CN101497486A - 带金刚石电催化模块的多级净水设备 - Google Patents

Abstract

一种带金刚石电催化模块的多级净水设备，包括壳体(5)、过滤器，其特征是所述过滤器包括一级过滤器(1)、二级过滤器(2)、金刚石电催化模块过滤器(3)、四级过滤器(4)。一级过滤器(1)的输入端接进水口(6)，一级过滤器(1)输出端通过水管与二级过滤器(2)的输入端相连，二级过滤器(2)的输出端通过水管与金刚石电催化模块过滤器(3)输入端的相连，金刚石电催化模块过滤器(3)的输出端通过水管与四级过滤器(4)输入端相连，四级过滤器(4)输出端通过水管与出水口(7)相连。实现污染物的化学处理和细菌的电催化灭活，可望避免产生二次污染，能耗低，使用寿命长，同时具有一定的抗废水浓度波动性，是改良现有普通***的一条思路。

Description

带金刚石电催化模块的多级净水设备

技术领域

本发明涉及一种组合净水设备，具体的说是一种带有金刚石电催化模块的多级净水设备。

背景技术

近年来，水质短缺及污染问题日益严重，对社会和经济的发展造成巨大损失，并日益威胁到人类自身的生存，世界各国为此投入大量人力物力进行研究治理。一系列废水处理方法应运而生，其中电化学法由于其独特优点而倍受水处理领域研究者的亲睐，原因在于电化学法使用环保安全的电子作为反应剂，可望避免产生二次污染；设备相对较为简单，易于自动控制，对难降解有机物具有很好的处理效果，还可使难降解的有机物转化为可以生化降解的有机物，或使非生化降解的有机物直接燃烧矿化生成CO₂和H₂O。不同的电极材料可以导致电化学反应速度数量级的变化，故选择高效的电极材料是提高电化学反应效率的有效途径。掺硼金刚石电极(BDD)作为一种新颖的电极材料，与传统石墨电极、贵金属电极和金属氧化物电极等相比，具有最好的阳极氧化能力，最强的抗腐蚀性与抗污染能力，最宽的电位窗口和最高的电流密度。1995年，自Carey等将BDD电极引入水处理领域后，为电化学法处理饮用水和有机废水开辟了新的方向，为当前世界各国研究的热点领域。

饮用水的安全问题是由微生物、化学物质和物理等因素导致的污染引起的，其中微生物污染被认为是危害最大和最基本的问题。生活中经常存在微生物对饮用水污染的危害，在发生地震等大灾害时尤其如此。在日本，已有使用电解法来保存自来水的尝试，并获得了极大的成功。符合自来水水质标准的大量饮用水的长期电解保存技术即将进入实用化。

发明内容

本发明的目的是针对目前市场现有的***仅为单纯的物理过滤与吸附过程，污染物没有真正被去除，为此引入带有金刚石电催化模块的多级净水设备，带有实现污染物的化学处理和细菌的电催化灭活。

本发明的技术方案是：

一种带金刚石电催化模块的多级净水设备，包括壳体5，其特征是所述壳体5内安装有一级过滤器1，二级过滤器2，金刚石电催化模块过滤器3，四级过滤器4，一级过滤器1的输入端接进水口6，其输出端通过水管与二级过滤器2的输入端相连，二级过滤器2的输出端通过水管与金刚石电催化模块过滤器3相连，金刚石电催化模块过滤器3的输出端通过水管与四级过滤器4相连，四级过滤器4通过水管与出水口7相连。

所述的金刚石电催化模块过滤器3内部为迷宫式结构。

所述的金刚石电催化模块过滤器3选用掺硼金刚石电极BDD。

本发明的有益效果：

1、可以通过对所需处理的水质的成分进行分析，充分考虑和比较其成份和各组分浓度的变化波动范围，设计对应的调节措施(一般通过简单调节电压或电流来实现)。

2、可确保在大灾害时饮用水的正常供给，还可作为降低受微生物污染的饮用水的微生物风险的一种手段而应用于如家庭、办公楼或其它目的。

3、实现污染物的化学处理和细菌的电催化灭活，可望避免产生二次污染

4、能耗低，使用寿命长，同时具有一定的抗废水浓度波动性，是改良现有普通***的一条思路。

附图说明

图1是本发明的组成结构框图。

图2是本发明金刚石电催化模块内部迷宫结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、2所示。

一种带金刚石电催化模块的多级净水设备，包括壳体5，其特征是所述壳体5内安装有一级过滤器1，采用PP(聚丙烯)溶喷滤芯，对进水进行预处理，可去除水中小颗粒、悬浮物、胶体等物质，有利于后续金刚石电催化氧化作用的充分发挥。过滤面积和容污量大，过滤效果好，寿命长，并可进行多次清洗。二级过滤器2，采用压缩活性炭滤芯，深度去除水中之异色、异味、部分余氯，有效改善出水口感。采用棒状形式和网布构造，使滤芯具有双重过滤特性。金刚石电催化模块过滤器3，采用金刚石电催化模块，设计为紧凑高效的净水模块，为本***的核心部分，也是实验室成果向实际运用的转化。能有效杀灭水中细菌、去除残留小分子有机物。四级过滤器4，采用中空纤维超滤丝膜截留极微小悬浮物、细菌尸体，其出水特别清澈，并可进行清洗。一级过滤器1的输入端接进水口6，其输出端通过水管与二级过滤器2的输入端相连，二级过滤器2的输出端通过水管与金刚石电催化模块过滤器3相连，金刚石电催化模块过滤器3的输出端通过水管与四级过滤器4相连，四级过滤器4通过水管与出水口7相连。

采用以上结构的理由在于，考虑到一般原水中均含有一些颗粒和悬浮物，为此采用PP棉粗滤作为第一级。压缩活性炭滤芯可强化粗滤作用，同时为电催化模块减轻部分负荷，为此可作为第二级，电催化模块作为核心部分，实现绝大部分的去污和消毒功能。细菌尸体对健康不利，故最后一级采用中空纤维超滤膜进行截留。此部分寿命通常最短，滤芯的更换取决于进水的污染物含量，在采用电催化模块作为前置工段后可延长寿命3-4倍。超滤膜还可作为当前面工段出现故障时，保证出水质量的保险杆。

所述的金刚石电催化模块过滤器3内部为迷宫式结构。金刚石电催化模块的设计采用热丝化学气相沉积法制备的掺硼金刚石薄膜(BDD)电极为原材料，基材为p型硅，电极为直径75mm的圆片，厚度为0.15mm。并采用线切割工艺制出同样直径大小的两片不锈钢圆片，厚度为1mm。考虑到BDD电极强度不高容易碎裂，将其中一片不锈钢片作为支撑材料与BDD电极直接粘合起来作为电解模块的阳极，通电时从外侧的不锈钢面进行供电，另外一片不锈钢片经过抛光后直接作为阴极。根据实验取得的一些结果，确定电极间距为12mm，初始施加电压为24V直流电。

考虑到如果将此模块直接设计为图1所示的类似CD播放器的结构，中间不加隔膜和水道控制片，则进水和出水将在两水口之间直接快速通过，两侧的水即成为死角。为此考虑在两电极中间的空间中设置水道控制片，隔片材料使用综合性能优良的硅橡胶，通过模具加工为图2所示的14道迷宫结构，水流在模块内曲折通过，增加了停留时间，提高了BDD电极的实际有效作用面积。实验表明，在水流速度为0.5L/min时，24V直流电作用下，细菌(以大肠杆菌为例)的去除率可达到90％以上。此外，电催化模块的外壳材料采用尼龙加工，左右两块通过螺纹嵌合连接，确保密封不漏水。

所述的金刚石电催化模块过滤器3选用掺硼金刚石电极BDD。针对野外用水来源广泛的特点，研制出基于掺硼金刚石电极模块的水质净化装置，用于高效快速去除水体中有害物质和细菌。本组合***除本组合***设计为轻便背包式，可供野外使用一月左右，在有电源供应时使用寿命可相应提高，确保饮用水质量达到正常水平。

电催化模块中的金刚石阳极在直流电场下连续产生具有很强氧化性的氢氧自由基和过氧化氢，臭氧等氧化物种，可与水中微量有机污染物反应为CO₂和H₂O。此外利用天然水中本身存在的氯离子等电解质，在直流电场下可实现消毒，其作用包括间接电化学氯消毒和直接电场作用消毒。去污和消毒的速率均可通过调节施加电压或电流来实现。

主要技术参数和技术指标：

***可供1-3人在野外使用一月左右，在有电源供应时使用寿命可相应提高，确保饮用水质量达到国家直饮水标准水平(包括《生活饮用水水质卫生规范》(2001)，《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范—一般水质处理器》(2001))。考虑到需要饮用的水量不大，为减轻***重量，避免使用沉重的增压泵，采用轻质的手动摇杆进水，频率为1次/秒即可满足进水压力要求。

■适用水压：0.05-0.30MPa，一般操作压力0.05-0.10MPa

■额定净水流量：0.5L/min

■适用环境温度：5-40℃

■单次总净水量：>5万L(视进水水质情况定)

■适用净水水质：市政自来水，微污染地下水及微污染江河湖水

■电源供应方式：可充电6000mAh锂电池，24V直流

■进水驱动方式：手摇杆进水，频率为1次/秒。

本发明把BDD电极电催化工艺实现了模块化，设计制作了相应的模块化净水单元，并与市场现有净水模块巧妙组合后应用于饮用水安全保障领域。本发明设计的组合***与普通***相比拓宽了应用领域，特别是可作为在自然灾害时期保证饮用水安全方面的一条新思路。

Claims (3)

1、一种带金刚石电催化模块的多级净水设备，包括壳体(5)、过滤器，其特征是所述过滤器包括一级过滤器(1)、二级过滤器(2)、金刚石电催化模块过滤器(3)、四级过滤器(4)。一级过滤器(1)的输入端接进水口(6)，一级过滤器(1)输出端通过水管与二级过滤器(2)的输入端相连，二级过滤器(2)的输出端通过水管与金刚石电催化模块过滤器(3)输入端的相连，金刚石电催化模块过滤器(3)的输出端通过水管与四级过滤器(4)输入端相连，四级过滤器(4)输出端通过水管与出水口(7)相连。

2、根据权利要求1所述的带金刚石电催化模块的多级净水设备，其特征是所述的金刚石电催化模块过滤器(3)内部为迷宫式结构。

3、根据权利要求1或2所述的带金刚石电催化模块的多级净水设备，其特征是所述的金刚石电催化模块过滤器(3)选用掺硼金刚石电极BDD。

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