CN212198875U - 一种天然水体处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然水体处理装置，包括：气泵；空气处理模块；空气过滤模块，其一端置于空气中，另一端与空气处理模块的输入端相连，空气处理模块的输出端与气泵的一端相连；微气泡产生模块，其一入口端与气泵的另一端相连；水泵；栅格过滤模块，其入口端用于吸入待净化水体，其输出端与水泵的输入端相连；高级氧化模块，其一入口端与微气泡产生模块的出口端相连，其另一入口端通过进水管道与水泵的输出端相连，高级氧化模块包括：壳体、紫外辐照模块、负载型催化剂层组、出水口；应用本实用新型实施例，通过控制VOCs污染物的水体富集，从源头上切断水体富营养化的碳源。

Description

一种天然水体处理装置

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，尤其涉及一种天然水体处理装置。

背景技术

大量的挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)由于大气的运输作用、沉降作用以及渗透作用被携带进入天然水体中，最终在水体中富集，成为水生动物、植物的营养源，导致水体的总有机碳(Total Organic Carbon，TOC)指标升高，增加水质的富营养化程度，并进而促进以水华微囊藻为代表的蓝藻类生物的大规模爆发，向水中释放出大量的藻毒素而污染水体；同时，各种水生动植物的腐败组织经长期的物理化学反应最终转化为一系列高分子化合物——腐殖酸；研究数据显示，天然水体中腐殖酸的含量占到了总溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon，DOC)的50％-90％。上述天然水体中的藻毒素与腐植酸类物质具有难生物降解、致癌、致畸等特点，属于超难降解的环境污染物，影响了水源地的供水安全。

当前，我国自来水消毒的主流工艺仍为氯消毒法，无法对水源地携带的上述腐植酸、藻毒素等污染物彻底降解、去除，从而导致后续自来水供水中生成多种卤乙酸、三卤甲烷等消毒副产物(Disinfection Byproducts，DBPs)，严重威胁饮用水的安全。DBPs一旦产生便很难去除，其浓度的升高对与人体的致癌性与对生殖系统的损伤相关度极高。

目前，市场上用于水源地保护的天然水体处理装置有很多，但是这些处理系统采用的气源均为含有VOCs的气体，加速了VOCs在水中富集的情况，并且没有对水中的腐殖酸藻毒素等进行处理。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种天然水体处理装置，旨在通过控制VOCs污染物的水体富集，从源头上切断水体富营养化的碳源，从而可间接控制水源地水体中腐殖酸、藻毒素的含量，并对后续供水消毒工艺环节中消毒副产物的生成进行有效减量。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种天然水体处理装置，所述装置包括：

气泵；

空气处理模块；

空气过滤模块，其一端置于空气中，另一端与所述空气处理模块的输入端相连，所述空气处理模块的输出端与所述气泵的一端相连；

微气泡产生模块，其一入口端与所述气泵的另一端相连；

水泵；

栅格过滤模块，其入口端用于吸入待净化水体，其输出端与所述水泵的输入端相连；

高级氧化模块，其一入口端与所述微气泡产生模块的出口端相连，其另一入口端通过进水管道与所述水泵的输出端相连，

其中，所述高级氧化模块包括：壳体、紫外辐照模块、负载型催化剂层组、出水口；

所述紫外辐照模块设置于所述壳体上，所述负载型催化剂层组为紫外激发半导体光催化剂，所述出水口设置于所述壳体的侧壁上。

优选的，还包括：在线监测模块；

所述在线监测模块设置于所述壳体上，且对应的探针置于所述壳体的内部。

优选的，还包括：出水电磁阀、进水电磁阀、回止阀；

所述出水电磁阀设置于所述出水口相连的排水管道上；

所述进水电磁阀设置于所述进水管道上；

所述回止阀设置与所述微气泡产生模块的入口与所述气泵之间。

优选的，还包括：上盖，并将整流器置于所述上盖上，所述整流器与所述紫外辐照模块相连。

优选的，还包括排空阀，所述排空阀设置于所述壳体的底部侧壁上。

优选的，所述壳体为空心圆柱体，且所述负载型催化剂层组为多个半径不同的立式圆形筒状结构，与所述壳体为同心圆式排布。

优选的，所述空气处理模块的主体结构为同心石英管，内石英管内层插入电极，外表面可负载有半导体氧化物和/或金属氧化物。

优选的，所述微气泡产生模块为多孔材料，孔径范围可为0.1μm-10μm。

优选的，所述负载型催化剂层组上包括：负载基体，所述负载基体上负载的催化剂为二氧化钛、改性二氧化钛、氧化锌、改性氧化锡、类石墨烯氮化碳中的一种或者多种；

所述负载基体材料为铝合金、或钛合金、或不锈钢。

优选的，所述在线监测模块的探头为叶绿素a检测探头和/或pH探头，和/或溶解氧浓度探头。

应用本实用新型实施例提供的一种天然水体处理装置，具备的有益效果如下：

该装置结合了电催化与光催化以及紫外辐照技术，解决了常规自然水体处理装置对所使用空气中的VOCs不加处理在水中富集的现象；光催化以及紫外辐照技术对常规处理中忽视的消毒副产物前驱体腐殖酸类物质以及藻毒素进行去除；在线监测模块对水质进行实时反馈，指导处理系统开启功率及处理时间，减少电能浪费。

附图说明

图1是本实用新型的一种天然水体处理装置的结构示意图。

图2是本实用新型的高级氧化模块的一种具体实现示意图。

图3是本实用新型的空气处理模块的一种具体实现示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1-2本实用新型提供一种天然水体处理装置，包括：气泵15；空气处理模块14；空气过滤模块11，其一端置于空气中，另一端与所述空气处理模块14的输入端相连，所述空气处理模块14的输出端与所述气泵15的一端相连；微气泡产生模块10，其一入口端与所述气泵15的另一端相连；水泵16；栅格过滤模块13，其入口端用于吸入待净化水体，其输出端与所述水泵16的输入端相连；高级氧化模块，其一入口端与所述微气泡产生模块10的出口端相连，其另一入口端通过进水管道与所述水泵16的输出端相连。

其中，所述高级氧化模块包括：壳体7、紫外辐照模块3、负载型催化剂层组4、出水口；所述紫外辐照模块3设置于所述壳体7上，所述负载型催化剂层组4为紫外激发半导体光催化剂，所述出水口设置于所述壳体7的侧壁上。

需要说明的是，栅格过滤模块13中不同孔径的过滤网依照孔径从小到大，由内向外排布，将水中的大型生物以及直径较大的杂质进行了去除，防止高级氧化模块中发生堵塞也保证了水体净化具有选择性，水泵16的输出端通过进水管道与高级氧化模块相连，将净化后的水泵入高级氧化模块。

如图2所示，一种实现中，壳体7为空心圆柱体，且所述负载型催化剂层组4为多个半径不同的立式圆形筒状结构，与所述壳体7为同心圆式排布。负载型催化剂层组4所负载催化剂可为二氧化钛，改性二氧化钛，氧化锌，改性氧化锡，类石墨烯氮化碳等半导体材料，负载基体材料可为铝合金，钛合金，不锈钢等金属材料以及陶瓷等非金属材料。

本实用新型中，如图3所示，空气过滤模块11使用管道与空气处理模块14主体密封连接，开启气泵15，按一定流量将外界空气泵入，采用催化协同非热等离子解质阻挡放电空气处理模块14对空气中的VOCs进行去除，介质反应器中产生的高能电子与空气中的各类VOCs分子碰撞，引起分子键分子链的断裂，从而生成新的原子，粒子，强氧化性的自由基等，其在电催化协同的过程中进一步发生反应生成对自然无害的无机气体如CO₂等排放，避免了大气中的VOCs污染物在水体中富集从而对天然水体造成危害。

需要说明的是，高级氧化模块上部与大气联通，内部主要由微气泡产生模块10，紫外辐照模块3与负载型催化剂层组4组成。负载型催化剂层组4呈半径不同的立式圆形筒状结构与高级氧化模块壳体7呈同心圆式排布，层组间存在一定间隔。紫外辐照模块3中紫外灯管以一定间距分布于负载型催化剂层组4间隔中如图1、2所示，以便使光催化过程充分进行。

进而，经处理后的空气通过气泵15泵入微气泡产生模块10中，使空气以微气泡的形式在高级氧化模块中传递，大大增加了水体与空气的接触面积，增大了水中氧气的吸收效率，增强了对光催化过程的氧气传质，微气泡产生模块10位于高级氧化模块反应腔体底部，其直径与高级氧化模块反应腔体内壁直径相同。微气泡与粗滤后的水体进入高级氧化模块，开启紫外辐照模块3进行处理。

需要说明的是，微气泡产生模块10为多孔材料，可以是多孔陶瓷材料或微孔高分子材料，孔径范围可为0.1μm-10μm；紫外辐照模块3主要为能够产生波长低于360nm紫外光的低压汞灯，氙灯等。

需要说明的是，当紫外辐照模块3工作时发出紫外光，水体中的腐殖酸在紫外光的照射下即会增加其自身光解的速度。具体原理包括：紫外光产生的高能光子，其能量大于半导体电子由价带跃迁至导带中间所需禁带能量，导致电子(e-)跃迁的发生，生成光生电子(e-)以及价带上的光生空穴(h+)，两者分别具有强还原能力与强氧化能力，从而与水中的溶解氧以及OH-离子形成具有强氧化性的羟基自由基，极大程度上加强了对腐殖酸的氧化过程，加速了其反应降解的速度。藻毒素具备环状结构与间隔双键结构，其性质十分稳定，利用传统的水处理方法很难将其去除，高级氧化深度净化法利用其强氧化特性可在循环中有效对天然水体中的藻毒素进行降解去除；藻类在紫外光的照射下迅速失去活性或被杀灭，紫外光催化则可迅速夺取藻类细胞内的氢元素(H)使细胞膜快速分解并进一步破坏胞内物质；当环境尚未达到生长最佳时期分散在水体中的休眠类藻孢子内物质也会因为外部受到破坏，内部细胞器受到破坏以达到在一定范围内控制藻类数量的作用。本实用新型中，通过同时对水体中的腐殖酸和藻毒素进行降解，从而对在自来水消毒环节中消毒副产物的生成风险的控制有贡献。

本实用新型的一种具体实现方式中，还包括：在线监测模块5；所述在线监测模块5设置于所述壳体7上，且对应的探针置于所述壳体7的内部。

需要说明的是，在线监测模块5的探头可包括叶绿素a检测探头，pH探头，溶解氧浓度探头等，如图1所示，在线监测模块5的探针设置于壳体7的内部并且具有一定的高度，在此高度不做具体限定，可以是壳体7内部高度的1/2、1/4、1/3、3/4等等，本实用新型不做具体限定。

本实用新型的另一种实现方式中，还包括：出水电磁阀6、进水电磁阀9、回止阀12；所述出水电磁阀6设置于所述出水口相连的排水管道上；所述进水电磁阀9设置于所述进水管道上；所述设置与所述微气泡产生模块10的入口与所述气泵15之间。

具体的，在线监测模块4通过所设置的至少三个探头对水体进行检测，进而对应的浓度，根据浓度值控制进水电磁阀9的阀门打开大小。可以理解的是，根据进水电磁阀9的阀门打开大小能够控制进水电磁阀9的进水速度，同时进水电磁阀9进水速度影响着出水电磁阀6的出水速度。具体的，在线监测模块5控制电磁阀9的打开程度是现有技术，本实用新型不做赘述。

可以理解的是，回止阀12设置与微气泡产生模块10的入口与气泵15之间，经处理后的空气通过气泵15经回止阀15泵入微气泡产生模块10中。

可以理解的是，当液面到达出水电磁阀6高度时，将排空阀8，进水电磁阀9，出水电磁阀6，水泵16关闭；紫外辐照模块3，在线监测模块5开启，在线检测模块探头位于高级氧化模块内与处理水接触，实时监测数据通过外接显示屏显示；处理后的水体先通入在线监测模块5对处理水中的叶绿素含量以及pH值进行监测，水中的叶绿素含量与水体中的藻类浓度成正比可以反应水中藻类的当前丰度，当监测值在合格范围内时，开启出水电磁阀6(或者出水电磁阀6一直处于常开的状态)，水泵16，进水电磁阀9，使腔内水体，经管路于靠近水面处的出水口进行排放，具体的出水口可以通过管道与出水电磁阀6相连。该举措可加速天然水体表面水体与中下层水体的交换速率，从而增加水体的自修复能力。排空阀8设置于壳体7的底部侧壁上，当停机时，打开排空阀8，关闭其余阀门以及其余工作器件即可。

具体的，还包括：上盖2，并将整流器1置于所述上盖2上，所述整流器1与所述紫外辐照模块3相连。可以理解的是，将整流器1固定放置于上盖2上，通过电缆与紫外辐照模块3进行连接。

可以理解的是，紫外辐照模块3所需整流器1固定放置于上盖2中，通过电缆与紫外辐照模块3主体进行连接，在线检测模块5面板上附有控制模块用以控制整流器1。

一种实现方式中，所述空气处理模块14的主体结构为同心石英管，内石英管内层插入电极，外表面可负载有半导体氧化物和/或金属氧化物。

可以理解的是，空气处理模块14主体为同心石英管，内石英管内层插入电极，外表面可负载二氧化钛，氧化铝，硼化镍等半导体氧化物以及金属氧化物等，在外石英管外部包裹导电金属网作为外电极，两电极之间施加5-10kV电压对其中空气进行处理如图3。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种天然水体处理装置，其特征在于，所述装置包括：

气泵(15)；

空气处理模块(14)；

空气过滤模块(11)，其一端置于空气中，另一端与所述空气处理模块(14)的输入端相连，所述空气处理模块(14)的输出端与所述气泵(15)的一端相连；

微气泡产生模块(10)，其一入口端与所述气泵(15)的另一端相连；

水泵(16)；

栅格过滤模块(13)，其入口端用于吸入待净化水体，其输出端与所述水泵(16)的输入端相连；

高级氧化模块，其一入口端与所述微气泡产生模块(10)的出口端相连，其另一入口端通过进水管道与所述水泵(16)的输出端相连，

其中，所述高级氧化模块包括：壳体(7)、紫外辐照模块(3)、负载型催化剂层组(4)、出水口；

所述紫外辐照模块(3)设置于所述壳体(7)上，所述负载型催化剂层组(4)为紫外激发半导体光催化剂，所述出水口设置于所述壳体(7)的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的天然水体处理装置，其特征在于，还包括：在线监测模块(5)；

所述在线监测模块(5)设置于所述壳体(7)上，且对应的探针置于所述壳体(7)的内部。

3.根据权利要求1或2所述的天然水体处理装置，其特征在于，还包括：出水电磁阀(6)、进水电磁阀(9)、回止阀(12)；

所述出水电磁阀(6)设置于所述出水口相连的排水管道上；

所述进水电磁阀(9)设置于所述进水管道上；

所述回止阀(12)设置与所述微气泡产生模块(10)的入口与所述气泵(15)之间。

4.根据权利要求3所述的天然水体处理装置，其特征在于，还包括：上盖(2)，并将整流器(1)置于所述上盖(2)上，所述整流器(1)与所述紫外辐照模块(3)相连。

5.根据权利要求1、2或4所述的天然水体处理装置，其特征在于，还包括排空阀(8)，所述排空阀(8)设置于所述壳体(7)的底部侧壁上。

6.根据权利要求5所述的天然水体处理装置，其特征在于，所述壳体(7)为空心圆柱体，且所述负载型催化剂层组(4)为多个半径不同的立式圆形筒状结构，与所述壳体(7)为同心圆式排布。

7.根据权利要求1或6所述的天然水体处理装置，其特征在于，所述空气处理模块(14)的主体结构为同心石英管，内石英管内层插入电极，外表面可负载有半导体氧化物和/或金属氧化物。

8.根据权利要求7所述的天然水体处理装置，其特征在于，所述微气泡产生模块(10)为多孔材料，孔径范围可为0.1μm-10μm。

9.根据权利要求2所述的天然水体处理装置，其特征在于，所述在线监测模块(5)的探头为叶绿素a检测探头和/或pH探头，和/或溶解氧浓度探头。

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