一種光催化水處理消毒設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光催化水處理消毒設(shè)備，屬于環(huán)境工程中的水污染控制領(lǐng)域。該設(shè)備包括紫外線消毒器、進水泵、液體流量計、控制閥以及流量調(diào)節(jié)閥；其中，控制閥的兩端分別與原水管路和進水泵的吸口連接，進水泵的出水口連接流量調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥連接液體流量計，液體流量計連接紫外線消毒器；在所述的紫外線消毒器中添加負(fù)載光催化劑的載體，該載體為獨立部件，與紫外線消毒器規(guī)格匹配，便于安裝與拆卸。本發(fā)明利用光催化技術(shù)徹底殺死水體中微生物，抑制紫外線消毒工藝出水中微生物復(fù)活現(xiàn)象，并能夠降解水體中的有機污染物。這種光催化水處理消毒工藝具有潛在的實際應(yīng)用價值，并對探索光催化在水處理消毒領(lǐng)域的實際應(yīng)用途徑具有指導(dǎo)意義。
【專利說明】一種光催化水處理消毒設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程中的水污染控制領(lǐng)域，涉及到一種光催化技術(shù)結(jié)合紫外線消毒工藝進行光催化水處理消毒設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在各類供水系統(tǒng)以及城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)中，消毒都是保證水質(zhì)安全的必備工藝。紫外線消毒技術(shù)在實際水體消毒處理中應(yīng)用廣泛，但是由于紫外線消毒的原理是改變微生物的DNA結(jié)構(gòu)，使其喪失繁殖能力，不能徹底殺死微生物，因此紫外線消毒的出水常有微生物復(fù)活現(xiàn)象，存在安全隱患。為了解決上述紫外線消毒過程中的一系列問題，人們研究了光催化氧化技術(shù)在水處理消毒領(lǐng)域的作用以及效果。光催化技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)今最具發(fā)展前景的新技術(shù)之一。光催化技術(shù)用于水體消毒過程的原理是，利用光子誘導(dǎo)產(chǎn)生的強氧化性空穴或與水反應(yīng)生成的羥基自由基分解破壞菌類等微生物的細胞壁或細胞膜結(jié)構(gòu)，使細胞質(zhì)流出，流出的細胞質(zhì)以及遺傳物質(zhì)經(jīng)光催化作用后也都被氧化分解，最終導(dǎo)致微生物的死亡。運用光催化技術(shù)對水體進行消毒的優(yōu)勢在于，光催化氧化技術(shù)環(huán)境友好，無二次污染，能夠氧化分解絕大多數(shù)污染物。
[0003]在光催化消毒領(lǐng)域中，光催化劑的形式，目前主要分為兩種:懸浮型光催化劑以及負(fù)載型光催化劑。在實際應(yīng)用中，懸浮型的光催化劑催化活性更高，與水體中的微生物接觸更充分，因此消毒效果比較好；但缺點是催化劑回收困難，并且不適用于連續(xù)反應(yīng)方式。而負(fù)載型光催化劑的優(yōu)勢在于解決了懸浮式光催化劑回收困難的問題。但其主要問題是，與水體中微生物接觸不充分，催化活性不高。此外，光催化劑負(fù)載的機械強度不夠，易導(dǎo)致催化劑從載體脫落，造成催化劑流失甚至污染水質(zhì)等問題。
[0004]實際水體中含有多種有害微生物，人們針對水體中的一些有害病菌及病毒，分別研究了光催化對水體中隱孢子蟲，綠膿桿菌，選擇性食源致病菌，噬菌體，植物病原體，膠囊狀的胞外聚合物物質(zhì)，大腸桿菌，諾瓦克病毒等微生物的去除作用。光催化消毒技術(shù)對于水體中微生物具有廣譜消毒性，但是目前的研究進展都是停留在固定反應(yīng)器、小處理量階段，沒有針對實際的流動態(tài)水體進行實驗研究。
[0005]從上述可以看出，人們從催化劑的形式，催化劑針對不同微生物等方面開展了相關(guān)研究。雖然從各個角度論證了光催化用于水體消毒的原理以及消毒效果，但是現(xiàn)有技術(shù)普遍停留在間歇處理階段。因此，這種“靜態(tài)”反應(yīng)方法不適用于連續(xù)流動水體消毒處理，距離實際應(yīng)用還有很大一段距離。此外，粉末狀催化劑的回收困難以及負(fù)載型光催化復(fù)合材料機械強度不夠?qū)е碌拇呋瘎┟撀涞葐栴}也抑制了光催化消毒技術(shù)的實用化。并且針對水體中含有的有機污染物，單獨的紫外線技術(shù)不能夠?qū)⑵淙コ?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是在紫外線消毒工藝上添加具有光催化功能的部件，制造光催化水處理 消毒設(shè)備。本發(fā)明利用光催化氧化技術(shù)消毒原理，抑制紫外線消毒工藝出水中微生物的復(fù)活現(xiàn)象，并能夠去除水體中的有機污染物。
[0007]—種光催化水處理消毒設(shè)備，技術(shù)方案是:
[0008]該設(shè)備包括紫外線消毒器、進水泵、液體流量計、控制閥以及流量調(diào)節(jié)閥；其中，控制閥的兩端分別與原水管路和進水泵的吸口連接，進水泵的出水口連接流量調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥連接液體流量計，液體流量計連接紫外線消毒器；紫外燈位于紫外線消毒器內(nèi)部中間，燈外套有石英套管；在所述的紫外線消毒器中添加負(fù)載光催化劑的載體，該負(fù)載光催化劑的載體為獨立部件，其規(guī)格與紫外線消毒器匹配，可獨立安裝和拆卸，這種添加光催化載體的紫外線消毒器即為光催化水處理消毒器。
[0009]負(fù)載光催化劑的載體為板狀結(jié)構(gòu)或螺旋式片狀結(jié)構(gòu)；將負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體或螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體置于紫外線消毒設(shè)備中；紫外燈位于光催化水處理消毒器腔體中間， 由石英套管保護；在紫外燈石英套管與光催化水處理消毒器腔體內(nèi)壁之間設(shè)置負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體或螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體。
[0010]在紫外線消毒器中添加負(fù)載光催化劑的載體，在紫外消毒作用進行的同時，光催化作用產(chǎn)生的強氧化性空穴或羥基自由基.0Η(典型光催化劑TiO2空穴的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為
3.0V,.0H自由基的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為2.8V，是除氟以外最強的氧化物種)分解破壞菌類等微生物的細胞壁或細胞膜結(jié)構(gòu)，使細胞質(zhì)流出，流出的細胞質(zhì)以及遺傳物質(zhì)經(jīng)光催化作用后繼續(xù)被氧化分解，最終導(dǎo)致微生物的徹底死亡，抑制了微生物的復(fù)活現(xiàn)象。同時，水體中的有機污染物與載體表面光催化劑產(chǎn)生的高氧化性空穴或羥基自由基.0H接觸，進而被氧化分解。
[0011]針對不同的進水水質(zhì)情況以及水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，在光催化水處理消毒器中，紫外燈管數(shù)量可根據(jù)實際處理需求進行增加，此外多個光催化水處理消毒器可根據(jù)實際情況采取串聯(lián)或者并聯(lián)方式連接。
[0012]本發(fā)明有益效果是:將光催化氧化技術(shù)耦合到紫外線消毒工藝中，利用光催化技術(shù)徹底殺死水體中微生物，其抑制紫外線消毒工藝出水中微生物復(fù)活現(xiàn)象，并能夠降解水體中的有機污染物。這種光催化水處理消毒工藝具有潛在的實際應(yīng)用價值，并對探索光催化在水處理消毒領(lǐng)域的實際應(yīng)用途徑具有指導(dǎo)意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為光催化水處理消毒設(shè)備工藝流程圖。
[0014]圖2為板狀結(jié)構(gòu)載體/圓柱筒式光催化水處理消毒器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為板狀結(jié)構(gòu)載體/圓柱筒式光催化水處理消毒器內(nèi)部左視圖。
[0016]圖4為螺旋式光催化水處理消毒器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體放大示意圖。
[0018]圖中:1原水池；2進水泵；3液體流量計；4光催化水處理消毒器進水口 ；
[0019]5光催化水處理消毒器出水口 ；6光催化水處理消毒器外殼；7控制閥；
[0020]8流量調(diào)節(jié)閥a ；9流量調(diào)節(jié)閥b ；10圓柱筒結(jié)構(gòu)催化劑載體；
[0021 ] 11板狀結(jié)構(gòu)載體結(jié)構(gòu)光催化水處理消毒器進水口 ；
[0022]12板狀結(jié)構(gòu)載體結(jié)構(gòu)光催化水處理消毒器出水口 ；
[0023]13密封法蘭、卡扣或螺紋旋蓋；14負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體；[0024]15紫外燈管；16石英套管；17板狀結(jié)構(gòu)載體光催化水處理消毒器支架；
[0025]18圓柱筒結(jié)構(gòu)催化劑載體；19負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體；
[0026]20紫外燈石英套管；21板狀結(jié)構(gòu)載體/圓柱筒式光催化水處理消毒器外殼；
[0027]22螺旋式光催化水處理消毒器外殼；23螺旋式光催化水處理消毒器進水口 ；
[0028]24螺旋式光催化水處理消毒器出水口 ；25密封法蘭、卡扣或螺紋旋蓋；
[0029]26螺旋式光催化水處理消毒器支架；
[0030]27螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體外徑邊緣密封膠墊；28催化劑負(fù)載層；
[0031]29螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體；30紫外燈管；31石英套管；
[0032]32螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體外徑邊緣密封膠墊；33催化劑負(fù)載層；
[0033]34螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。
[0035]實施例1:板狀結(jié)構(gòu)載體負(fù)載光催化劑
[0036]負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體以石英套管為中心輻射分布，并固定在框架上；螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體以石英套`管為軸橫向螺旋均勻分布，對其外徑邊緣進行密封；最后，用法蘭盤、卡扣或者帶有螺紋的旋蓋對光催化水處理消毒器的腔體進行密封處理。其中，光催化水處理消毒器的外徑為25mm-2000mm，裝置腔體外殼材料為不銹鋼、玻璃鋼、聚四氟乙烯或PVC。
[0037]光催化水處理消毒設(shè)備的運行方式，針對單燈管光催化水處理消毒設(shè)備中的板狀結(jié)構(gòu)載體和螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體光催化水處理消毒器，裝置運行流程如圖1所示，原水經(jīng)控制閥流經(jīng)進水泵，通過流量調(diào)節(jié)閥控制流量，之后經(jīng)過液體流量計進入光催化水處理消毒器進水口，流經(jīng)光催化水處理消毒器后由出水口排出。經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥的水流回原水。
[0038]負(fù)載光催化劑的載體為板狀結(jié)構(gòu)載體，這種結(jié)構(gòu)的光催化水處理消毒器主要由圓柱筒結(jié)構(gòu)催化劑載體，紫外燈及石英套管，板狀結(jié)構(gòu)載體組成。紫外燈功率為11W-1000W，燈管長度為12cm-150cm，燈管在光催化水處理消毒器腔體中間，依靠裝置右端螺紋固定，紫外燈靠石英套管隔離水體，石英套管的透光率在90%以上。緊貼設(shè)備腔體內(nèi)壁，嵌入圓柱筒結(jié)構(gòu)催化劑載體，表面負(fù)載光催化劑，其可以接受紫外燈發(fā)出的垂直光源。在紫外燈石英套管與環(huán)形筒狀催化劑載體結(jié)構(gòu)之間，圍繞紫外燈石英套管輻射分布2-80片板狀結(jié)構(gòu)載體催化劑載體，每片厚度為0.板狀結(jié)構(gòu)載體固定在催化劑載體的剛性框架上,最后裝置腔體左側(cè)用法蘭盤、卡扣或者帶有螺紋的旋蓋密封。設(shè)備運行時，水體從進水口進入，經(jīng)過腔體時，與負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體以及環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)充分接觸，之后由出水口排出。
[0039]實施例2:螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體負(fù)載光催化劑
[0040]負(fù)載光催化劑的載體為螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體，這種結(jié)構(gòu)的光催化水處理消毒器內(nèi)部包括螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體催化劑載體、紫外燈、石英套管、螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體外徑邊緣密封膠墊。紫外燈功率為11W-1000W，燈管長度為18cm-150cm，燈管在光催化水處理消毒器腔體中間，依靠裝置右端螺紋固定，紫外燈靠石英套管隔離水體，石英套管的透光率在90%以上。在石英套管與裝置腔體內(nèi)壁之間，填入螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體催化劑載體，這種螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體催化劑載體橫向延伸，螺旋單元個數(shù)為2-100個，螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體與石英管的夾角為5° -85°。螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體表面負(fù)載光催化劑，接收紫外光照射。在螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體外徑邊緣，固定膠墊，其作用是使螺旋結(jié)構(gòu)外徑邊緣與裝置內(nèi)壁緊貼，水體按照螺旋路徑流動，延長了水流路徑，并且使水體攪拌，充分接觸螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體表面的光催化劑。最后裝置腔體左側(cè)用法蘭盤、卡扣或者帶有螺紋的旋蓋密封。設(shè)備運行時，水體經(jīng)該裝置進水口進入，流經(jīng)螺旋`式片狀結(jié)構(gòu)載體后由出水口排出。
【權(quán)利要求】
1.一種光催化水處理消毒設(shè)備，該設(shè)備包括紫外線消毒器、進水泵、液體流量計、控制閥以及流量調(diào)節(jié)閥；其中，控制閥的兩端分別與原水管路和進水泵的吸口連接，進水泵的出水口連接流量調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥連接液體流量計，液體流量計連接紫外線消毒器；紫外燈位于紫外線消毒器內(nèi)部中間，燈外套有石英套管；其特征在于，在所述的紫外線消毒器中添加負(fù)載光催化劑的載體，該載體為獨立部件，與紫外線消毒器規(guī)格匹配，便于安裝與拆卸，添加光催化載體的紫外線消毒器即為光催化水處理消毒器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的負(fù)載光催化劑的載體為板狀結(jié)構(gòu)或螺旋式片狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的負(fù)載光催化劑的板狀結(jié)構(gòu)載體以石英套管為中心呈輻射狀分布；催化劑載體緊貼光催化水處理消毒設(shè)備的腔體內(nèi)壁，其表面負(fù)載光催化劑并能接受紫外燈發(fā)出的垂直光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的催化劑載體為圓柱筒結(jié)構(gòu)，其與光催化水處理消毒設(shè)備的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，在紫外燈石英套管與環(huán)形筒狀催化劑載體結(jié)構(gòu)之間，圍繞紫外燈石英套管輻射分布2-80片板狀結(jié)構(gòu)載體催化劑載體，每片厚度為0.lmm-5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的負(fù)載光催化劑的螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體在光催化水處理消毒器內(nèi)橫向排列，紫外燈及燈外石英套管從螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體中心穿過，螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體外徑邊緣緊貼光催化水處理消毒器內(nèi)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的光催化水處理消毒器中負(fù)載光催化劑的螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體的螺旋單元數(shù)為2-100，螺旋式片狀結(jié)構(gòu)載體與紫外燈石英套管的夾角為5° -85°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的光催化水處理消毒器外徑為25mm-2000mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的光催化水處理消毒器的腔體外殼材料為不銹鋼、玻璃鋼、聚四氟乙烯或PVC。
10.根據(jù)權(quán)利要求8任一所述的光催化水處理消毒設(shè)備，其特征在于，所述的光催化水處理消毒器的腔體外殼材料為不銹鋼、玻璃鋼、聚四氟乙烯或PVC。
【文檔編號】C02F1/32GK103754982SQ201410003174
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月4日
【發(fā)明者】全燮, 宋亮, 于洪濤, 陳碩 申請人:大連理工大學(xué)