一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和組合式膜系統(tǒng)，其中：太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板，光伏電池板的輸出連接帶有DC12V輸出接口的儲(chǔ)能器，儲(chǔ)能器連接帶有AC220V輸出接口的逆變器，同時(shí)儲(chǔ)能器也可通過(guò)外接口與市電連接充電；組合式膜系統(tǒng)包括微濾膜，經(jīng)過(guò)微濾膜的原水經(jīng)DC12V自吸式壓力泵和超濾膜后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)紫外燈管深度滅菌作為飲用制水，另一路經(jīng)反滲透膜后進(jìn)入承壓式儲(chǔ)水膽，自承壓式儲(chǔ)水膽的水再次分為兩路，一路作為純凈制水，另一路經(jīng)混床樹(shù)脂和電阻率儀檢測(cè)后制得超純水；本裝置開(kāi)放式設(shè)計(jì)，可提供飲用水、純凈水和超純水三級(jí)不同水質(zhì)供實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，其自身用電保證系統(tǒng)，可滿足現(xiàn)場(chǎng)戶外的實(shí)訓(xùn)需要。
【專利說(shuō)明】一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深度水處理及光伏發(fā)電利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以高分子分離膜為代表的現(xiàn)代膜分離技術(shù)作為一種新型、高效流體分離單元操作技術(shù)，30年來(lái)取得了令人矚目的飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)深度處理的各個(gè)領(lǐng)域。其中，超濾膜，是一種孔徑規(guī)格一致，額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過(guò)濾膜。在膜的一側(cè)施以適當(dāng)壓力，就能篩出像細(xì)菌病毒這樣小于孔徑的物質(zhì)，及分離分子量大于500道爾頓(原子質(zhì)量單位)、粒徑大于10納米的顆粒
[0003]RO(Reverse Osmosis)反滲透技術(shù)是利用滲透壓力差為動(dòng)力的膜分離過(guò)濾技術(shù)，源于美國(guó)二十世紀(jì)六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)反滲透膜工業(yè)應(yīng)用的最大領(lǐng)域仍為大型鍋爐補(bǔ)給水、各種工業(yè)純水,飲用水。單級(jí)反滲透適合電導(dǎo)率小于500 μ S/cm的水質(zhì)；出水電導(dǎo)率1-10 μ S/cm。
[0004]目前，水質(zhì)凈純化深度處理的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置常為分散式的單膜系統(tǒng)。結(jié)合新型太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的綜合水質(zhì)分級(jí)處理教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)濁度、細(xì)菌總數(shù)、水質(zhì)電導(dǎo)及電阻率等指標(biāo)分析判斷，實(shí)施以戶外天然地表水系取水，從富礦除菌的以超濾為核心的優(yōu)質(zhì)飲用水處理到反滲透RO膜 除鹽的空白純凈水，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)核級(jí)樹(shù)脂離子交換的科研級(jí)的實(shí)驗(yàn)用超純水制取，將會(huì)給學(xué)生以全新的系列化認(rèn)識(shí)過(guò)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，以太陽(yáng)能為動(dòng)力、結(jié)合組合式膜系統(tǒng)對(duì)地表水進(jìn)行凈純化分級(jí)處理，分質(zhì)制取飲用水、純凈水、超純水等，實(shí)時(shí)開(kāi)展地表水的凈純化處理實(shí)驗(yàn)，適于科教實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)放、可操作性的要求。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和組合式膜系統(tǒng)，其中:
[0008]所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板1，光伏電池板I的輸出連接帶有DC12V輸出接口 7的儲(chǔ)能器4，儲(chǔ)能器4連接帶有AC220V輸出接口 6的逆變器5，儲(chǔ)能器4同時(shí)通過(guò)外接口 3連接市電接口 2 ；
[0009]所述組合式膜系統(tǒng)包括微濾膜8，經(jīng)過(guò)微濾膜8的原水經(jīng)DC12V自吸式壓力泵9和超濾膜10后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)紫外燈管11作為飲用制水，另一路經(jīng)反滲透膜13后進(jìn)入承壓式儲(chǔ)水膽14，出承壓式儲(chǔ)水膽14的水再次分為兩路，一路作為純凈制水，另一路先后經(jīng)混床樹(shù)脂17和電阻率儀18后制得超純水；[0010]其中，所述DC12V自吸式壓力泵9連接儲(chǔ)能器4取電，所述純凈水出口設(shè)置有電磁閥一 16，所述超純水出口設(shè)置有電磁閥二 19，電磁閥一 16連接三檔選擇開(kāi)關(guān)20除空檔外的一個(gè)檔位，電磁閥二 19連接三檔選擇開(kāi)關(guān)20除空檔外的的第二個(gè)檔位。
[0011]所述承壓式儲(chǔ)水膽14的出水口設(shè)置有流量計(jì)15。
[0012]所述飲用水出口設(shè)置有手動(dòng)閥12。
[0013]所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和組合式膜系統(tǒng)開(kāi)放式安裝于帶輪的L型鋼架上。
[0014]所述L型鋼架上設(shè)置斜面結(jié)構(gòu)，光伏電池板I安裝于該斜面結(jié)構(gòu)上。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]I)以太陽(yáng)能為動(dòng)力的光伏發(fā)電是一種新型綠色清潔能源技術(shù)，由其提供電力能源，環(huán)保清潔。
[0017]2)結(jié)合太陽(yáng)能發(fā)電的組合式膜系統(tǒng)水質(zhì)凈純化處理過(guò)程包括微濾一超濾一紫外消毒一反滲透一樹(shù)脂交換，可以分別制取飲用水、純凈水和超純水。不同處理級(jí)別的出水適用于深度水處理教學(xué)的不同需要。
[0018]3)飲用水可通過(guò)微濾一超濾一紫外消毒處理過(guò)程得到。地表水源含有顆粒物濁度、細(xì)菌等風(fēng)險(xiǎn)因子，存在一定的健康隱患，經(jīng)上述膜組合處理，可以濾除細(xì)菌、泥濁，同時(shí)，保留人體生長(zhǎng)所需的微量元素和礦物質(zhì)，制得優(yōu)質(zhì)飲用水。
[0019]4)經(jīng)反滲透過(guò)程處理，可得到純凈水。去除飲用水中包括潛在的鉻鎘汞砷重金屬及所有的無(wú)機(jī)離子、有機(jī)物、病毒等。安全性得以進(jìn)一步提高。同時(shí)，也去除了水中電解質(zhì)礦物離子，且單膜的水資源利用率較低。
[0020]5)再經(jīng)核級(jí)混床樹(shù)脂過(guò)程處理，可進(jìn)一步得到超純水。超純水可滿足科研使用，且電阻率高于1M Ω/cm2。
[0021]通過(guò)上述不同的水質(zhì)處理過(guò)程，開(kāi)放的裝置設(shè)計(jì)滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。依各種膜材對(duì)地表水水質(zhì)影響因子有不同的處理效果，學(xué)生對(duì)水質(zhì)凈純化深度處理的原理和方法會(huì)有更直觀的操控，并掌握認(rèn)知。在一些野外作業(yè)等無(wú)動(dòng)力特殊環(huán)境下，該設(shè)計(jì)裝置也可實(shí)現(xiàn)在線水質(zhì)凈純化自給，滿足用電用水的動(dòng)力應(yīng)急。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2是本實(shí)驗(yàn)裝置的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0025]如圖1所示，一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和組合式膜系統(tǒng)，安裝于帶輪的L型鋼架上，L型鋼架上設(shè)置斜面結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池板I安裝于該斜面結(jié)構(gòu)上。
[0026]其中:
[0027] 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板I，光伏電池板I安裝于L型鋼架豎直面前端設(shè)置的斜面結(jié)構(gòu)上。光伏電池板I的輸出連接帶有DC12V輸出接口 7的儲(chǔ)能器4，儲(chǔ)能器4連接帶有AC220V輸出接口 6的逆變器5，儲(chǔ)能器4同時(shí)可通過(guò)外接口 3連接市電接口 2充電；[0028]組合式膜系統(tǒng)包括微濾膜8，經(jīng)過(guò)微濾膜8的原水經(jīng)DC12V自吸式壓力泵9和超濾膜10后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)紫外燈管11作為飲用水并在飲用水出口設(shè)置有手動(dòng)閥12，另一路經(jīng)反滲透膜13后進(jìn)入承壓式儲(chǔ)水膽14，承壓式儲(chǔ)水膽14的出水口設(shè)置有流量計(jì)15，出承壓式儲(chǔ)水膽14的水再次分為兩路，一路作為純凈水，另一路先后經(jīng)混床樹(shù)脂17和電阻率儀18后得到超純水；
[0029]其中，所述DCl2V自吸式壓力泵9連接儲(chǔ)能器4取電，所述純凈水出口設(shè)置有電磁閥一 16，所述超純水出口設(shè)置有電磁閥二 19，電磁閥一 16連接三檔選擇開(kāi)關(guān)20除空檔外的一個(gè)檔位，電磁閥二 19連接三檔選擇開(kāi)關(guān)20除空檔外的的第二個(gè)檔位。
[0030]上述結(jié)構(gòu)中，主要部件介紹如下:
[0031]微濾膜8:微濾能截 留孔徑0.1~I μ m之間的微粒，阻擋懸浮物、泥沙、鐵銹及大尺度的膠體通過(guò)，用于后級(jí)深度處理的預(yù)保護(hù)。
[0032]超濾膜10:超濾微孔徑在0.01~0.1 μ m,能濾除飲用水中的細(xì)菌，膠體等主要有害物質(zhì)，出水即為含礦物質(zhì)離子和原水溶解氧的飲用水。超濾膜的低壓高通量制水運(yùn)行，符合節(jié)能環(huán)保材料的要求。其近乎100%的去濁除菌和水資源利用率，以及方便的表面納污清洗功能。
[0033]紫外燈管11:紫外線具有破壞細(xì)菌DNA的高能UVC譜線波長(zhǎng)，其物理殺菌作用表現(xiàn)為無(wú)二次污染，進(jìn)一步保證水質(zhì)飲用的安全。
[0034]反滲透膜，13:表面的微孔半徑一般在0.1~1nm之間，反滲透膜可有效去除水中的有機(jī)物、離子、病毒、蛋白等一切雜質(zhì)，處理后得到純凈水。
[0035]混床樹(shù)脂17:以核級(jí)樹(shù)脂為原料按一定比例混合的陽(yáng)、陰離子交換柱，可將純凈水中的離子進(jìn)一步交換、脫除。出水水質(zhì)達(dá)到實(shí)驗(yàn)級(jí)的超純水，制水的電阻率高于10ΜΩ。
[0036]本實(shí)驗(yàn)裝置的操作過(guò)程如下:
[0037]充電:光伏電池板I的規(guī)格為IlOOmmX 500mm，其與儲(chǔ)能器4連接，儲(chǔ)能器4則與DC12V自吸式壓力泵9的電源相接。在陽(yáng)光地帶，檢查并旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置、調(diào)節(jié)朝陽(yáng)角度，使光伏電池板I充分獲取太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電并存于儲(chǔ)能器4 ;亦或以外接口 3通過(guò)市電接口 2與市電AC220V直接為儲(chǔ)能器4充電。儲(chǔ)能器4經(jīng)逆變器5使裝置可現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)外輸出交、直流電，滿足無(wú)動(dòng)力環(huán)境下的照明及手機(jī)、定位儀、計(jì)算機(jī)等的充電和現(xiàn)場(chǎng)使用需要。
[0038]獲得的三種出水水質(zhì)及實(shí)驗(yàn)分析操作步驟如下:
[0039](I)以地表水制取飲用水
[0040]將進(jìn)水口始終置于原水桶(內(nèi)裝地表水)的液面下。啟動(dòng)DC12V自吸式壓力泵9，原水通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入微濾膜8，進(jìn)行水質(zhì)預(yù)處理。DC12V自吸式壓力泵9連接在微濾膜8和超濾膜10之間，打開(kāi)手動(dòng)閥12。同時(shí)，紫外燈管11處于工作狀態(tài)，獲得的超濾出水再經(jīng)紫外消毒后凈化為飲用水，紫外燈管11也從儲(chǔ)能器4取電。設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，分析比較MF和UF前后水質(zhì)濁度、細(xì)菌和電導(dǎo)的去除效率。(注:MF主要針對(duì)濁度去除；UF100%去除濁度、細(xì)菌，不影響水質(zhì)礦物的電導(dǎo)。)
[0041](2)以地表水制取純凈水
[0042]超濾膜10出水連接到反滲透膜13，反滲透膜13后連接有承壓式儲(chǔ)水膽14，承壓式儲(chǔ)水膽14的出口設(shè)置流量計(jì)15。如上述步驟1，若手動(dòng)閥12關(guān)閉，超濾膜10出水進(jìn)入反滲透膜13處理，出水水質(zhì)即為純凈水。設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，分析進(jìn)出RO膜的水質(zhì)電導(dǎo)和細(xì)菌的去除效率。
[0043]①當(dāng)把三檔選擇開(kāi)關(guān)20選擇為空擋時(shí)，電磁閥一 16和電磁閥二 19同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，裝置進(jìn)行儲(chǔ)水工作，當(dāng)承壓式儲(chǔ)水膽14滿水壓后，由于上限壓力作用，裝置自動(dòng)切掉DC12V自吸式壓力泵9電源，停止運(yùn)行。滿水壓狀態(tài)儲(chǔ)備著承壓純凈水，方便于大流量即時(shí)使用。
[0044]②當(dāng)三檔選擇開(kāi)關(guān)20選擇為出純凈水時(shí)，電磁閥一 16通電呈導(dǎo)通狀態(tài)，電磁閥二19呈關(guān)閉狀態(tài)，可在取水處收集純凈水。
[0045](3)以地表水制取超純水
[0046]流量計(jì)15之后接入混床樹(shù)脂17，再接電阻率儀18，可直接讀出制得的超純水電阻率。如上述步驟I若手動(dòng)閥12關(guān)閉，超濾膜10出水則進(jìn)入反滲透膜13處理，當(dāng)三檔選擇開(kāi)關(guān)20選擇為超純水擋時(shí)，電磁閥二 19通電呈導(dǎo)通狀態(tài)，電磁閥一 16呈關(guān)閉狀態(tài)，反滲透膜13出水再經(jīng)承壓式儲(chǔ)水膽14和流量計(jì)15進(jìn)入混床樹(shù)脂17進(jìn)行核級(jí)混床離子交換，讀取制水的電阻率值，收集超純水。設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，并與RO出水的電導(dǎo)值比較(ySzMQ-1)。
[0047]綜上，本裝置可提供如下三種出水水質(zhì)；①微濾-超濾+紫外消毒的優(yōu)質(zhì)飲用水；②后經(jīng)反滲透作用的純凈水；③再經(jīng)核級(jí)混床樹(shù)脂處理后的科研實(shí)驗(yàn)級(jí)的超純水。
[0048]以此所開(kāi)展的組合膜分質(zhì)處理功能參數(shù)評(píng)價(jià)，包括微濾MF作用的濁度去除，超濾UF作用的除細(xì)菌和進(jìn)一步去除濁度；反滲透RO去除有機(jī)物、礦物離子電導(dǎo)及微小病毒等。核級(jí)混床交換樹(shù)脂進(jìn)一步提升水質(zhì)電阻率。整個(gè)處理系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、安裝于豎直的立面。裝置結(jié)構(gòu)外露式開(kāi)放展現(xiàn)，利于使用者整體學(xué)習(xí)、掌握該太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化流程，開(kāi)展相關(guān)膜功能、參數(shù)評(píng)價(jià)的教學(xué) 實(shí)驗(yàn)比對(duì)及示范。滿足實(shí)驗(yàn)條件開(kāi)放和可操作性的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和組合式膜系統(tǒng)，其特征在于: 所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括光伏電池板(I)，光伏電池板(I)的輸出連接帶有DC12V輸出接口⑵的儲(chǔ)能器(4)，儲(chǔ)能器(4)連接帶有AC220V輸出接口(6)的逆變器(5)，儲(chǔ)能器(4)同時(shí)通過(guò)外接口(3)連接市電接口⑵； 所述組合式膜系統(tǒng)包括微濾膜(8)，經(jīng)過(guò)微濾膜(8)的原水經(jīng)DC12V自吸式壓力泵(9)和超濾膜(10)后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)紫外燈管(11)作為飲用制水，另一路經(jīng)反滲透膜(13)后進(jìn)入承壓式儲(chǔ)水膽(14)，出承壓式儲(chǔ)水膽(14)的水再次分為兩路，一路作為純凈制水，另一路先后經(jīng)混床樹(shù)脂(17)和電阻率儀(18)后制得超純水； 其中，所述DC12V自吸式壓力泵(9)連接儲(chǔ)能器(4)取電，所述純凈水出口設(shè)置有電磁閥一(16)，所述超純水出口設(shè)置有電磁閥二(19)，電磁閥一(16)連接三檔選擇開(kāi)關(guān)(20)除空檔外的一個(gè)檔位，電磁閥二(19)連接三檔選擇開(kāi)關(guān)(20)除空檔外的的第二個(gè)檔位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述承壓式儲(chǔ)水膽(14)的出水口設(shè)置有流量計(jì)(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述飲用水出口設(shè)置有手動(dòng)閥(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和組合式膜系統(tǒng)開(kāi)放式安裝于帶輪的L型鋼架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述L型鋼架上設(shè)置斜面結(jié)構(gòu)，光伏電池板(I)安裝于該斜面結(jié)構(gòu)上。
【文檔編號(hào)】C02F9/08GK104030506SQ201410313466
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】周康康, 葛碧洲, 羅聲, 張姣, 陳興都 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)