CN1502562A - 连续式智能控制光催化水质深度净化装置 - Google Patents

连续式智能控制光催化水质深度净化装置 Download PDF

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何明兴
王良焱
李新军
张开坚
郑少健
黄琮
张琦
梁园园
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Abstract

一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，包括箱体(11)、光催化立式反应器(8)、自动调节阀(2)、前置过滤器(3)、水位控制器(5)、集线器(6)等；其特征是光催化立式反应器包括反应器壳体(8－15)、紫外灯(8－1)、光电传感器(8－2)、玻璃套管(8－3)、光催化剂薄膜载体(8－4)等；光催化立式反应器处于箱体的中部；设置一个PLC智能控制器(7)，将水位控制器发出的信号和紫外灯和光电传感器电源和控制信号转换，控制调节阀(2)的开启或关闭，实现智能控制。用本发明处理水质，不产生二次污染，连续运行，实现智能控制，可复合扩容，催化剂载体采用插件式组件，非常方便，催化剂载体、灯管保护管及上下端等无需特别密封要求。

Description

连续式智能控制光催化水质深度净化装置
技术领域
本发明涉及一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置。
背景技术
众所周知，采用氯气作氧化剂对自来水进行消毒、杀菌有它致命弱点，即会生成中间产物三氯甲烷、氯乙烷、四氯化碳等多种含氯有机物，这些带来二次污染的有机物大多是优先控制污染物，饮用后会危害人体健康。用臭氧对自来水进行消毒、杀菌比氯气安全，但也会形成一些有毒性的中间产物，而且臭氧维持时间短、水质口感不好，成本高。用活性炭吸附、高分子滤芯过滤等方法进行深度处理，只能对水中大颗粒悬浮物、无机离子和部分有机物去除，对三氯甲烷、氯乙烷、四氯化碳等小分子有机物去除效率低，且需要经常更换滤芯。所以，上述方法的水体深度处理效果均不理想，处理后的水质基本不能达到直接饮用标准。用RO反渗透法进行自来水深度处理，虽然可以达到直饮水标准，但也存在三氯甲烷去除效率低、人体所需微量元素被过滤去除、处理后的水质呈弱酸性、水损失很大、投资大、运行成本高等问题。也因如此，光催化水处理技术得到了很快发展。
半导体光催化剂在紫外光照射下，生成强氧化剂OH-，OH-和H2O分子氧化成·OH自由基，而·OH自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中除氟外最强的，能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物，并将其最终降解为CO2、H2O等无害物质，使水质深度净化达到直饮水标准。目前，国内外光催化水质深度处理根据催化剂反应器的结构大体可分为悬浮体系和固定型结构。悬浮体系反应器催化剂回收困难而难于大规模实用化，固定型结构多采用载体镀膜或涂抹方式，存在接触表面积小效率低的问题。日本公开特许平4-141294用多孔烧结材料或光导纤维作为催化剂载体，增大表面积，但很大部分光照不到，且价格昂贵不实用。中国实用新型专利95244568公开了一种固定膜光催化氧化水质深度净化器，中国实用新型专利96251030公开了一种光催化水质处理器，发明专利CN1257838公开了可连续光催化净化含有机污染物废水及饮用水的方法和设备采用悬浮体系实现连续处理，这些专利有一些共同点就是(1)需要外加搅拌器从而带来污染源、噪音、故障率上升；(2)反应时间长，难于做到连续处理；(3)催化剂载体、灯管保护管及上下端等密封困难；(4)处理能力小，扩容困难；(5)由于未实现智能控制，则存在灯坏了还继续运行的可能，会造成误饮未处理水质的问题，实际应用很难保证安全；(6)结构复杂，不便安装和维护。
发明的内容
本发明的目的是为了克服现有技术(1)需要外加搅拌器从而带来污染源、噪音、故障率上升；(2)反应时间长，难于做到连续处理；(3)催化剂载体、灯管保护管及上下端等密封困难；(4)处理能力小，扩容困难；(5)由于未实现智能控制，则存在灯坏了还继续运行的可能，会造成误饮未处理水质的问题，实际应用很难保证安全；(6)结构复杂，不便安装和维护的缺点，提供一种能连续处理、实现智能控制、自由扩容、结构简单、无特别密封要求、安全、静态运行、制造和运行成本低、水质净化效果好的连续式智能控制光催化水质深度净化装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，它包括箱体(储水箱)、光催化立式反应器、自动调节阀、前置过滤器、水位控制器、集线器；
其持征是光催化立式反应器包括反应器壳体、紫外灯、光电传感器、地步密封的灯外玻璃套管、光催化剂薄膜载；反应器壳体呈园筒形，紫外灯用固定塞固定在地步密封的玻璃套管内并一起固定在反应器壳体的中央，与反应器外壳底部采用槽式锁定，上部用橡皮螺钉与活动盖的锁定头固定；光催化剂薄膜载体置于反应器壳体内侧槽内，底部用密封垫密封；活动盖用固定螺栓、锁定头固定在壳体上部；光电传感器用固定塞固定在玻璃套管与紫外之间；集线器为灯的控制线和光电传感器电源和控制信号接线端；壳体的底部设置一个进水口，上侧设置一个出水口；外侧中部设置有安放支架；
光催化立式反应器处于箱体11的中部，安放支架与净化装置的支架连接并固定于箱体上；有一个自动均压分配器4通过焊接或螺栓固定在箱体的底部，通过传输管将几个光催化立式反应器并联并供水(当只有一个反应器时取消自动均压分配器)；进水口连接自动调节阀，再连接前置过滤器，最后从箱体一侧连接到自动均压分配器上；箱体的另一侧安装出水口，箱体下部安装排污口，箱体顶部有一个箱盖；设置一个PLC智能控制器，集线器为PLC智能控制器、水位控制器，自动调节阀的接线端，并与立式反应器的集线器电连接；水位控制器固定在箱体的侧壁并处于箱体水中的适当高度；水位控制器发出的信号通过集线器给PLC智能控制器，紫外灯的控制线和光电传感器电源和控制信号通过集线器发给PLC控制器，PLC控制器控制调节阀的开启或关闭，实现智能控制；上述装置复式集成，可进行多级扩容，容量不限。
所述的前置过滤器优选为活性炭和高分子滤芯二级过滤。
所述的反应器催化剂载体采用插件式组件，当用外壳镀光催化剂膜为载体时，可省去催化剂载体。
所述反应器的玻璃套管和催化剂载体之间的间隙ΔR即处理水体厚度为2mm～30mm。优选为2mm～5mm。
所述反应器的光催化剂选用二氧化钛、金属或非金属掺杂改性二氧化钛的一种或他们的结合。
所述反应器的载体、外壳材料选为玻璃、不锈钢或无毒塑料。
所述反应器的紫外灯光源选自235.7nm～365.0nm的UV光源。
连续式智能控制光催化水质深度净化装置的运行过程如下：待处理水体从进水口通过自动调节阀流入前置过滤器进行预处理，预处理后的水体到自动均压分配器按一定的流量和流速经传输管分配给反应器，从反应器底部进口以所设定的单位体积水量缓慢上升，经过光催化剂的时间为3～10min，优选3～5min(单位时间处理的水量要根据紫外灯功率和催化剂型号确定)，充分与光催化剂薄膜载体表面接触，在灯光照射下进行光催化深度净化处理，被净化后的优质水体通过反应器出水口流到储水箱里，出水口应比进水口流量大，避免溢出。当水位到达一定位置时，水位控制器发出信号通过集线器给PLC控制器，PLC控制器自动关闭调节阀，当紫外灯熄灭时，光电传感器将信号通过集线器和集线器发给PLC控制器，自动关闭调节阀，避免生产不合格的水，实现智能控制。
反应器多级组合后，构成大容量装置，可用于小区自来水处理和工业水处理。
本发明的优点和有益效果是
(1)这种处理方法本身无毒，不产生二次污染；处理后的自来水能保留对人体健康有益的微量元素、呈弱碱性，亚硝酸盐远远小于自来水指标、总α、β放射性均达到直饮水标准，长期饮用具有一定的保健作用；不需添加其他任何化学药品，在紫外灯和自由基的双重作用下保证无菌。
(2)连续运行工作方式，实现智能控制，保证处理后的水的安全性。
(3)进水通过分配器均压，积木式结构，可单体家庭使用，也可复合扩容，用于小区自来水处理和工业水处理。
(4)反应器催化剂载体采用插件式组件，非常方便，催化剂载体、灯管保护管及上下端等无需特别密封要求。
(5)制造和运行费用低、效果好、占地面积小、操作简便、无需搅拌器，静态运行无噪音。
图面说明
图1连续式智能控制光催化水质深度净化装置结构示意图。
图2光催化立式反应器结构示意(剖面)图。
图3光催化立式反应器俯视图。
具体实施的方式
下面的实施例将进一步说本发明，但对本发明不应该构成限制。
实施例1
图1、2、3所示的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，它包括箱体(储水箱)11、光催化立式反应器8、自动调节阀2、前置过滤器3、水位控制器5、集线器6；
光催化立式反应器包括反应器壳体8-15、紫外灯8-1、光电传感器8-2、地步密封的灯外玻璃套管8-3、光催化剂薄膜载体8-4；反应器壳体8-15呈园筒形，紫外灯8-1用固定塞8-7固定在地步密封的玻璃套管8-3内并一起固定在反应器壳体8-15的中央，与反应器外壳8-15底部采用槽式锁定，上部用橡皮螺钉8-6与活动盖8-12的锁定头8-14固定；光催化剂薄膜载体8-4置于反应器壳体8-15内侧底部槽内，用密封垫8-5密封；活动盖8-12用固定螺栓8-13、锁定头8-14固定在壳体8-15上部；光电传感器8-2用固定塞8-7固定在玻璃套管8-3与紫外灯8-1之间；集线器8-8为灯8-1的控制线8-11和光电传感器8-2电源和控制信号接线端；壳体8-15的底部设置一个进水口8-9，上侧设置一个出水口8-10；外侧中部设置有安放支架8-16；
光催化立式反应器8处于箱体11的中部，安放支架8-16与净化装置的支架9连接并固定于箱体上；进水口1连接自动调节阀2，再连接前置过滤器3，最后从箱体一侧连接到光催化立式反应器8上，不设自动均压分配器；箱体的另一侧安装出水口13，箱体下部安装排污口14，箱体顶部有一个箱盖12；设置一个PLC智能控制器7，集线器6为PLC智能控制器7、水位控制器5，自动调节阀2的接线端，并与立式反应器的集线器8-8电连接；水位控制器5固定在箱体的侧壁并处于箱体11水中的适当高度；水位控制器5发出的信号通过集线器6给PLC智能控制器7，灯8-1的控制线8-11和光电传感器8-2电源和控制信号通过集线器8-8和集线器6发给PLC控制器7，PLC控制器7控制调节阀2的开启或关闭，实现智能控制。
前置过滤器3为活性炭和高分子滤芯二级过滤。反应器8催化剂载体8-4采用插件式组件。反应器8的玻璃套管8-3和催化剂载体8-4之间的间隙ΔR即处理水体厚度为3mm。反应器8的光催化剂选用二氧化钛。反应器8的载体8-4、外壳8-15材料为玻璃。反应器8的紫外灯光源用20瓦波长365.0nm光源。
自来水经本装置净化处理后的检测指标见表1所示，该指标达到了世界卫生组织WHO的直饮水指标。
               表1用实施例1深度净化的自来水技术指标
Figure A0215204000071
实施例2
在实施例1结构基础上，用一个自动均压分配器4，通过传输管10并联4级共5个反应器，组成一个单体，再把2个单体并接(复试结构)进行扩容(相当于小区用)，选用钒离子掺杂改性二氧化钛光催化剂，用30瓦波长365.0nm紫外灯，反应器内所处理水体厚度ΔR值为3mm，自来水经处理后符合直接饮用标准。

Claims (8)

1.一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，它包括箱体(11)、光催化立式反应器(8)、自动调节阀(2)、前置过滤器(3)、水位控制器(5)、集线器(6)；
其持征是光催化立式反应器包括反应器壳体(8-15)、紫外灯(8-1)、光电传感器(8-2)、地步密封的灯外玻璃套管(8-3)、光催化剂薄膜载体(8-4)；反应器壳体(8-15)呈园筒形，紫外灯(8-用固定塞(8-7)固定在地步密封的玻璃套管(8-3)内并一起固定在反应器壳体(8-15)的中央，与反应器外壳(8-15)底部采用槽式锁定，上部用橡皮螺钉(8-6)与活动盖(8-12)的锁定头(8-14)固定；光催化剂薄膜载体(8-4)置于反应器壳体(8-15)内侧槽内，底部用密封垫(8-5)密封；活动盖(8-12)用固定螺栓(8-13)、锁定头(8-14)固定在壳体(8-15)上部；光电传感器(8-2)用固定塞(8-7)固定在玻璃套管(8-3)与紫外灯(8-1)之间；集线器(8-8)为灯(8-1)的控制线(8-11)和光电传感器(8-2)电源和控制信号接线端；壳体(8-15)的底部设置一个进水口(8-9)，上侧设置一个出水口(8-10)；外侧中部设置有安放支架(8-16)；
光催化立式反应器(8)处于箱体11的中部，安放支架(8-16)与净化装置的支架(9)连接并固定于箱体上；有一个自动均压分配器(4)通过焊接或螺栓固定在箱体的底部，通过传输管(10)将几个光催化立式反应器(8)并联并供水(当只有一个反应器时取消自动均压分配器)；进水口1连接自动调节阀(2)，再连接前置过滤器(3)，最后从箱体一侧连接到自动均压分配器(4)上；箱体的另一侧安装出水口(13)，箱体下部安装排污口(14)，箱体顶部有一个箱盖(12)；设置一个PLC智能控制器(7)，集线器(6)为PLC智能控制器(7)、水位控制器(5)，自动调节阀(2)的接线端，并与立式反应器的集线器(8-8)电连接；水位控制器(5)固定在箱体的侧壁并处于箱体(11)水中的适当高度；水位控制器(5)发出的信号通过集线器(6)给PLC智能控制器(7)，灯(8-1)的控制线(8-11)和光电传感器(8-2)电源和控制信号通过集线器(8-8)和集线器(6)发给PLC控制器(7)，PLC控制器(7)控制调节阀(2)的开启或关闭，实现智能控制；上述装置复式集成，可进行多级扩容，容量不限。
2.根据权利要求1中所述的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是前置过滤器(3)为活性炭和高分子滤芯二级过滤。
3.根据权利要求1中所述的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是反应器(8)催化剂载体(8-4)采用插件式组件或用外壳(8-15)镀光催化剂膜为载体，省去催化剂载体(8-4)。
4.根据权利要求1中所述的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是反应器(8)的玻璃套管(8-3)和催化剂载体(8-4)之间的间隙ΔR即处理水体厚度为2mm～30mm。
5.根据权利要求4中所述的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是反应器(8)的玻璃套管(8-3)和催化剂载体(8-4)之间的间隙ΔR即处理水体厚度为2mm～5mm。
6.根据权利要求1中所述的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是反应器(8)的光催化剂选用二氧化钛、金属或非金属掺杂改性二氧化钛的一种或他们的结合。
7.根据权利要求1中所述的一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是反应器(8)的载体(8-4)、外壳(8-15)材料选自玻璃、不锈钢或无毒塑料。
8.根据权利要求1-4、6-7中所述的任何一种连续式智能控制光催化水质深度净化装置，其持征是反应器(8)的紫外灯光源选自235.7nm～365.0nm的UV光源。
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