一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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)，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(zhuān)利說(shuō)明】一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型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)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

【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，額定孔徑范圍為〇. 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] R〇(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R0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)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水 質(zhì)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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1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1安裝于該斜面結(jié)構(gòu)上。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0016] 1)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10ΜΩ/〇ιι2。
[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(zhuān)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)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0025] 如圖1所示，一種移動(dòng)式太陽(yáng)能水質(zhì)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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1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1，光伏電池板1安裝于L型鋼架堅(jiān)直面前端設(shè)置 的斜面結(jié)構(gòu)上。光伏電池板1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DC 12V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?1 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?10nm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1的規(guī)格為1100mmX500mm，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1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] (1)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R0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1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R0出水的電導(dǎo)值比較（μ S = ΜΩ-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R0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)、安裝于堅(jiān)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)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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（1)，光伏電池板（1)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（2); 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)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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)凈純化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，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（1)安裝于該斜面結(jié)構(gòu)上。
【文檔編號(hào)】C02F9/08GK203946989SQ201420364205
【公開(kāi)日】2014年11月19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)