CN2386044Y - 水质净化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种水质净化装置,该装置是由滤槽(1),电化学净化槽(2)和光解净化槽(3)三部分组成,本装置能使有机污染物的分解速度和重金属的分离速度提高3倍以上。可将各种有机污染物最终降解为CO2、H2O等简单的无机物质。对水中的病毒、细菌可以有效致灭。本装置操作简便,运行成本低,可用于工业废水、生活废水处理及城市自来水终端(用户水龙头)的水质深度净化,能达到排放要求或饮用水的卫生标准。

Description

水质净化装置
本实用新型涉及一种水质净化装置，具体地说就是一种含光催化、光化学和光电化学者联合作用的水质净化装置。
随着城市化与工业化的迅猛发展，不可避免地引起水源的污染。水源的有机物污染，特别是常规处理方法难以去除的三致(致癌、致畸、致突变)优先控制污染物严重影响人民的健康。世界卫生组织1992年发表的各项研究报告指出：人类80％以上的疾病和50％以上的癌症与水的污染有关。
由于水质污染物的多样性和饮用水质标准的逐步提高，下述两种目前常用的水质净化技术已不能适应“现代水质”的净化要求：①以活性碳或其它多孔材料为主的介质过滤法。它对于小分子有机物无法除去，且易滋长细菌。②膜法超滤或反渗透法，它存在膜孔易堵塞、易受余氯污染，其本身是有机物，极易被细菌作营养物消耗而老化，运行费用高，难以被工业化应用。以上两种方法对环境的二次污染均存在一定的问题。因此，研究开发新型的净水技术是当今科技的热点。
近些年来，科技工作者们对半导体光催化原理在净化水质中的应用颇有兴趣，开展了许多研究工作。其原理是：当半导体近表面区受到大于其带隙能量的光幅射时(即hv＞Eg)，价带的电子就会被激发跃迁到导带，产生电子-空穴对。光生电子与氧或其它氧化剂发生还原反应，而空穴则与被吸附在半导体表面的有机污染物发生氧化反应，使之降低。诸多半导体材料中，TiO2是一种价带能级很深(Ev＝2.23ev)，光生空穴具有很强氧化能力的半导体，它能使许多难于被其它方法降解的有机污染物(例如杀虫剂、卤代烃、表面活性剂、染料、多氯联苯、萘与酚的各种衍生物等等)矿物化，即最终被氧化为CO2、H2O等简单的无机物，不会对环境带来二次污染，而TiO2本身则是一种性质稳定，长久耐用无毒的材料。
TiO2半导体以微粒存在的悬浮体系是一种研究得较多的光催化体系。由于它存在易凝聚和难回收等缺点，给实际应用带来一定的困难。为了使半导体光催化反应体系具有更好的实用性，已有人以玻璃或导电玻璃为载体，用凝胶法或粉末浮敷法在其上面担载多孔半导体薄膜，称之为负载型TiO2光催化体系。但从他人报道的研究结果来看，不论是悬浮体还是负载型，它们存在的重要问题是对有机污染物的降低速度比较小，与实际应用的要求存在一定的差距，有待于改善。
本实用新型的目的在于提供一种含光催化、光化学和电化学三者联合作用的新型水质净化装置。采用本装置应能提高有机污染物的分解速度和重金属的分离速度提高(相同光照条件下同单一的光催化体系比较)，将各种有机污染物最终降解为CO2、H2O等简单的无机物质。本装置应操作简便，运行成本低，可用于工业废水、生活废水处理及城市自来水终端(用户水龙头)的水质深度净化，应能达到排放要求或饮用水的卫生标准。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种含光催化、光化学和电化学三者联合作用的新型水质净化装置，其基本结构如附图1和2所示。它是由滤槽、电化学净化槽光解净化槽三大部分组分。待处理水由滤槽上端的进水口进入，经微孔瓷砂填料过滤后，由槽下部进入电化学净化槽中，经电解处理后由电化学槽的上部进入到光解净化槽的下部，经光解净化槽处理后由其上部的净水出口放出。
电化学净化槽中安装有一组或多组电解电极，正极材料为钛合金或高纯石墨，负极材料为碳纤维布。光解净化槽分为上下连通的两部分，上槽的内壁为TiO2膜电极，槽中有一个或多个紫外光源，下槽的相对两个侧壁为空气电极，在两空气电极中间安有不溶性阳极。
各部分的作用是：
1.滤槽：用微孔瓷砂分离水中的悬浮物。
2.电化学净化槽：用钛合金(或高纯石墨)材料作阳极，用碳纤维布作阴极。重金属离子在阴极表面被还原析出。经电化学净化之后的水质不含超标的重金属杂质。
3.光解净化槽：对水质中的有机污染物进行矿物化降解。在光解槽中存在光催化与光化学两种降解作用。光解净化槽中各部件的作用如下；
①光源——低压汞灯(波长254nm)：为光催化和光化学反应及杀菌灭毒提供高能量光子。
②TiO2膜电极：为有机分子发生光催化降解提供反应场所。
③空气(氧)电极：利用空气中的氧作反应物，通过电催化作用产生H2O2( )、H2O2经紫外光幅射形成OH·基(H2O2+hv＝2OH·)。OH·的氧化活性很强，能使有机分子发生光化学氧化反应。
④不溶性阳极：是空气(氧)电极的主要对电极，在其表面发生电解水的反应( )，为有机物光解过程中的相关反应(例如自由基的氧化加成反应)提高所需要的氧气。
本实用新型的TiO2膜电极有两种：一种是以金属钛、玻璃(导体玻璃)、碳纤维为基体的负载型TiO2膜电极。它是用一定量的TiO2粉末分散在钛酸丁酯溶胶中，经过提拉成膜、热解定型制成的。另一种是以空气(氧)电极的催化层为基体，用沉降、烧结技术将TiO2微粒固定其上而成。
空气(氧)电极是由防水透气膜、催化膜及导电网组成。透气膜和催化膜是分别用乙炔黑和活性催化剂与乳剂聚四氟乙烯(含表面活性剂OP)为原料，经碾膜、抽提、压合、烧结等工艺制作而成的。
采用上述光解装置，有利于反应形成的一系列中间产物(包括与氧化反应的生成物)从两种途径中选择反应活化能最低的途径进一步被光催化或光化学降解。不象单一的光催化体系或光化学体系那样只限于一种途径，因而使光催化和光化学的反应效率得到提高。所以在相同光照条件下有机物的整体降解速度比单一体系明显增加。
与相同光照条件下同单一的光催化体系相比较，应用本装置能使有机污染物的分解速度和重金属的分离速度提高3倍以上。对十二烷基磺酸钠、苯胺、硝基苯、苯酚等各种有机污染物均可最终降解为CO2、H2O等简单的无机物质，对水质中的病毒、细菌可以有效致灭。实验检测数据见表1。本装置操作简便，运行成本低，可用于工业废水、生活废水处理及城市自来水终端(用户水龙头)的水质深度净化，并可完全达到排放标准或饮用水的卫生标准。
                    表1：水质处理效果实验数据
(试验溶液体积1L，处理时间1h，有机含量用化学耗氧量COD(mgO2/L)表示)
    污染物     净化前含量             净化后含量
 单光催化体系 “三联合”体系※
十二烷基磺酸钠苯  胺硝基苯金属镉离子细  菌     190mgO2/L170mgO2/L110mgO2/L0.03mgO2/L2100个/ml   11mgO2/L10mgO2/L7mgO2/L0.01mgO2/L4个/ml     3mgO2/L1mgO2/L1mgO2/L0.001mgO2/L3个/ml
※表中“三联合”体系指本实用新型的装置
附图说明：
图1水质净化装置的总体结构示意图；
图2光解净化槽结构示意图。
图中1为滤槽，2为电化学净化槽，3为光解净化槽，4为进水口，8为瓷砂填料，6为钛合金(或石墨)正极，7为碳纤维布负极，5为净水出口，11为空气(氧)电极，10为TiO2膜电极，9为紫外光源，12为不溶性阳极。
下面结合附图及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明：
实施例：
一种含光催化光化学和电化学三者联合作用的新型水质净化装置，其总体结构如附图1所示，光解净化槽的结构如图2所示。它包括滤槽1、电化学净化槽2和光解净化槽3三大部分组分。待处理水由滤槽上端的进水口4进入，经微孔瓷砂填料8过滤后，由槽下部进入电化学净化槽2中，经电解处理后由电化学槽的上部进入到光解净化槽的下部，经光解净化槽处理后由其上部的净水出口5放出净化水。
滤槽1中间装有微孔瓷砂填料8作为过滤层，电化学净化槽2中安装有一组电解电极(6和7)，正极材料为钛合金，负极材料为高比表面积的碳纤维，光解净化槽分为上下连通的两部分，上槽的内壁为TiO2膜电极10，槽中有两个紫外光源9，下槽的相对两个侧壁为空气电极11，在两空气电极中间安有不溶性阳极12。
按上述方式进行组装即构成本实用新型的水质净化装置。

Claims (1)

1.一种水质净化装置，其特征在于该装置是由滤槽(1)、电化学净化槽(2)、光解净化槽(3)三部分组成，在滤槽(1)的中部装有微孔瓷砂填料(8)，滤槽下部与电解净化槽下部连通，在电化学净化槽中安装有一组或多组电解电极，槽的上部与光解净化槽的下部连通，光解净化槽分为上、下连通的两部分，上槽的内壁为TiO2膜电极(10)，槽中有一个或多个紫外光源(9)，下端的相对两个侧壁为空气电极(10)，在两空气电极中间安有不溶性阳极(12)。
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