纤维布、石英玻璃纤维毡或二氧化硅泡沫陶瓷。

所述光催化剂的比表面积是基底比表面积的10-100倍。

所述两种波段的紫外灯为265-285nm的LED紫外灯8和370-385nm的LED紫外灯9，二者在固定柱上采用间隔排列方式；每种波段的紫外灯至少3列。

所述壳体4、透明套管6和固定柱7的形状为圆柱状或棱柱状。

所述棱柱状为四棱柱、五棱柱或六棱柱。

所述固定柱7的制备材质为铝合金或镁合金。

所述透明套管6为玻璃套管。

本实用新型中，所述控制系统3包括镇流器31、控制器32、温度传感器33、流速传感器34、光强计35和性能传感器36；

镇流器31将交流电转化为直流电，传输到控制器32，控制器32控制温度传感器33、流速传感器34、光强计35以及其它性能的传感器36。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种光解光催化净水装置，其特征在于，所述装置包括壳体(4)，壳体(4)一端设置进水口(2)，另一端设置出水口(1)，壳体(4)中心设置透明套管(6)，透明套管(6)内设固定柱(7)，固定柱(7)上布置两种波段的紫外灯；在透明套管(6)和壳体(4)的外壳之间填充光催化复合材料(5)；

所述装置还包括控制系统(3)，所述控制系统用于控制调整净水装置的温度、水流速、光强。

2.根据权利要求1所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述光催化复合材料(5)为光催化剂负载于高比表面积、高透光率的基底上。

3.根据权利要求2所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述基底为石英玻璃纤维布、石英玻璃纤维毡或二氧化硅泡沫陶瓷。

4.根据权利要求2所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述光催化剂的比表面积是基底比表面积的10-100倍。

5.根据权利要求1所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述两种波段的紫外灯为265-285nm的LED紫外灯和370-385nm的LED紫外灯，二者在固定柱上采用间隔排列方式，每种波段的紫外灯至少3列。

6.根据权利要求1所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述壳体(4)、玻璃套管(6)和固定柱(7)的形状为圆柱状或棱柱状。

7.根据权利要求6所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述棱柱状为四棱柱、五棱柱或六棱柱。

8.根据权利要求1所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述固定柱(7)的制备材质为铝合金或镁合金。

9.根据权利要求1所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述透明套管(6)为石英玻璃套管。

10.根据权利要求1-9任一项所述的光解光催化净水装置，其特征在于，所述控制系统(3)包括镇流器(31)、控制器(32)、温度传感器(33)、流速传感器(34)、光强计(35)和性能传感器(36)；

镇流器(31)将交流电转化为直流电，传输到控制器(32)，控制器(32)控制温度传感器(33)、流速传感器(34)、光强计(35)以及性能传感器(36)。