專利名稱：一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水源凈化，利用光催化技術(shù)和無機(jī)膜過濾技術(shù)來凈化飲用水，具體為一 種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置。
背景技術(shù)：
在飲用水處理方面，目前現(xiàn)有設(shè)備多是采用吸附的方法去除水中微量有機(jī)物，存在 吸附平衡和飽和的限制，致使有機(jī)物去除不徹底。懸浮物過濾多采用棉質(zhì)或有機(jī)膜濾芯， 雖然可以取得較好的功率效果，但是機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性受限制，而且不能夠起到滅菌 的目的。滅菌措施多采用紫外燈滅菌，在無催化劑作用的情況下，該種方式滅菌效果不 徹底，存在細(xì)菌光復(fù)活的現(xiàn)象。
中國專利CN02115309.4《家庭式光催化飲用水凈化裝置》，它包括流速控制器、初 級(jí)處理裝置、光催化處理裝置和儲(chǔ)水器；光催化處理裝置為立罐式結(jié)構(gòu)，它包括紫外光 源及其玻璃管護(hù)套、內(nèi)壁涂有光催化薄膜的普通玻璃管等；該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用了光催 化膜反應(yīng)處理技術(shù)。缺點(diǎn)是用于過濾懸浮物的濾芯在使用一段時(shí)間后需要更換，使用壽 命受限制。
中國專利CN98125835.2《可連續(xù)光催化凈化含有機(jī)污染物廢水及飲用水的方法及 設(shè)備》，屬于半導(dǎo)體光催化反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及連續(xù)光催化凈化含有機(jī)污染物廢水 及飲用水的方法及設(shè)備。該設(shè)備采用催化劑顆粒粒徑為16-220nm，處理后經(jīng)分離器分 離而得到合格水。該設(shè)備雖然采用了光催化技術(shù)，但催化劑顆粒的分離過程使得設(shè)備復(fù) 雜化，而且存在超細(xì)顆粒分離不徹底的可能。
中國專利CN200710025817.4《一種用于飲用水深度處理的光催化集成裝置》，涉及 一種飲用水深度處理光催化集成裝置，該裝置由緩沖桶、氣液混合泵、光催化反應(yīng)器中 一根或一根以上光催化反應(yīng)管、過濾裝置及相應(yīng)管路構(gòu)成，其特征在于光催化反應(yīng)管由 不銹鋼管、石英套管、紫外燈和導(dǎo)流環(huán)組成，石英套管內(nèi)置紫外燈，并置于不銹鋼管中 央，石英套管與不銹鋼管之間的環(huán)隙間距為0.5 50mm。該裝置采用顆粒狀或纖維狀催 化劑，也存在催化劑分離的問題。
中國專利CN01237303.6《一種應(yīng)用光催化技術(shù)的飲水機(jī)》，也應(yīng)用了 Ti02光催化 滅菌技術(shù)，但采用的是Ti02顆粒，由于Ti02顆粒難以回收，存在對(duì)飲用水造成二次污
4染的可能。
本發(fā)明依托海南省自然科學(xué)基金資助課題"納米光催化劑的負(fù)載與應(yīng)用技術(shù)研究"， 在已申請(qǐng)專利200510040893.3《Ti02光催化在陶瓷表面的負(fù)載方法》的基礎(chǔ)上，將光催 化劑負(fù)載于不銹鋼或玻璃管內(nèi)壁，采用紫外光源激發(fā)光催化反應(yīng)，達(dá)到滅菌和降解微量 有機(jī)物的目的。同時(shí)連用機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕的無機(jī)膜過濾和活性炭吸附，對(duì)自來水進(jìn) 行去除有機(jī)物和懸浮物的預(yù)處理。自來水經(jīng)物理吸附和過濾等預(yù)處理，再利用光催化膜 反應(yīng)進(jìn)行深度處理后即可實(shí)現(xiàn)自潔飲用的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有的飲用水凈化裝置采用有機(jī)膜過濾，有機(jī)膜機(jī)械強(qiáng)度 和耐腐蝕性受限制，不易清洗，需要經(jīng)常更換，而且不能滅菌；采用紫外燈滅菌在無催 化劑作用的情況下效果不徹底，存在細(xì)菌光復(fù)活的現(xiàn)象；采用光催化膜反應(yīng)滅菌的凈化 裝置大都存在催化劑分離的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置，包括 活性炭過濾組件、無機(jī)膜過濾組件和光催化膜反應(yīng)組件，活性炭過濾組件、無機(jī)膜過濾 組件和光催化膜反應(yīng)組件依次連接，水流從活性炭過濾組件流入，流經(jīng)無機(jī)膜過濾組件， 最終從光催化膜反應(yīng)組件流出飲用凈化水。
本發(fā)明光催化膜反應(yīng)組件的主體為膜反應(yīng)管，膜反應(yīng)管的內(nèi)壁負(fù)載有光催化劑薄 膜，光源置于膜反應(yīng)管的軸心位置，光源外套有石英套管；膜反應(yīng)管為立式結(jié)構(gòu)，至少 一端采用不銹鋼法蘭密封，水流由底部的進(jìn)水口，經(jīng)分布器均勻進(jìn)入膜反應(yīng)管，由頂部 的出水口流出引用凈化水。
本發(fā)明無機(jī)膜過濾組件采用錯(cuò)流過濾，無機(jī)膜過濾組件的無機(jī)膜構(gòu)成的水流通路位 于兩端用法蘭密封的不銹鋼管內(nèi)，所述水流通路豎直設(shè)置，過濾后的水進(jìn)入無機(jī)膜與不 銹鋼管之間，再流入光催化膜反應(yīng)組件。無機(jī)膜為無機(jī)陶瓷膜，平均膜孔徑小于lpm， 無機(jī)陶瓷膜附著在多孔陶瓷管上，所述多孔陶瓷管為水流通路，置于兩端用法蘭密封的 不銹鋼管內(nèi)，多孔陶瓷管的兩端采用密封圈與不銹鋼管隔絕，水流由多孔陶瓷管底部進(jìn) 入，未經(jīng)無機(jī)膜過濾的水由多孔陶瓷管頂部流出，過濾后的水流入多孔陶瓷管與不銹鋼 管之間的空間。
本發(fā)明活性炭過濾組件的活性炭為粒徑大于lpm的顆粒，可再生并重復(fù)利用，如 采用食用乙醇浸泡。
5本發(fā)明光催化膜反應(yīng)組件的膜反應(yīng)管的管材種類包括不銹鋼、玻璃和陶瓷；膜反應(yīng) 管內(nèi)壁負(fù)載的光催化劑包括Ti02、摻雜型Ti02;膜反應(yīng)管內(nèi)光源為功率小于15W的紫 外燈或輻射光譜含小于400nm的電致發(fā)光光源。
本發(fā)明提供了一種聯(lián)合使用活性炭吸附、無機(jī)膜過濾和Ti02光催化高效滅菌和去 除微量有機(jī)物的飲用水凈化裝置，該裝置適用于自來水深度凈化，制備可供直接飲用的 凈水。本發(fā)明由三部分構(gòu)成，活性炭過濾組件和無機(jī)膜過濾組件為預(yù)處理部分，用于去 除自來水中的部分有機(jī)物和余氯以及自來水中的懸浮物，光催化膜反應(yīng)組件為深度處理 部分在紫外光和負(fù)載于膜反應(yīng)管內(nèi)壁的光催化劑薄膜的作用下，達(dá)到快速滅菌、降解 余氯以及殘留有機(jī)物的效果，經(jīng)深度處理后，細(xì)菌無光復(fù)活現(xiàn)象。自來水順次經(jīng)過以上 三部分的作用，可以直接飲用。
本發(fā)明采用了無機(jī)膜代替常用的棉質(zhì)或有機(jī)膜濾芯，以錯(cuò)流過濾的方式去除懸浮 物，并且水流方向?yàn)樨Q直設(shè)置，自來水經(jīng)活性炭吸附后，由無機(jī)膜過濾，未經(jīng)無機(jī)膜過 濾的水，沿?zé)o機(jī)膜構(gòu)成的水流通路直接流出作為洗潔用水，同時(shí)該過程可以起到?jīng)_洗無 機(jī)膜膜管內(nèi)壁沉積物的作用，從而避免長(zhǎng)期使用過程中濾芯的更換。
本發(fā)明無機(jī)膜過濾組件以及光催化膜反應(yīng)組件均采用立式安裝，防止沉積物對(duì)膜的 污染、避免流動(dòng)死區(qū)，活性炭可采用食用乙醇浸泡再生并重復(fù)利用，并且無機(jī)膜過濾組 件的無機(jī)膜機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕，整個(gè)裝置各組件使用壽命長(zhǎng)，無需經(jīng)常清洗或更換； 采用光催化膜反應(yīng)滅菌，效果好，深度凈水，將光催化劑負(fù)載于不銹鋼或玻璃管內(nèi)壁， 采用紫外光源激發(fā)光催化膜反應(yīng)，達(dá)到滅菌和降解微量有機(jī)物的目的，不存在催化劑分 離的問題，不會(huì)造成水的二次污染。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明裝置的光催化膜反應(yīng)組件結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明裝置的無機(jī)膜過濾組件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l，本發(fā)明裝置包括活性炭過濾組件l、無機(jī)膜過濾組件2和光催化膜反應(yīng)組 件3，活性炭過濾組件l、無機(jī)膜過濾組件2和光催化膜反應(yīng)組件3依次連接，水流4 從活性炭過濾組件l流入，流經(jīng)無機(jī)膜過濾組件2，在無機(jī)膜過濾組件2，未通過無機(jī)膜過濾的水流出作為洗潔用水5，經(jīng)過過濾的水流入光催化膜反應(yīng)組件3，最終從光催 化膜反應(yīng)組件3流出飲用凈化水6。
圖2為本發(fā)明裝置的光催化膜反應(yīng)組件結(jié)構(gòu)圖，光催化膜反應(yīng)組件的主體為膜反應(yīng) 管31，膜反應(yīng)管31為立式結(jié)構(gòu)，膜反應(yīng)管31的管材種類包括不銹鋼、玻璃和陶瓷； 膜反應(yīng)管31內(nèi)壁負(fù)載有光催化劑薄膜32，所述光催化劑包括Ti02、摻雜型1102;光源 33置于膜反應(yīng)管31的軸心位置，光源33為功率小于15W的紫外燈或輻射光譜含小于 400nm的電致發(fā)光光源，光源33外設(shè)有石英套管34保護(hù)。膜反應(yīng)管31頂部采用不銹 鋼法蘭35密封，石英套管34與不銹鋼法蘭35的連接處設(shè)有密封部件38，水流由底部 的進(jìn)水口36，經(jīng)分布器均勻進(jìn)入膜反應(yīng)管31，在紫外光和光催化劑薄膜的共同作用下， 進(jìn)行滅菌和降解殘留的微量有機(jī)物，最后由頂部的出水口 37流出引用凈化水6，完成 飲用水凈化處理，處理后的水可直接引用。
圖3是本發(fā)明裝置的無機(jī)膜過濾組件結(jié)構(gòu)圖，無機(jī)膜過濾組件為立式結(jié)構(gòu)，采用錯(cuò) 流過濾，無機(jī)膜過濾組件的無機(jī)膜21為無機(jī)陶瓷膜，平均膜孔徑小于lMm,無機(jī)陶瓷 膜附著在多孔陶瓷管22上，所述多孔陶瓷管22構(gòu)成水流通路，置于兩端用法蘭25密 封的不銹鋼管23內(nèi)，多孔陶瓷管22的兩端采用密封圈24與不銹鋼管23隔絕，水流由 多孔陶瓷管22底部進(jìn)入，未經(jīng)無機(jī)膜21過濾的水由多孔陶瓷管22頂部流出，可作為 洗潔用水5，過濾后的水流入多孔陶瓷管22與不銹鋼管23之間的空間，流入光催化膜 反應(yīng)組件。
本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的將活性炭填充在豎直的底端封閉的筒體內(nèi)，自來水由引 流管進(jìn)入筒體底部，經(jīng)活性炭層除去有機(jī)物等一些雜質(zhì)后，溢流進(jìn)入無機(jī)膜過濾組件， 其中，用于吸附的活性炭為粒徑大于lnm的顆粒，可采用食用乙醇浸泡再生并重復(fù)利 用。膜過濾組件采用錯(cuò)流過濾，在壓力的作用下， 一部分水沿徑向滲透到附有無機(jī)陶瓷 膜的多孔陶瓷管外，進(jìn)入多孔陶瓷管與不銹鋼套管形成的殼體內(nèi)，并流入光催化膜反應(yīng) 組件，其余未通過無機(jī)陶瓷膜的水則由多孔陶瓷管頂端流出，作為一般洗潔用水。多孔 陶瓷管頂端可設(shè)置閥門，調(diào)節(jié)多孔陶瓷管內(nèi)水體的壓力，進(jìn)而控制滲透通量，該過程即 為錯(cuò)流過濾，可以及時(shí)清除多孔陶瓷管內(nèi)無機(jī)陶瓷膜表面的大部分沉積物，而無需更換 多孔陶瓷管以清潔或更換附著的無機(jī)陶瓷膜。
經(jīng)無機(jī)膜過濾組件過濾的水迸入光催化膜反應(yīng)組件。光催化膜反應(yīng)組件的主體為膜 反應(yīng)管，以鈦酸丁酯、冰醋酸、正丁醇、水的摩爾比為1:8:10:3的比例配制Ti02溶膠， 將陶瓷管的內(nèi)壁用水清洗干凈，并于稀鹽酸中浸泡30min，然后再用蒸餾水洗凈，之后
7在120°C的溫度下于鼓風(fēng)干燥箱中烘干一小時(shí)，待載體，即陶瓷管冷卻后，用浸漬提 拉法涂膜，即先將載體放入Ti02溶膠中浸泡5min，然后以10cm.min—1的速度提拉。提 拉后，將載體在空氣中晾干，然后再將其至于馬弗爐中焙燒，通電使溫度從IOO'C升到 50(TC，且溫度每升高IO(TC均保溫1小時(shí)。焙燒結(jié)束后使載體隨爐溫冷卻，即得負(fù)載 有Ti02薄膜的膜反應(yīng)管，重復(fù)上述步驟，即可得到附有4層Ti02的薄膜，SEM測(cè)定膜 的厚度為200nm。水流在光催化膜反應(yīng)組件中進(jìn)行深度處理，在紫外光和負(fù)載于膜反應(yīng) 管內(nèi)壁的光催化劑薄膜的作用下，達(dá)到快速滅菌、降解余氯以及殘留有機(jī)物的效果，經(jīng) 深度處理后，細(xì)菌無光復(fù)活現(xiàn)象。
自來水分別通過本發(fā)明裝置的活性炭過濾組件活性炭顆粒粒徑大于lpm;無機(jī)膜
過濾組件無機(jī)陶瓷膜，平均膜孔徑0.5nm，錯(cuò)流過濾；再通過光催化膜反應(yīng)組件Ti02
光催化薄膜，光源為4W低壓汞燈，自來水經(jīng)本發(fā)明裝置過濾處理后，CODMn由 0.19mg丄-'降低為0.05mg丄-'，去除率為73.7%，細(xì)菌總數(shù)由8個(gè)丄—1降低為0，滅菌率 為100%。
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權(quán)利要求
1、一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置，其特征是包括活性炭過濾組件、無機(jī)膜過濾組件和光催化膜反應(yīng)組件，活性炭過濾組件、無機(jī)膜過濾組件和光催化膜反應(yīng)組件依次連接，水流從活性炭過濾組件流入，流經(jīng)無機(jī)膜過濾組件，最終從光催化膜反應(yīng)組件流出飲用凈化水。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置， 其特征是光催化膜反應(yīng)組件的主體為膜反應(yīng)管，膜反應(yīng)管的內(nèi)壁負(fù)載有光催化劑薄膜， 光源置于膜反應(yīng)管的軸心位置，光源外套有石英套管；膜反應(yīng)管為立式結(jié)構(gòu)，至少一端 采用不銹鋼法蘭密封，水流由底部的進(jìn)水口，經(jīng)分布器均勻進(jìn)入膜反應(yīng)管，由頂部的出 水口流出引用凈化水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝 置，其特征是無機(jī)膜過濾組件采用錯(cuò)流過濾，無機(jī)膜過濾組件的無機(jī)膜構(gòu)成的水流通路 位于兩端用法蘭密封的不銹鋼管內(nèi)，所述水流通路豎直設(shè)置，過濾后的水進(jìn)入無機(jī)膜與 不銹鋼管之間，再流入光催化膜反應(yīng)組件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置， 其特征是無機(jī)膜為無機(jī)陶瓷膜，平均膜孔徑小于l)am，無機(jī)陶瓷膜附著在多孔陶瓷管上， 所述多孔陶瓷管為水流通路，置于兩端用法蘭密封的不銹鋼管內(nèi)，多孔陶瓷管的兩端采 用密封圈與不銹鋼管隔絕，水流由多孔陶瓷管底部進(jìn)入，未經(jīng)無機(jī)膜過濾的水由多孔陶 瓷管頂部流出，過濾后的水流入多孔陶瓷管與不銹鋼管之間的空間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝 置，其特征是活性炭過濾組件的活性炭為粒徑大于lpm的顆粒，可再生并重復(fù)利用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置， 其特征是活性炭過濾組件的活性炭為粒徑大于lpm的顆粒，可再生并重復(fù)利用。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置， 其特征是活性炭過濾組件的活性炭為粒徑大于lpm的顆粒，可再生并重復(fù)利用。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝 置，其特征是光催化膜反應(yīng)組件的膜反應(yīng)管的管材種類包括不銹鋼、玻璃和陶瓷；膜反 應(yīng)管內(nèi)壁負(fù)載的光催化劑包括Ti02、摻雜型Ti02;膜反應(yīng)管內(nèi)光源為功率小于15W的 紫外燈或輻射光譜含小于400nm的電致發(fā)光光源。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置， 其特征是光催化膜反應(yīng)組件的膜反應(yīng)管的管材種類包括不銹鋼、玻璃和陶瓷；膜反應(yīng)管內(nèi)壁負(fù)載的光催化劑包括Ti02、摻雜型Ti02;膜反應(yīng)管內(nèi)光源為功率小于15W的紫外 燈或輻射光譜含小于400nm的電致發(fā)光光源。
10、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置， 其特征是光催化膜反應(yīng)組件的膜反應(yīng)管的管材種類包括不銹鋼、玻璃和陶瓷；膜反應(yīng)管 內(nèi)壁負(fù)載的光催化劑包括Ti02、摻雜型Ti02;膜反應(yīng)管內(nèi)光源為功率小于15W的紫外 燈或輻射光譜含小于400nm的電致發(fā)光光源。
全文摘要
一種集成光催化和無機(jī)膜過濾技術(shù)的飲用水凈化裝置，包括活性炭過濾組件、無機(jī)膜過濾組件和光催化膜反應(yīng)組件，水流從活性炭過濾組件流入，流經(jīng)無機(jī)膜過濾組件，最終從光催化膜反應(yīng)組件流出飲用凈化水。本發(fā)明無機(jī)膜過濾組件以及光催化膜反應(yīng)組件均采用立式安裝，防止沉積物對(duì)膜的污染、避免流動(dòng)死區(qū)，活性炭可采用食用乙醇浸泡再生并重復(fù)利用，并且無機(jī)膜過濾組件的無機(jī)膜機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕，整個(gè)裝置各組件使用壽命長(zhǎng)，無需經(jīng)常清洗或更換；采用光催化膜反應(yīng)滅菌，效果好，深度凈水，將光催化劑負(fù)載于不銹鋼或玻璃管內(nèi)壁，采用紫外光源激發(fā)光催化膜反應(yīng)，達(dá)到滅菌和降解微量有機(jī)物的目的，不存在催化劑分離的問題，不會(huì)造成水的二次污染。
文檔編號(hào)C02F9/08GK101538098SQ20091003089
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者何文英, 史載鋒, 張小朋, 張瓊梅, 張?zhí)K敏, 林小明 申請(qǐng)人:海南師范大學(xué)