申請日2014.01.04

　　公開(公告)日2014.04.30

　　IPC分類號C02F1/72; C02F1/32

　　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(jìn)水泵、液體流量計(jì)、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(jìn)水泵的吸口連接，進(jìn)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(jì)，液體流量計(jì)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(dú)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(jī)污染物。這種光催化水處理消毒工藝具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，并對探索光催化在水處理消毒領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用途徑具有指導(dǎo)意義。

　　權(quán)利要求書

　　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(jìn)水泵、液體流量計(jì)、 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(jìn)水泵的吸口連 接，進(jìn)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(jì)，液體流量計(jì) 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(dú)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0.1mm-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。

　　說明書

　　一種光催化水處理消毒設(shè)備

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　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(jìn)行光催化水處理消毒設(shè)備。

　　背景技術(shù)

　　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(shí)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(qiáng)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(xì)胞壁或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞質(zhì)流出，流出的細(xì) 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(yùn) 用光催化技術(shù)對水體進(jìn)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。

　　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(shí)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(diǎn)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(jī)械強(qiáng)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。

　　實(shí)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(jìn)展 都是停留在固定反應(yīng)器、小處理量階段，沒有針對實(shí)際的流動態(tài)水體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研 究。

　　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(gè)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(shí)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(jī)械強(qiáng)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(shí)用化。并且針對水體中含有的有機(jī)污染物，單獨(dú)的紫 外線技術(shù)不能夠?qū)⑵淙コ��?/P>

　　發(fā)明內(nèi)容

　　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(jī)污染物。

　　一種光催化水處理消毒設(shè)備，技術(shù)方案是：

　　該設(shè)備包括紫外線消毒器、進(jìn)水泵、液體流量計(jì)、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(jìn)水泵的吸口連接，進(jìn)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(jì)，液體流量計(jì)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(dú)立部件，其規(guī)格與紫外線消 毒器匹配，可獨(dú)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。

　　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(hù);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。

　　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(jìn)行的同時(shí)， 光催化作用產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性空穴或羥基自由基·OH(典型光催化劑TiO2空穴的標(biāo) 準(zhǔn)電極電位為3.0V，·OH自由基的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為2.8V，是除氟以外最強(qiáng)的氧化 物種)分解破壞菌類等微生物的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞質(zhì)流出，流出的細(xì)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(shí)，水體中的有機(jī)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·OH接觸，進(jìn)而被氧化分解。

　　針對不同的進(jìn)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(shí)際處理需求進(jìn)行增加，此外多個(gè)光催化水處理消毒器可根據(jù) 實(shí)際情況采取串聯(lián)或者并聯(lián)方式連接。

　　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(jī)污染物。這種光催化水處理消毒工藝具有潛在的實(shí)際應(yīng) 用價(jià)值，并對探索光催化在水處理消毒領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用途徑具有指導(dǎo)意義。