CN215327069U - 一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其罐体包括进水模块、底座和催化反应模块，催化反应模块包括模块壳体、反应容器、机械臂组件和横移机构，机械臂组件包括正反转驱动机构、驱动轴、摆动臂和连接臂，反应容器、摆动臂和连接臂均设于模块壳体中，摆动臂内部设有两个啮合锥齿轮，且第一锥齿轮与驱动轴固连，连接臂一端设有垂直轴、另一端连接反应容器，且垂直轴与第二锥齿轮固连并可转动地设于所述摆动臂上，正反转驱动机构设于横移机构上并驱动所述驱动轴转动。本实用新型实现了催化剂动态均匀分布，提高水处理效果同时可根据需要组合，以满足光催化水处理、光催化‑臭氧耦合水处理、臭氧催化氧化水处理等处理方式的要求。

Description

一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备

技术领域

本实用新型涉及催化水处理技术领域，具体地说是一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备。

背景技术

目前催化水处理技术主要包括光催化水处理、光催化-臭氧耦合水处理、臭氧催化氧化水处理等方式，其中光催化水处理设备主要是利用光照射到催化剂表面上使得催化剂产生反应活性物种从而发生化学反应达到处理水效果的设备。目前的光催化反应器主要分为两类，即悬浮体系光催化反应设备和光催化膜反应设备，但这两类设备都不能实现连续处理水的同时催化剂颗粒在光照深度内的厚度层中动态均匀分布。具体而言，悬浮体系光催化反应设备存在光照不充分、不能连续反应、反应结束后催化剂分离难等问题，而光催化膜反应器具有催化剂比表面积小，不容易达到充分扩散、不易更换催化剂、光能利用不充分等问题。另外，臭氧催化氧化水处理也存在着连续水处理同时气液固三相需要充分接触的问题，因此也可以通过水连续流动且臭氧曝气同时催化剂颗粒的动态均匀分布达到与气液充分接触的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，能够实现催化剂的动态均匀分布，提高水处理效果，可根据实际需要组合，从而满足光催化水处理、光催化-臭氧耦合水处理、臭氧催化氧化水处理等处理方式的要求。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，包括罐体，且所述罐体包括上端的进水模块、下端的底座以及中间的催化反应模块，所述催化反应模块包括模块壳体、反应容器、机械臂组件和横移机构，所述机械臂组件包括正反转驱动机构、驱动轴、摆动臂和连接臂，所述反应容器、摆动臂和连接臂均设于模块壳体中，驱动轴一端通过正反转驱动机构驱动旋转，另一端伸入模块壳体中并穿过摆动臂，所述摆动臂内部设有相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮，且所述第一锥齿轮与所述驱动轴固连，所述连接臂一端设有垂直轴、另一端连接反应容器，所述垂直轴与第二锥齿轮固连并可转动地设于所述摆动臂上，所述横移机构设有横移座，所述正反转驱动机构设于所述横移座上。

所述横移机构包括横移驱动电机、螺杆和横移座，其中横移驱动电机和横移座均设于模块壳体外部，所述横移座内部设有螺母套装于所述螺杆上，所述螺杆通过所述横移驱动电机驱动转动。

所述横移座沿着横移滑轨移动，所述罐体一侧设有第一侧支架，另一侧设有第二侧支架，所述螺杆和横移滑轨均一端设于所述第一侧支架上，另一端设于所述第二侧支架上，所述第二侧支架上设有防护罩，且所述防护罩朝向罐体一侧开口，所述横移驱动电机、横移座、正反转驱动机构均设于对应的防护罩中。

所述摆动臂呈L型，且所述摆动臂内部设有相互呈90度啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮。

所述进水模块和底座之间设有依次叠加连通的多个催化反应模块，所述催化反应模块的模块壳体两端均设有法兰，且相邻模块壳体的法兰通过螺栓螺帽固定后外缘又通过束环卡合固定，法兰端面与束环之间设有第一密封圈，相邻法兰之间设有第二密封圈。

所述进水模块包括顶盖、分布板、布水管、气压表、进水管和排出管，其中分布板和布水管设于顶盖内部，且分布板设于布水管下方，在所述分布板上均布有过水孔，所述顶盖上侧设有气压表、进水管和排出管。

所述模块壳体内设有光源，所述光源设于反应容器上方并通过光源支架支撑设于模块壳体中，且所述光源支架内置电路。

所述反应容器上侧开口、底部设有筛孔。

所述连接臂远离所述第二锥齿轮一端设有支撑架与对应反应容器固连。

最下层催化反应模块设有进气管，每个催化反应模块的反应容器内均设有气体喷嘴，且所述气体喷嘴通过对应的喷嘴连管与所述进气管相连。

本实用新型的优点与积极效果为：

1、本实用新型利用机械臂组件、横移机构等配合动作实现反应容器摆动，进而实现催化剂的动态均匀分布，以使催化剂与来水充分接触，以达到充分的催化水处理效果。

2、本实用新型采用模块化设计，使用时可根据具体的来水水质、出水要求、催化剂颗粒的属性以及进行预实验法进行预估并留出特殊情况时的处理容量来确定反应模块的总数，从而合理组装成为集成的整体水处理设备，因此本实用新型能够根据不同情况因地制宜、灵活组装开展生产。

3、本实用新型各个催化反应模块均设有单独的机械臂组件、横移机构等结构，这样每个模块内的三种运动轨迹可以是相同的或根据具体情况分别定制的，以达到充分的光催化水处理效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，

图2为图1中本实用新型的上部放大图，

图3为图2中的机械臂组件传动示意图，

图4为图2中的机械臂组件与反应容器连接示意图，

图5为图2中的横移机构俯视图，

图6为图2中的A处放大图，

图7为本实用新型另一个实施例的结构示意图，

图8为本实用新型又一个实施例的结构示意图。

其中，1为进水模块，101为分布板，102为布水管，103为气压表，104为进水管，105为排出管，2为催化反应模块，201为视窗，202为法兰，203为束环，204为第一密封圈，205为第二密封圈，3为光源，301为光源支架，4为反应容器，401为气体喷嘴，402为喷嘴连管，5为机械臂组件，501为直线电动机，502为驱动齿条，503为驱动齿轮，504为驱动轴，505为摆动臂，506为第一锥齿轮，507为第二锥齿轮，508为连接臂，5081为垂直轴，5082为支撑架，6为横移机构，601为横移驱动电机，602为螺杆，603为横移座，604为横移滑轨，7为底座，8为第一侧支架，801为侧支座，9为第二侧支架，901为防护罩，10为出水管，11为进气管，12为臭氧发生器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～8所示，本实用新型包括罐体，且所述罐体包括上端的进水模块1、下端的底座7以及中间的催化反应模块2，各个催化反应模块2叠加连通，且最下层催化反应模块2一侧设有出水管10。来水经过进水模块1然后由上到下依次经过各个催化反应模块2后由所述出水管10输出。如图1所示，所述催化反应模块2包括模块壳体、反应容器4、机械臂组件5和横移机构6，其中反应容器4设于模块壳体中，催化剂置于反应容器4中，并且所述反应容器4通过机械臂组件5驱动摆动，反应容器4和机械臂组件5整体一起通过所述横移机构6驱动横移往返运动，进而实现催化剂的动态均匀分布以及与来水充分接触，从而达到充分的催化水处理效果。

如图2～4所示，所述机械臂组件5包括正反转驱动机构、驱动轴504、摆动臂505和连接臂508，其中正反转驱动机构设于模块壳体外部，摆动臂505和连接臂508均设于模块壳体中，驱动轴504一端通过所述正反转驱动机构驱动旋转，另一端伸入模块壳体中并穿过所述摆动臂505，所述驱动轴504往复转动带动所述摆动臂505沿着竖直方向(Y-Z平面)往复摆动，所述摆动臂505呈L型设置，其内部设有相互呈90度啮合的第一锥齿轮506和第二锥齿轮507，且所述第一锥齿轮506与所述驱动轴504固连，所述第二锥齿轮507与所述连接臂508固连，如图4所示，所述连接臂508一端设有垂直轴5081与所述第二锥齿轮507固连，另一端设有支撑架5082支撑固定反应容器4，且所述垂直轴5081可转动地设于所述摆动臂505一侧支板上，由于呈90度啮合的第一锥齿轮506和第二锥齿轮507直径比不同，所述驱动轴504带动摆动臂505往复摆动同时，也驱动所述第一锥齿轮506小幅度往复转动，并通过所述第二锥齿轮507传动驱动所述连接臂508沿着水平方向(X-Y平面)小幅度往复摆动。本实用新型通过L型摆动臂摆动实现了反应容器4的Y-Z平面底部弧线轨迹的往返移动，同时通过锥齿轮组的传动实现了X-Y平面小弧线轨迹的往返运动，这是类似于抖动的微调。

如图2～3所示，本实用新型中的正反转驱动机构可采用直线电动机501(或气缸等直线驱动装置)、驱动齿条502和驱动齿轮503结构，驱动齿条502通过所述直线电动机501驱动沿着直线前后往复移动，驱动齿轮503与所述驱动齿条502啮合并通过所述驱动齿条502带动实现正反往复转动。所述正反转驱动机构也可以采用正反转电机、蜗杆和蜗轮结构，其中蜗杆通过正反转电机驱动正反往复转动，蜗轮与蜗杆啮合并通过所述蜗杆带动实现正反往复转动。

如图2和图5所示，所述横移机构6包括横移驱动电机601、螺杆602和横移座603，其中横移驱动电机601和横移座603均设于模块壳体外部，所述横移座603内部设有螺母套装于所述螺杆602上，所述螺杆602通过所述横移驱动电机601驱动转动，进而驱动螺母带动横移座603移动，所述机械臂组件5中的正反转驱动机构设于所述横移座603上。

如图5所示，所述横移座603沿着两个横移滑轨604移动，如图2所示，所述罐体一侧设有第一侧支架8，另一侧设有第二侧支架9，在所述第一侧支架8上设有侧支座801，所述螺杆602和横移滑轨604一端均设于对应的侧支座801上，在所述第二侧支架9上设有防护罩901，且所述防护罩901朝向罐体一侧开口，所述螺杆602和横移滑轨604另一端固定于设于所述防护罩901中的支架上，所述横移驱动电机601、横移座603、正反转驱动机构等结构均设于防护罩901中，由于所述防护罩901靠近罐体一侧开口，不会影响横移座603移动。

如图6所示，催化反应模块2的模块壳体两端均设有法兰202，且相邻法兰202通过螺栓螺帽固定后外缘又通过束环203卡合固定，法兰端面与束环203之间设有第一密封圈204，相邻法兰202之间设有第二密封圈205，这样能够充分保证各个催化反应模块2的连接以及罐体内的密封，且方便安装组合。另外每个催化反应模块2内的反应容器4可以根据催化剂或催化剂组合的特征、上部模块水流的水量及降落范围、水流的停留时间和筛孔如何防堵塞等因素进行设计、选择及制造。如图4所示，为了便于水流的通畅，反应容器4可以设计成上侧开口的敞开式结构，并且底部具有适宜形状且均匀分布的筛孔。

如图1～2所示，所述进水模块1包括顶盖、分布板101、布水管102、气压表103、进水管104和排出管105等结构，其中分布板101和布水管102设于顶盖内部，且分布板101设于布水管102下方，在所述分布板101上均布有过水孔，由进水管104输入的水经过各个布水管102先落到分布板101上，再经过分布板101上的过水孔落入催化反应模块2中，所述顶盖上侧设有气压表103、进水管104和排出管105，所述排出管105根据反应不同可以为排出液体的溢流管或者气体排出管。另外为了便于观察，所述顶盖一侧以及各个模块壳体一侧均设有视窗201，视窗盖内有胶粘密封的无色透明有机玻璃板。

为使设备重心靠近下部，在设备底部采用了固定厚板和加厚的底板形成所述底座7，并且两侧的设备支架和设备底座都通过螺栓固定在加厚底板上并且通过地脚螺栓将加厚底板进行固定，以保证设备的固定和平稳运行。

另外如图2所示，所述横移座603上设有支架支撑所述驱动轴504，所述支架和驱动轴504的设计参数(刚度、直径等)需确保能够支撑反应容器4摆动，所述模块壳体上供所述驱动轴504、螺杆602等穿过的通孔处均设有密封件以保证壳体内密封。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型利用机械臂组件5、横移机构6等配合动作实现催化剂的动态均匀分布，本实用新型包括如下三个运动轨迹的叠加：1)通过L型摆动臂505的带动实现了反应容器4的Y-Z平面底部弧线轨迹的往返移动；2)通过第一锥齿轮506、第二锥齿轮507传动实现了X-Y平面小弧线轨迹的往返运动，这是类似于抖动的微调；3)通过横移机构6的横移座603沿着螺杆602移动实现了X轴方向的往返移动。本实用新型可根据实际需要通过相关设计调整或PLC或DCS控制系统来调整和控制催化反应容器的运动轨迹，从而达到催化剂颗粒在反应容器中动态均匀分布的目的。例如，通过调整90度角组合的锥齿轮组的直径比变化可以调整连接臂508小幅摆动的幅度。

本实用新型采用模块化设计且至少采用一个催化反应模块2，当本实用新型采用多个催化反应模块2时，各个催化反应模块2之间通过法兰202和束环203连接，实际使用时，可根据具体的来水水质、出水要求、催化剂颗粒的属性以及进行预实验法进行预估并留出特殊情况时的处理容量来确定反应模块的总数，从而合理组装成为集成的整体水处理设备。另外在最底部的一个催化反应模块2一侧设置出水管10，出水管10的位置可距离底座7留有一定的高度。而且出水管10附近应当设有水质检测装置，可以是氧化还原电位仪、在线COD测试仪或离子传感器等根据出水的要求进行选择的在线监测仪器。

本实用新型每个催化反应模块2单独设置一组机械臂组件5和横移机构6，这样每个模块内的三种运动轨迹可以是相同的或根据具体情况分别定制的，以使每个模块内的催化剂与来水充分接触，从而达到尽可能充分的催化水处理效果，并且也要参照反应容器4中催化剂颗粒的大小、含量及密度、水层的厚度和容器的直径及容器壁的高度等参数再结合整体平移、底部弧线摆动和微调的抖动三种运动方式来设计催化反应模块2整体的运动轨迹，以便达到理想的催化剂动态均布的目的。因此本实用新型能够根据不同情况因地制宜、灵活使用。

本实用新型可用于多种类型催化反应设备。

实施例一：

如图1所示，本实施例为光催化厌氧水处理设备，来水由进水模块1中的进水管104输入，依次经过各个催化反应模块2后由下端的出水管10流出。另外如图1～2所示，所述催化反应模块2内设有光源3，所述光源3设于反应容器4上方并通过光源支架301支撑设于模块壳体中，并且所述光源支架301内置电路用于供电。本实施例中置于反应容器4内的催化剂为光催化剂，所述进水模块1上的排出管105用于排出来水流量过大时导致的溢流，也用于排出反应过程中生成的气体产物。

本实施例利用机械臂组件、横移机构等配合动作实现反应容器摆动，进而实现光催化剂的动态均匀分布，以使光催化剂与来水充分接触并且充分接受顶部光照达到充分的光催化水处理效果。

实施例二：

如图7所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例在罐体下端增加了进气管11，每个催化反应模块2的反应容器4内均设有气体喷嘴401，且所述气体喷嘴401通过对应的喷嘴连管402与所述进气管11相连，实际使用时可根据设备的直径大小和每个模块中水层的厚度等具体情形而酌情增加气路和气体喷嘴401的数量。

由于增加了气体喷嘴401，这样各个反应容器4内就可以通入空气或者氧气而成为光催化有氧反应水处理设备，如果通入的是空气源或氧气源所制备的臭氧气体，那么设备就成为光催化-臭氧耦合水处理设备。为了消除未反应臭氧气体的污染，需要在气体/液体溢流出口处加气液分离器，分离出的液体回流到进水口进入设备继续处理，分离出的气体通过加热使得未反应的臭氧分解为氧气，并且根据剩余气体的组成和含量确定后续的气体分离或处理及达标排放方法。

实施例三：

如图8所示，本实施例与实施例二的区别在于：本实施例去掉了光源3，此时反应容器4内为臭氧反应用催化剂，而所述进气管11连接臭氧发生器12，从而形成臭氧反应水处理设备，为了消除未反应的臭氧气体的污染，需要在气体/液体溢流出口处加气液分离器，分离出的液体回流到进水口进入设备继续处理，分离出的气体通过加热使得未反应的臭氧分解为氧气，并且根据剩余气体的组成和含量确定后续的气体分离或处理及达标排放方法。

由上述实施例可知，本实用新型可根据来水水质和出水要求灵活地选择水处理的方式、调整催化剂组合及其运动轨迹和光源的种类和组合以及增减模块等。而且从根本上克服了悬浮体系光催化反应设备光照不充分、不能连续反应和反应结束后催化剂分离难等问题，又比光催化膜反应设备中的光催化剂膜比表面积高，具有光催化剂更换方便、光催化剂表面形貌更丰富等优点，因此这种模块化集成的新型催化反应设备具有更高的反应效率和操作灵活性，并且能够连续操作和提升了智能化和精细化运行程度，所以有利于实际应用。

Claims (10)

1.一种机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：包括罐体，且所述罐体包括上端的进水模块(1)、下端的底座(7)以及中间的催化反应模块(2)，所述催化反应模块(2)包括模块壳体、反应容器(4)、机械臂组件(5)和横移机构(6)，所述机械臂组件(5)包括正反转驱动机构、驱动轴(504)、摆动臂(505)和连接臂(508)，所述反应容器(4)、摆动臂(505)和连接臂(508)均设于模块壳体中，驱动轴(504)一端通过正反转驱动机构驱动旋转，另一端伸入模块壳体中并穿过摆动臂(505)，所述摆动臂(505)内部设有相互啮合的第一锥齿轮(506)和第二锥齿轮(507)，且所述第一锥齿轮(506)与所述驱动轴(504)固连，所述连接臂(508)一端设有垂直轴(5081)、另一端连接反应容器(4)，所述垂直轴(5081)与第二锥齿轮(507)固连并可转动地设于所述摆动臂(505)上，所述横移机构(6)设有横移座(603)，所述正反转驱动机构设于所述横移座(603)上。

2.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述横移机构(6)包括横移驱动电机(601)、螺杆(602)和横移座(603)，其中横移驱动电机(601)和横移座(603)均设于模块壳体外部，所述横移座(603)内部设有螺母套装于所述螺杆(602)上，所述螺杆(602)通过所述横移驱动电机(601)驱动转动。

3.根据权利要求2所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述横移座(603)沿着横移滑轨(604)移动，所述罐体一侧设有第一侧支架(8)，另一侧设有第二侧支架(9)，所述螺杆(602)和横移滑轨(604)均一端设于所述第一侧支架(8)上，另一端设于所述第二侧支架(9)上，所述第二侧支架(9)上设有防护罩(901)，且所述防护罩(901)朝向罐体一侧开口，所述横移驱动电机(601)、横移座(603)、正反转驱动机构均设于对应的防护罩(901)中。

4.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述摆动臂(505)呈L型，且所述摆动臂(505)内部设有相互呈90度啮合的第一锥齿轮(506)和第二锥齿轮(507)。

5.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述进水模块(1)和底座(7)之间设有依次叠加连通的多个催化反应模块(2)，所述催化反应模块(2)的模块壳体两端均设有法兰(202)，且相邻模块壳体的法兰(202)通过螺栓螺帽固定后外缘又通过束环(203)卡合固定，法兰端面与束环(203)之间设有第一密封圈(204)，相邻法兰(202)之间设有第二密封圈(205)。

6.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述进水模块(1)包括顶盖、分布板(101)、布水管(102)、气压表(103)、进水管(104)和排出管(105)，其中分布板(101)和布水管(102)设于顶盖内部，且分布板(101)设于布水管(102)下方，在所述分布板(101)上均布有过水孔，所述顶盖上侧设有气压表(103)、进水管(104)和排出管(105)。

7.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述模块壳体内设有光源(3)，所述光源(3)设于反应容器(4)上方并通过光源支架(301)支撑设于模块壳体中，且所述光源支架(301)内置电路。

8.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述反应容器(4)上侧开口、底部设有筛孔。

9.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：所述连接臂(508)远离所述第二锥齿轮(507)一端设有支撑架(5082)与对应反应容器(4)固连。

10.根据权利要求1所述的机械臂式催化剂动态均布的集成水处理设备，其特征在于：最下层催化反应模块(2)设有进气管(11)，每个催化反应模块(2)的反应容器(4)内均设有气体喷嘴(401)，且所述气体喷嘴(401)通过对应的喷嘴连管(402)与所述进气管(11)相连。

Images