專利名稱：一種低阻力明渠式光催化水處理設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用光催化技術對水體進行消毒處理并安裝于明渠渠道的光催化水處理設備，屬于環(huán)境資源保護領域。
背景技術：
為了保護人類的生命健康，保護好水環(huán)境，我國先后出臺實施多個水質標準，特別是《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-200 、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》(GB/T 18921-2002)、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》(GB/T19923-2005)都將糞大腸菌群列為基本控制項目，并且對糞大腸菌群最高允許排放濃度作出了新的規(guī)定。隨著人口增長和工業(yè)化進程加快，我國的水資源也日趨緊張，污水的再生利用是解決我國目前水資源緊缺的重要途徑之一，而其中的凈化消毒是污水再生利用處理過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
目前污水凈化消毒的主要方法可分為兩大類，即化學消毒法和物理消毒法；化學消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等。氯消毒因其成本低廉、運行管理簡單且對致病微生物有廣泛的滅活特性，在目前污水消毒處理應用中仍處于主導地位；但由于氯消毒會產(chǎn)生大量的三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物，且排放的污水中含有余氯對環(huán)境會造成一定的破壞，氯的儲存和運輸也存在一定的危險性，近年來逐漸被新的消毒方法所替代，如二氧化氯等，但二氧化氯消毒方法設備復雜，操作管理要求高，制備的二氧化氯在消毒過程中利用率低(約20%)， 因而成本較高，僅僅適合于較小規(guī)模的污水處理廠。物理消毒法則有紫外線消毒等，紫外線消毒技術是一種較新的消毒方法，消毒過程不加入任何藥劑，不會對水體造成二次污染，具有殺菌迅速、占地面積小和易于控制等優(yōu)點，近年來在國內得到迅速應用。
光催化水處理消毒技術是近年迅速發(fā)展的新技術，其光催化反應原理為光催化材料TiO2 (二氧化鈦)在紫外燈的照射下，可以產(chǎn)生游離電子及空穴，利用空穴的氧化和電子的還原能力，和周邊的H20、O2發(fā)生反應，產(chǎn)生氧化能力極強的自由基(活性羥基、超氧根離子、-C00H、H2O2等)，這些自由基可輕易破壞細菌的細胞膜，使細胞質流失，進而將細胞氧化，直接殺死細菌；而這種特殊的光觸媒材料只起催化反應，本身的性質在反應前后不會發(fā)生變化，也沒有任何損耗，因此光催化消毒技術是一種綠色環(huán)保的水處理技術，是未來的發(fā)展方向。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種使用光催化技術的明渠式水處理設備。設備具有較低的流體阻力，較高的消毒處理效果。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是，設備主要包含光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元，二者均和水流方向平行放置并分別以矩形陣列形式間隔組合，安裝于明渠渠道中。
所述光催化網(wǎng)單元由框架和安裝在框架內的光催化網(wǎng)組成。本發(fā)明結構設計的特別之處在于，所述框架頂部設置有支撐架，框架的兩側邊部和支撐架的兩側邊部為偏置設計，即是框架兩側邊部相對支撐架的兩側邊部縮進或凸出一個距離。支撐架的兩側邊部設計有掛鉤，頂部設計有提手，方便安裝和維護時用。所述光催化網(wǎng)由多個小單元光催化網(wǎng)和保護套組成。所有小單元光催化網(wǎng)緊密拼接在一起組成一個平面，固定在保護套內；小單元光催化網(wǎng)根據(jù)需要可單獨設置一個保護套，增加其結構強度，并提高產(chǎn)品使用靈活性。作為更進一步的改進，所述的光催化網(wǎng)，是三維泡沫金屬網(wǎng)狀結構，孔隙率>90%， 具有厚度小，比表面積大，光催化材料(二氧化鈦)負載率高的特點。該結構特征既保證了良好的流體通透性，有效減小了流體阻力，同時大幅擴大和紫外線、流體的接觸面積，具有極高的光催化效率，能獲得更好的處理效果。所述紫外燈單元由框架、內部安裝有紫外燈的石英玻璃套管以及密封件組成。石英玻璃套管一端封閉而另一端開口，密封件連接在石英玻璃套管其中開口一端，以密封石英玻璃套管與框架的連接端，防止水進入石英玻璃套管內部。所述框架上沿垂直方向設置有一個或多個石英玻璃套管。當設置多個石英玻璃套管時，框架后側邊部件在任意上下相鄰的兩個石英玻璃套管之間設置有排水通孔，其作用是減小設備末端面的出水阻力，方便流體快速通過。所述紫外燈單元框架前側邊部件下端設有斜面，其作用是減小設備前面的進水阻力。所述紫外燈單元框架頂端設置有支撐架，支撐架的兩側邊部和頂部分別設計有安裝延伸部和提手，方便安裝和維護時用；支撐架的頂部還設有電纜出線安裝部。光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元在明渠中正確安裝后，支撐架的兩側邊部與紫外燈單元支撐架對應的側邊部基本對齊。為了減小光催化設備占據(jù)明渠的面積，最先接觸到水流的擋水部位，即光催化網(wǎng)單元前端部相對紫外燈單元前端部可縮進或凸出一個距離；同時，光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元最后接觸到水流的擋水部位，即光催化網(wǎng)單元后端部相對紫外燈單元后端部縮進或凸出一個距離，構成偏置設計。設計上，光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元的前端部和后端部不同時出現(xiàn)在偏置尺寸內的垂直于水流方向的任意截面上。本發(fā)明的有益效果是光催化網(wǎng)，是三維泡沫金屬網(wǎng)狀結構，保證了良好的流體通透性，有效減小了流體阻力，同時大幅擴大和紫外線、流體的接觸面積，具有極高的光催化效率。光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元結構上采用了前、后端部互相偏置的創(chuàng)新設計技術，使水流經(jīng)過設備時的阻力大幅減小，單位時間內可獲得更高的水體處理量，提高經(jīng)濟效益；和其它同類產(chǎn)品比較，本發(fā)明具有水流阻力小、殺菌效率高、細菌滅活徹底等特點，可廣泛應用于水處理工藝末段出水對水體進行消毒處理。


圖1是本發(fā)明在明渠渠道中的結構安裝示意圖。圖2是圖1中A-A的剖視圖。圖3是圖2中H處的局部放大圖。圖4是光催化網(wǎng)單元結構示意圖。
圖5是小單元光催化網(wǎng)和保護套的結構示意圖。圖6光催化網(wǎng)基材的結構示意圖。圖7是紫外燈單元結構示意圖。圖8是圖1中B-B的剖視圖。圖9是圖8中C-C的剖視圖。圖10是圖9中J處的局部放大圖。圖11是圖9中K處的局部放大圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖1至圖11所示，一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是，包括多個光催化網(wǎng)單元1和紫外燈單元2，二者均和水流方向W平行放置并分別以矩形陣列形式間隔組合，安裝于明渠渠道5中。具體實施時，任意兩個光催化網(wǎng)單元1中間放置一個紫外燈單元 2，各個單元之間有一定的距離，方便從明渠渠道5中提出維護。如圖1所示，明渠渠道5上方，設置了接線箱4，作用是給紫外燈單元2提供供電接口，此接線箱4和上游的供電系統(tǒng)連接，由于這部分器件的功能和本發(fā)明的技術相關性不強，所以不再展開詳細描述。所述光催化網(wǎng)單元1由框架101和安裝在框架101內的光催化網(wǎng)102組成。所述框架101頂部設置有支撐架103。支撐架103的兩側邊部103-1設計有掛鉤103_la，頂部 103-2設計有提手103-2a，方便安裝和維護時用。本發(fā)明結構設計的特別之處在于，框架101的兩側邊部101-1、101-2和支撐架103 的兩側邊部103-1為偏置設計，在本實施例中，側邊部101-1、101-2相對撐架103的兩側邊部103-1縮進一個距離，如圖4。所述光催化網(wǎng)102由多個小單元光催化網(wǎng)102-1和保護套102_2組成。所有小單元光催化網(wǎng)102-1緊密拼接在一起組成一個平面，固定在保護套102-2內；小單元光催化網(wǎng) 102-1根據(jù)需要可單獨設置一個保護套，增加其結構強度，并提高產(chǎn)品使用靈活性。作為更進一步的改進，所述的光催化網(wǎng)102，是三維泡沫金屬網(wǎng)狀結構，孔隙率 >90%，具有厚度小，比表面積大(是平面面積的4飛倍)，光催化材料(二氧化鈦)負載率高的特點。該結構特征既保證了良好的流體通透性，有效減小了流體阻力，同時大幅擴大和紫外線、流體的接觸面積，具有極高的光催化效率，能獲得更好的處理效果。光催化網(wǎng)102的基材104可以采用鎳等金屬材料制成，光催化材料二氧化鈦通過電沉積方法負載在基材上， 粘合牢固，不容易脫落，持久耐用。所述紫外燈單元2由框架201、內部安裝有紫外燈的石英玻璃套管203以及密封件204組成。石英玻璃套管203 —端封閉而另一端開口，密封件204連接在石英玻璃套管 203其中開口一端，以密封石英玻璃套管203與框架201的連接端，防止水進入石英玻璃套管203內部。所述框架201上沿垂直方向設置有一個或多個石英玻璃套管203。當設置多個石英玻璃套管203時，框架201后側邊部件201-2在任意上下相鄰的兩個石英玻璃套管203 之間設置有排水通孔201- ，其作用是減小設備末端面的出水阻力，方便流體快速通過。
所述框架201前側邊部件201-1下端設有斜面201_la，其作用是減小設備前面的進水阻力。所述框架201頂端設置有支撐架205，支撐架205的兩側邊部205_1和頂部205_2 分別設計有安裝延伸部205-la和提手205-加，方便安裝和維護時用；支撐架205的頂部 205-2還設有電纜出線安裝部205-2b。光催化網(wǎng)單元1和紫外燈單元2在明渠中正確安裝后，支撐架103的兩側邊部 103-1與紫外燈單元2支撐架205對應的側邊部205-1基本對齊。由物理學和流體力學的知識可知，流速的計算公式如下 Q
S
式中，
ν是流速，單位m/s; Q-是流量，單位m3/s; S··是明渠截面積，單位m2;
由公式可知，在一定的流量下，明渠的水通過的截面積越大，流速越慢。而光催化設備放置在渠道中后，流水通過的實際面積=明渠截面積(垂直于水流方向)-光催化設備占據(jù)的截面積，因此光催化設備占據(jù)明渠的截面積越小，則水體通過的實際面積就越大，水體受到的阻力就越小。為了減小光催化設備占據(jù)明渠的截面積，結合上述的結構特征，光催化網(wǎng)單元1 和紫外燈單元2最先接觸到水流的擋水部位，即光催化網(wǎng)單元1前端部101-1相對紫外燈單元2前端部201-1縮進一個距離，構成偏置D4 (如圖10)。同時，光催化網(wǎng)單元1和紫外燈單元2最后接觸到水流的擋水部位，即光催化網(wǎng)單元1后端部101-2相對紫外燈單元2 后端部201-2縮進一個距離，構成偏置D5(如圖11)。設計上，前端部101-1和201-1、后端部101-2和201-2不同時出現(xiàn)在偏置D4和D5尺寸內的垂直于水流方向的任意截面上。本設計的好處在于，水流經(jīng)過設備時的阻力大幅減小，單位時間內可獲得更高的水體處理量， 提高經(jīng)濟效益。而在相同處理量情況下，水體流速變慢，和設備的接觸時間更長，因而消毒效果更好。設備工作時，紫外燈單元2中有紫外光照射到光催化網(wǎng)單元1的光催化網(wǎng)102上， 負載在光催化網(wǎng)102上的二氧化鈦受到激活發(fā)生光催化反應，光催化網(wǎng)102表面產(chǎn)生氧化能力極強的羥基自由基，加上紫外線本身也具有一定的殺菌能力，光催化效應和紫外線產(chǎn)生雙重殺菌作用，水流經(jīng)過光催化網(wǎng)102和紫外光照射的區(qū)域，水中的細菌被迅速殺滅。在本實施例中，光催化網(wǎng)單元1的整體厚度Dl ^ 25 mm，光催化網(wǎng)102基材104的厚度<20 mm;紫外燈單元2的框架201前側邊部件201-1厚度D2S 25 mm，石英玻璃套管 203的直徑彡25 mm，框架201后側邊部件201-2的厚度50 mm。由于本產(chǎn)品結構厚度小，因此水流阻力不大，加上上述偏置設計的特點，設備具有更小的流體阻力。按照同樣的思路，作為實施的另一種方式，所述光催化網(wǎng)單元1的框架101前、后側邊部101-1、101-2以偏置設計方式與紫外燈單元2的框架201前、后側邊部件201-1、 201-2之間構成凸出間距，同樣可降低設備占用渠道的面積。
光催化網(wǎng)單元1、紫外燈單元2也可以和水流方向垂直放置，但由于阻力會增加， 適合于水體流速較小的場合。綜合上述的各種技術方法，本發(fā)明的光催化水處理設備具有光催化效率高，細菌滅活徹底和低水阻的特點(經(jīng)過實踐證明，在水體流速0. 2^0. 5 m/s的情況下，光催化水處理設備前后的液面高度差<10 mm)。在相同條件下，具有更大的處理量和更好的殺菌效果， 在水處理工程消毒工藝應用中具有明顯優(yōu)勢，具有極佳的經(jīng)濟效果，值得大力推廣和應用。以上所述的具體實施例，僅為本發(fā)明較佳的實施例而已，舉凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的等同設計，均應為本發(fā)明的技術所涵蓋。
權利要求
1.一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是，包括安裝于明渠渠道(5)中且與水流方向平行設置有多個光催化網(wǎng)單元(1)和紫外燈單元(2)，多個光催化網(wǎng)單元(1)和紫外燈單元(2)以矩形陣列形式間隔組合排置在明渠渠道(5)中，所述每個光催化網(wǎng)單元(1) 和紫外燈單元(2)的前、后端部相互之間以偏置設計方式構成偏置間距。
2.根據(jù)權利要求1所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是；所述光催化網(wǎng)單元(1)由框架(101)和安裝在框架(101)內的光催化網(wǎng)(102)組成，光催化網(wǎng)(102)為負載有二氧化鈦的三維泡沫金屬網(wǎng)狀結構；所述紫外燈單元(2)由框架(201)、內部安裝有紫外燈的石英玻璃套管(203)以及密封件(204)組成，石英玻璃套管(203) —端封閉而另一端開口，密封件(204)連接在石英玻璃套管(203)其中開口一端，以密封石英玻璃套管(203)與框架(201)的連接端；光催化網(wǎng)單元(1)的框架(101)的前、后側邊部(101-1、101-2)以偏置設計方式與紫外燈單元(2)由框架(201)前、后側邊部件(201-1、201-2)之間構成縮進間距。
3.根據(jù)權利要求2所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是，所述光催化網(wǎng)單元(1)的框架(101)前、后側邊部(101-1、101-2)以偏置設計方式與紫外燈單元(2)由框架(201)前、后側邊部件(201-1、201-2)之間構成凸出間距。
4.根據(jù)權利要求2所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是所述光催化網(wǎng)(102)由多個小單元催化網(wǎng)(102-1)以平面形式緊密拼接組成，小單元催化網(wǎng)(102-1)外周設置有保護套(102-2)。
5.根據(jù)權利要求2所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是所述框架 (101)頂部設置有支撐架(103)，支撐架(103)的兩側邊部(103-1)和頂部(103-2)分別安裝有掛鉤(103-la)和提手(103-加)，支撐架(103)兩側邊部(103-1)延伸出(或縮進)框架 (101)兩側邊部(101-1、101-2)。
6.根據(jù)權利要求2所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是所述框架 (201)前側邊部件(201-1)下端設有斜面(201-la)。
7.根據(jù)權利要求2所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是所述框架 (201)上沿垂直方向設置有一個或多個石英玻璃套管(203)，多設置多個時，任意上下相鄰的兩個石英玻璃套管(203)之間的框架(201)后側邊部件(201-2)設置有排水通孔(201-加)。
8.根據(jù)權利要求2所述一種低阻力明渠式光催化水處理設備，其特征是所述框架 (201)頂端設置有支撐架(205)，支撐架(205)的兩側邊部(205-1)和頂部(205-2)分別設計有安裝延伸部(205-la)和提手(205-2a)，支撐架(205)的頂部(205-2)還設有電纜出線安裝部(205-2b)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低阻力明渠式光催化水處理設備，本設備主要包括光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元，與水流方向平行放置，通過支撐架間隔組合并安裝于明渠渠道中，光催化網(wǎng)單元和紫外燈單元在結構分布上采用了擋水部位互相偏置的創(chuàng)新設計技術，使水流經(jīng)過設備時阻力大幅減小，單位時間內可獲得更高的水體處理量，提高經(jīng)濟效益；本設備的核心材料采用三維泡沫網(wǎng)狀結構的光催化網(wǎng)，具有厚度小、比表面積大、二氧化鈦負載量大的特點，在有效減小流體阻力的同時大幅增大與水體的接觸面積，從而獲得更好的處理效果，本發(fā)明具有水流阻力小、殺菌效率高(≥99%)等特點，可廣泛應用于污水處理末段出水水體凈化消毒處理。
文檔編號C02F1/72GK102502919SQ20111043485
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者潘華耿, 高冠勇 申請人:佛山市順德區(qū)都圍科技環(huán)保工程有限公司