最新一种用于为超纯水机供水的前处理设备的制作方法

将乐信息网 http://www.jianglexinxi.cn 2020-10-18 14:57 出处:网络
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本发明涉及水处理技术领域;特别是涉及一种用于为超纯水机供水的前处理设备。



背景技术:

超纯水机是一种采用多级滤芯进行水质净化处理的净水设备,处理多使用不添加化学物质的过滤、吸附、反渗透等物理方法。实验室用纯水机一般使用超纯水机来制造超纯水。目前常见的超纯水机存在诸多尚需改进的问题,其中存在的主要问题如下:

一、市政自来水水质不稳定,如果不符合超纯水机的进水水质要求,很容易污染和堵塞纯水机内滤芯,进而导致净水水质不达标,同时也会影响超纯水机的使用寿命;

二、超纯水机在过滤水中的杂质时,其随着滤芯使用时间的推移,滤芯的过滤性能会下降,净水机过滤后的水质的好坏与滤芯密切相关,为了保证出水水质的安全性而导致滤芯更换过于频繁,从而导致超纯水机的使用成本大大增加;

三、现有的大多数超纯水机若长时间未产水,净化系统内的水则长时间处于静止状态,易滋生细菌,则初放出来的水为非超纯水,需要产水一段时间后,才会生产出合格的超纯水,因此造成资源的浪费,且滋生出的细菌会影响净化系统的使用寿命。

因此,怎样才可以提供一种能够提高超纯水机的进水水质,能够提高超纯水机的使用寿命,能够降低超纯水机的使用成本的用于超纯水机前处理设备,成为本领域技术人员有待解决的技术问题。



技术实现要素:

针对上述现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是:怎样提供一种能够提高超纯水机的进水水质,能够提高超纯水机的使用寿命,能够降低超纯水机的使用成本的用于超纯水机前处理设备。

为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:

一种用于为超纯水机供水的前处理设备,包括前处理系统和储水系统,其特点在于,所述前处理系统包括水处理反应器,所述储水系统包括储水箱,所述水处理反应器的进水端与自来水管导通连接,且在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上还设置有阀门开关;水处理反应器的出水端与储水箱的进水端导通连接,储水箱的出水端与超纯水机的进水端导通连接并为超纯水机供水,还包括控制反馈单元,所述控制反馈单元包括电磁阀和电阻率监测装置,所述电阻率监测装置和电磁阀均串联在水处理反应器与储水箱之间的输水管路上,且所述电磁阀位于电阻率监测装置的出水侧,并且电阻率监测装置和电磁阀均与在线反馈系统电连接。

本技术方案中,以自来水作为供水源,供水方便高效,容易获取。且在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上还设置有阀门开关能够方便控制对水处理反应器供水或停止供水,在停机时能够有效的保护后续的设备。供水先经过前处理系统和储水系统后再输送到超纯水机,送入前处理系统的水的水质能够得到提高,其中水处理反应器能够对水中的有机物和杂质进行过滤和去除以提高供水质量。储水系统能够对水起到稳压的功效,达到保护超纯水机的功用。还包括控制反馈单元,其中串联在水处理反应器与储水箱之间的电阻率监测装置能够监测该处水质状况,串联在水处理反应器与储水箱之间的电磁阀能够控制两者之间水流的通断情况,电阻率监测装置和电磁阀均与在线反馈系统电连接,这样,通过预设电阻率监测装置处检测到的电阻率为5 MΩ·m至18.2 MΩ·m,当电阻率监测装置检测到该处水质的电阻率值低于5MΩ·m,电阻率监测装置将检测到的数据反馈到在线反馈系统,在线反馈系统发出信号,控制单向阀关闭。通过设置的控制反馈单元能够对水质有实时监测,当水质不达标时,在线反馈系统可以通过无线通信或有线通信方式向超纯水机前处理装置绑定的网站及时发送报修指令,对前处理装置进行维修处理。从而达到保护超纯水机的功用,能够提高超纯水机的进水水质,能够提高超纯水机的使用寿命,能够降低超纯水机的使用成本。

作为优化,所述前处理系统还包括初级过滤单元、脱盐单元和保安过滤单元,所述初级过滤单元串联在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上;所述脱盐单元和保安过滤单元均串联在水处理反应器与电阻率监测装置之间的输水管路上,并且保安过滤单元位于脱盐单元的出水侧。

这样,前处理系统通过设置初级过滤单元、水处理反应器、脱盐单元和保安过滤单元并依次对水进行前处理,通过对水进行初级过滤、去除有机物、脱盐、深度过滤,采用这样的处理流程能够使得各个处理步骤之间的影响更小,对水的处理效果更好。从而使得超纯水机的进水水质得到提高,能够有利于提高超纯水机的使用寿命,降低超纯水机的使用成本。

作为优化,所述脱盐单元包括反渗透膜装置、阳离子交换树脂装置和阴离子交换树脂装置,所述反渗透膜装置的进水端与水处理反应器的出水端导通连接,反渗透膜装置的出水端与阳离子交换树脂装置的进水端导通连接,阳离子交换树脂装置的出水端与阴离子交换树脂装置的进水端导通连接,阴离子交换树脂装置的出水端与保安过滤单元的进水端导通连接。

这样,反渗透膜装置能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物;阴离子交换树脂装置和阳离子交换树脂装置能够维持流经两者的水呈电中性。使得水在流经脱盐单元后能够使其具有更大的电阻率,能够满足超纯水机对水质的要求。

作为优化,在反渗透膜装置的出水端与阳离子交换树脂装置的进水端之间还串联有水量调节器。

这样,能够方便调节反渗透膜装置的出水端流入到阴离子交换树脂装置的进水端的水量。能够根据需要进行调节水量,从而达到保护整个设备的目的。

作为优化,在水处理反应器的出水端与反渗透膜装置的进水端之间串联有单向阀和增压泵,且所述增压泵位于单向阀出水侧。

这样,通过在水处理反应器的出水端与反渗透膜的进水端之间串联有单向阀和增压泵,单向阀具有能够方便控制该处水流的通断,方便作业的效果。增压泵能够对输送过来的水加压,增加水流的通过性。将增压泵设置于单向阀出水端一侧,使得单向阀能够控制增压泵的进水端的通断情况,更加合理,方便使用。

作为优化,所述反渗透膜装置上还设有废水输出口和净水输出口,所述废水输出口与水质检测器的进水端导通连接,水质检测器的出水端与增压泵的进水端之间通过水管导通连接,并且在水质检测器的出水端与增压泵的进水端之间的水管上还串联有逆止阀,所述水质检测器的出水端上还连接有废水排水管且在所述废水排水管上串联有废水阀,在所述净水输出口上连接有净水排水管且在所述净水排水管上串联有取水阀。

这样,能够对废水输出口输出的浓度未超标的水进行回收再处理,达到节约水源的目的。浓度超标的水能够通过废水阀排出。还能够通过取水阀在净水输出口上取水。在水质检测器的出水端与增压泵的进水端之间的水管上还串联有逆止阀,能够方便控制水处理反应器出水口与废水输出口之间的水的流向,可根据需求进行调节,能够有效的减少水资源的浪费。

作为优化,所述初级过滤单元包括依次串联在自来水管与水处理反应器的进水端之间PP棉滤芯过滤器、陶瓷微滤膜过滤器和超滤膜过滤器。

这样,初级过滤单元包括依次串联在自来水管与水处理反应器的进水端之间PP棉滤芯过滤器、陶瓷微滤膜过滤器和超滤膜过滤器,通过串联的方式能够使得从自来水管输入的水流经的过滤的线路更长,过滤更加彻底,能够达到提高出水水质的目的。

作为优化,在储水箱的出水端与超纯水机的进水端之间的输水管道上串联有高压开关。

这样,通过在储水箱的出水口与超纯水机的进水口之间还串联有高压开关能够监控流入超纯水机水流的压力。达到保护超纯水机的目的。

作为优化,所述水处理反应器包括长筒形的且竖向设置的壳体,壳体内部为反应空间且壳体上设置有和反应空间相连的反应器进水口和反应器出水口,在壳体的反应空间内部设置有电催化氧化组件,电催化氧化组件将反应器进水口到反应器出水口之间的反应空间隔开,所述电催化氧化组件包括螺旋卷绕设置的阳极电极层以及与阳极电极层间隔设置并螺旋卷绕设置于阳极电极层外侧的阴极电极层,所述阳极电极层和阴极电极层均为网状结构,所述阴极电极层与阳极电极层距离处于二者之前能够产生电催化氧化反应的有效距离范围内,阴极电极层连接有至壳体外的导线用于和直流电源的负极相连,阳极电极层连接有至壳体外的导线用于和直流电源的正极相连,在壳体上还设置有能够连通到阴极电极层的填料口。

这样,采用上述结构形式的水处理反应器,可以通过填料口或进气口添加气态、液态或固态的氧化剂,通过电催化氧化产生强氧化性的自由基,对污染物进行吸附氧化和吸附氧化层的再生。不仅对带电的无机或有机污染物去除,也可降解不带电的绝大多数的有机污染物,如锈去津、MTBE等常规氧化方法难以氧化降解的有机物。同时,在水处理过程中,利用电催化可对水中部分污染物进行处理。采用阳极电极层和阴极电极层外螺旋卷绕式电极,大大增大了电极与原水之间的接触面积,过滤和吸附强度增加,去除力大大增加,水通量增大;其次,将阳极电极层和阴阳极绝缘层紧密螺旋卷绕于芯轴外部,占用空间相对减少,电极与溶液之间的有效接触面积增大,而且对有机污染物的去除效率可高达99%以上。能够提高去除水中有机的效率,去除更加高效彻底,使得水处理反应器出水口的水质更高,能够达到提高超纯水机的使用寿命,能够降低超纯水机的使用成本。

作为优化,在位于电催化氧化组件竖向的上端和下端之间的壳体的内壁上设置有至少一道沿壳体的轴线方向呈螺旋状盘旋布置的螺旋凹槽。

这样,采用在壳体内壁上设置螺旋凹槽,可以使相邻流线之间产生一定的速度梯度有利于有机物分子和气体的扩散和传质,螺旋流产生的剪切力也降低了液膜的厚度,有利于气液混合,水利条件更优,反应更为充分高效。从而使得水处理反应器的出水水质更高。

本发明具有以下优点:

1、通过对水源的初步处理,能够提高超纯水机的进水水质,延长超纯水机过滤组件和反渗透膜等单元的使用寿命,延缓耗材,有效保证超纯水机的稳定性和高效性。

2、本发明创造对每个单元进行模块化设计,根据市政供水水质的不同,本专利的初级过滤单元、有机物消减单元、脱盐单元和保安过滤单元可灵活调整,增减和更换,形成不同水质的最优配置,使该超纯水机的前处理装置达到高效低耗;有机物消减单元中的有机吸附组件和所述脱盐单元中的树脂组件均为低价材料,可再生。

3、针对高浓度有机污染水质,有机吸附组件可更换为有机氧化组件,螺旋卷绕式电化学、光化学或光电化学水处理装置,该装置可对水中的多种污染物具有优异的吸附和催化氧化降解能力,并能够将水中微量难降解有机污染物从水中先吸附分离,再逐步氧化降解为二氧化碳和水,不仅可以对有机物达到高效降解,也可以实现原位再生,提高该组件的水处理效率和使用寿命。

4、控制反馈单元装有水质传感器和在线反馈系统,对水质有实时监测,当水质不达标时,在线反馈系统可以通过无线通信或有线通信方式向超纯水机前处理装置绑定的网站及时发送报修指令,对前处理装置进行维修处理。

附图说明

图1为本发明具体实施方案中的连接结构示意图。

图2为图1中水处理流程图。

图3为图1的水处理反应器的纵剖图。

图4为图1的水处理反应器的纵向截面图。

图5为图1的水处理反应器内部的气液混合示意图。

图6为图1的水处理反应器的上端的布水板的俯视图。

图7为图1的水处理反应器的下端的布水板的俯视图。

具体实施方式

下面结合例附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时:如图1至图7所示,一种用于为超纯水机供水的前处理设备,包括前处理系统和储水系统,所述前处理系统包括水处理反应器21,所述储水系统包括储水箱22,所述水处理反应器21的进水端与自来水管导通连接,且在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上还设置有阀门开关35;水处理反应器21的出水端与储水箱22的进水端导通连接,储水箱22的出水端与超纯水机的进水端导通连接并为超纯水机供水,还包控制反馈单元23,所述括控制反馈单元23包括电磁阀232和电阻率监测装置231,所述电阻率监测装置231和电磁阀232均串联在水处理反应器21与储水箱22之间的输水管路上,且所述电磁阀232位于电阻率监测装置231的出水侧,并且电阻率监测装置231和电磁阀232均与在线反馈系统233电连接。

其中,水处理反应器即为有机物消减单元。

本技术方案中,以自来水作为供水源,供水方便高效,容易获取。且在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上还设置有阀门开关能够方便控制对水处理反应器供水或停止供水,在停机时能够有效的保护后续的设备。供水先经过前处理系统和储水系统后再输送到超纯水机,送入前处理系统的水的水质能够得到提高,其中水处理反应器能够对水中的有机物和杂质进行过滤和去除以提高供水质量。储水系统能够对水起到稳压的功效,达到保护超纯水机的功用。还包括控制反馈单元,其中串联在水处理反应器与储水箱之间的电阻率监测装置能够监测该处水质状况,串联在水处理反应器与储水箱之间的电磁阀能够控制两者之间水流的通断情况,电阻率监测装置和电磁阀均与在线反馈系统电连接,这样,通过预设电阻率监测装置处检测到的电阻率为5 MΩ·m至18.2 MΩ·m,当电阻率监测装置检测到该处水质的电阻率值低于5MΩ·m,电阻率监测装置将检测到的数据反馈到在线反馈系统,在线反馈系统发出信号,控制单向阀关闭。通过设置的控制反馈单元能够对水质有实时监测,当水质不达标时,在线反馈系统可以通过无线通信或有线通信方式向超纯水机前处理装置绑定的网站及时发送报修指令,对前处理装置进行维修处理。从而达到保护超纯水机的功用,能够提高超纯水机的进水水质,能够提高超纯水机的使用寿命,能够降低超纯水机的使用成本。

本技术方案中,所述前处理系统还包括初级过滤单元24、脱盐单元25和保安过滤单元26,所述初级过滤单元24串联在自来水管与水处理反应器21之间的输水管路上;所述脱盐单元25和保安过滤单元26均串联在水处理反应器21与电阻率监测装置231之间的输水管路上,并且保安过滤单元26位于脱盐单元25的出水侧。

这样,前处理系统通过设置初级过滤单元、水处理反应器、脱盐单元和保安过滤单元并依次对水进行前处理,通过对水进行初级过滤、去除有机物、脱盐、深度过滤,采用这样的处理流程能够使得各个处理步骤之间的影响更小,对水的处理效果更好。从而使得超纯水机的进水水质得到提高,能够有利于提高超纯水机的使用寿命,降低超纯水机的使用成本。

其中,所述保安过滤单元为超滤膜或纳滤膜组件。

这样,采用超滤膜或纳滤膜组件进行过滤,能够使得水质更好。

本技术方案中,所述脱盐单元25包括反渗透膜装置251、阳离子交换树脂装置252和阴离子交换树脂装置253,所述反渗透膜装置251的进水端与水处理反应器21的出水端导通连接,反渗透膜装置251的出水端与阳离子交换树脂装置252的进水端导通连接,阳离子交换树脂装置252的出水端与阴离子交换树脂装置253的进水端导通连接,阴离子交换树脂装置253的出水端与保安过滤单元26的进水端导通连接。

这样,反渗透膜装置能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物;阴离子交换树脂装置和阳离子交换树脂装置能够维持流经两者的水呈电中性。使得水在流经脱盐单元后能够使其具有更大的电阻率,能够满足超纯水机对水质的要求。当然具体实施时,脱盐单元可以包括反渗透膜层、阴离子树脂层和阳离子树脂层,所述反渗透膜层、阴离子树脂层和阳离子树脂层均设置在桶装壳体内且任意两者之间由带孔的隔板隔开,位于壳体一端的反渗透膜层与水处理反应器的进水端连接,位于壳体另一端的阳离子树脂层与保安过滤单元的进水端导通连接,同样属于本装置可实施的范围。

其中,反渗透膜装置可以用纳滤膜装置进行替换。这样,能够适应不同水质状况的水源。

其中,所述阳离子交换树脂为弱酸性或强酸性阳离子树脂,为氢型;所述阴离子交换树脂为氯离子型或碳酸氢根型。

这样,能够更好的维持水使其呈电中性。提高后续检测通过率。

本技术方案中,在反渗透膜装置251的出水端与阳离子交换树脂装置252的进水端之间还串联有水量调节器34。

这样,能够方便调节反渗透膜装置的出水端流入到阴离子交换树脂装置的进水端的水量。能够根据需要进行调节水量,从而达到保护整个设备的目的。

本技术方案中,在水处理反应器21的出水端与反渗透膜装置251的进水端之间串联有单向阀27和增压泵28,且所述增压泵28位于单向阀27出水侧。

这样,通过在水处理反应器的出水端与反渗透膜的进水端之间串联有单向阀和增压泵,单向阀具有能够方便控制该处水流的通断,方便作业的效果。增压泵能够对输送过来的水加压,增加水流的通过性。将增压泵设置于单向阀出水端一侧,使得单向阀能够控制增压泵的进水端的通断情况,更加合理,方便使用。

本技术方案中,所述反渗透膜装置251上还设有废水输出口和净水输出口,所述废水输出口与水质检测器29的进水端导通连接,水质检测器29的出水端与增压泵28的进水端之间通过水管导通连接,并且在水质检测器29的出水端与增压泵28的进水端之间的水管上还串联有逆止阀30,所述水质检测器29的出水端上还连接有废水排水管且在所述废水排水管上串联有废水阀31,在所述净水输出口上连接有净水排水管且在所述净水排水管上串联有取水阀32。

这样,能够对废水输出口输出的浓度未超标的水进行回收再处理,达到节约水源的目的。浓度超标的水能够通过废水阀排出。还能够通过取水阀在净水输出口上取水。在水质检测器的出水端与增压泵的进水端之间的水管上还串联有逆止阀,能够方便控制水处理反应器出水口与废水输出口之间的水的流向,可根据需求进行调节,能够有效的减少水资源的浪费。

本技术方案中,所述初级过滤单元24包括串联在自来水管与水处理反应器21的进水端之间的PP棉滤芯过滤器241、陶瓷微滤膜过滤器242和超滤膜过滤器243。

这样,初级过滤单元包括依次串联在自来水管与水处理反应器的进水端之间PP棉滤芯过滤器、陶瓷微滤膜过滤器和超滤膜过滤器,通过串联的方式能够使得从自来水管输入的水流经的过滤的线路更长,过滤更加彻底,能够达到提高出水水质的目的。当然具体实施时,所述初级过滤单元可以选用PP棉滤芯过滤器、活性炭滤芯过滤器、滤膜过滤器或KDF合金滤芯过滤器中的一种或一种以上,同样属于本装置可实施的范围。

其中,所述初级过滤单元可以采用将PP棉滤芯过滤器的滤芯、陶瓷微滤膜过滤器的滤芯和超滤膜过滤器的滤芯沿长度方向进行叠加,并且在两个相邻滤芯之间设置PP有孔隔板进行隔开。

这样,将PP棉滤芯过滤器、陶瓷微滤膜过滤器和超滤膜过滤器沿长度方向进行叠加串联,能够减初级过滤单元的纵向占用空间。

其中,活性炭滤芯过滤器为颗粒活性炭、烧结活性炭、碳纤维、碳棒或压缩活性炭材料。滤膜过滤器为陶瓷微滤膜过滤器或超滤膜过滤器。

本技术方案中,在储水箱22的出水端与超纯水机的进水端之间的输水管道上串联有高压开关33。

这样,通过在储水箱的出水口与超纯水机的进水口之间还串联有高压开关能够监控流入超纯水机水流的压力。达到保护超纯水机的目的。

本具体实施方案中,所述水处理反应器包括长筒形的且竖向设置的壳体1,壳体1内部为反应空间且壳体1上设置有和反应空间相连的反应器进水口2和反应器出水口3,在壳体1的反应空间内部设置有电催化氧化组件,电催化氧化组件将反应器进水口2到反应器出水口3之间的反应空间隔开,所述电催化氧化组件包括螺旋卷绕设置的阳极电极层11以及与阳极电极层11间隔设置并螺旋卷绕设置于阳极电极层11外侧的阴极电极层13,所述阳极电极层11和阴极电极层13均为网状结构,所述阴极电极层13与阳极电极层11距离处于二者之前能够产生电催化氧化反应的有效距离范围内,阴极电极层13连接有至壳体外的导线用于和直流电源16的负极相连,阳极电极层11连接有至壳体外的导线用于和直流电源16的正极相连,在壳体1上还设置有能够连通到阴极电极层13的填料口6。

这样,采用上述结构形式的水处理反应器,可以通过填料口或进气口添加气态、液态或固态的氧化剂,通过电催化氧化产生强氧化性的自由基,对污染物进行吸附氧化和吸附氧化层的再生。不仅对带电的无机或有机污染物去除,也可降解不带电的绝大多数的有机污染物,如锈去津、MTBE等常规氧化方法难以氧化降解的有机物。同时,在水处理过程中,利用电催化可对水中部分污染物进行处理。采用阳极电极层和阴极电极层外螺旋卷绕式电极,大大增大了电极与原水之间的接触面积,过滤和吸附强度增加,去除力大大增加,水通量增大;其次,将阳极电极层和阴阳极绝缘层紧密螺旋卷绕于芯轴外部,占用空间相对减少,电极与溶液之间的有效接触面积增大,而且对有机污染物的去除效率可高达99%以上。能够提高去除水中有机的效率,去除更加高效彻底,使得水处理反应器出水口的水质更高,能够达到提高超纯水机的使用寿命,能够降低超纯水机的使用成本。

其中,水处理反应器(即有机物消减单元)可以为有机物吸附组件,如利用活性炭材料、碳纤维材料、碳纳米材料、石墨烯材料、炭气凝胶、分子筛、沸石、树脂等吸附去除,或有机物氧化组件,利用高级氧化技术(如UV/H2O2、UV/O3、UV/E-O2、E-O3等)对有机物进行降解去除。所述有机物消减单元可以根据自来水的进水水质选择上述2~3种进行串联。

本具体实施方案中,在位于电催化氧化组件竖向的上端和下端之间的壳体1的内壁上设置有至少一道沿壳体1的轴线方向呈螺旋状盘旋布置的螺旋凹槽17。

这样,采用在壳体内壁上设置螺旋凹槽,可以使相邻流线之间产生一定的速度梯度有利于有机物分子和气体的扩散和传质,螺旋流产生的剪切力也降低了液膜的厚度,有利于气液混合,水利条件更优,反应更为充分高效。从而使得水处理反应器的出水水质更高。

本具体实施方案中,反应器进水口2位于壳体1的上端,反应器出水口3位于壳体1的下端,在位于反应器进水口2和反应器出水口3之间的壳体1的内腔中还具有水平设置的且竖向间隔布置在壳体1上端的原水布水板7和下端的气态氧化剂布气板8,上端的原水布水板7和下端的氧化剂布气板8上都均匀的设置有多个孔,在布气板8的中心连接有竖向延伸至反应器出水口3外部的且与反应空间导通的短管9,使得进水能够经过上端的布水板7后再螺旋向内经过电催化氧化组件后再经电催化氧化组件下端的布气板8,进水经下端的布气板8后再由短管9排出。

这样,将反应器进水口设置于壳体上端,更有利于原水进入,将反应器出水口设置于壳体下端有利于处理后的原水排出;原水从上端的反应器进水口进入,经上端的布水板将原水均匀的分布于反应空间内部,使得各个部位过滤原水的量均衡,能够提高对原水的过滤效率,反应更加高效。芯轴下端布气板中心设有较大的圆形通孔,经过反应空间内的电催化氧化组件吸附氧化后的原水再经芯轴下端布气板中心通孔的内接短管由壳体下端的反应器出水口流出,该通孔对吸附氧化后的原水具有导向的作用,可使得处理后的原水均匀的从反应空间流出,在提高除出水效率的同时还能提高原水与反应空间内的电催化氧化组件的过滤面积,提高水处理过滤的能力和效率。从而使得水处理反应器的出水水质和出水效率更高。

本具体实施方案中,所述电催化氧化组件包括阳极电极层11、阴极电极层13、绝缘层12和支撑层14,阴极电极层13和阳极电极层11之间设置有绝缘透水材料制得的绝缘层12,所述绝缘层12呈螺旋卷绕设置并分布于阴极电极层13和阳极电极层11之间的螺旋通道内,所述支撑层14设置于阴极电极层13外侧并沿阴极电极层13的外轮廓线呈螺旋卷绕设置,所述绝缘层12和支撑层14均为三维网状或海绵状结构。

这样,整个水处理反应器中阴极电极层为吸附氧化层,本水处理反应器以吸附氧化和再生为主,相比现有的专利CN101597096A和CN 205856075U电催化膜装置的过膜组件,本水处理反应器水处理时需要的压差较低,在较低能耗下即可达到很好的水处理效果。在阴极电极层和阳极电极层之间设置有绝缘层,可以更好的保证阴极电极层和阳极电极层之间不会接触短路,保证电催化反应的顺畅进行;阴阳极同时螺旋卷绕,可以保证阴极电极层与阳极电极层之间的距离保持不变;设置有支撑层,可以使得阳极电极层、阴阳极绝缘层和阴极电极层保持呈螺旋卷绕的形状,保证其与原水具有固定的接触面积,保证整个反应器具有较好的稳定性。其次,还可使得整个电催化氧化组件的结构更加紧凑,节约空间。

本具体实施方案中,在壳体1的中心位置沿壳体1的轴线方向设置有绝缘透水材料制得的空心芯轴10,在芯轴10的外部设置有由阳极电极层11、绝缘层12、阴极电极层13和支撑层14四者共同复合并螺旋卷绕设置所构成的电催化氧化组件,在电催化氧化组件的外部还套设有圆筒形的固定层15,固定层15为网状结构。这样,将阳极电极层、绝缘层、阴极电极层和支撑层复合卷绕固定于壳体中心位置的芯轴上,卷绕层的外部套设有固定层,可使阴极电极层与阳极电极层之间的距离保持不变,电催化氧化组件上各个部件在反应空间内的位置更加的稳定,使得整个反应器的吸附过滤效果更加稳定,具有更强的抗破坏性。

本具体实施方案中,上端的布水板7上的过水孔位于固定层上端部对应区域的外部的位置,下端气态氧化剂布气板8上的过气孔位于支撑层14和绝缘层12下端部对应区域内的位置。这样,原水经过上端的布水板均匀进入反应空间内的螺旋卷绕电极层的外部,通过凹槽螺旋流向从支撑层经阴极电极层水平向阳极电极层流动,使得原水经过多层螺旋卷绕电极层过滤,同时具有更长的反应距离,方便电催化反应能够提高整个装置的过滤效率。在经过处理后的原水从芯轴下端布气板中心内接短管经反应器出水口流出,能够将处理后的原水集中排出反应空间,下端布气板上的孔具有引流的作用,能够使处理后的原水均匀的排出,不会形成原水堆积,使得处理后的原水更加顺畅的排出。

本具体实施方案中,所述绝缘层12为聚四氟乙烯材料、氧化铝材料、氧化锆材料或氧化钛及其复合材料制得的具有绝缘和透液功能的三维网状材料,所述支撑层14为绝缘透液材料制成的三维网状或海绵状膜层,且绝缘层12和支撑层14均有可透气通孔,绝缘层12和支撑层14均为聚四氟乙烯等抗氧化材质。这样,绝缘层采用上述材料具有更好的绝缘效果和透液效果。膜支撑层为绝缘透液材料制成的三维网状或海绵状层有利于阴极电极层与阳极电极层之间发生电催化反应,使得电催化效果更好,对原水的过滤效果更好。

本具体实施方案中,阴极电极层13为石墨材料、活性炭材料、碳纤维材料、碳纳米材料、石墨烯材料、炭气凝胶材料或金属材料制得的具有阴极电极属性的吸附氧化层,其孔径为0.001μm至50mm。这样,上述材料可以形成更好的阴极效果和吸附氧化效果。其中所述的石墨电极为石墨丝电极、石墨毡电极、石墨海绵电极、石墨粒电极或多孔石墨电极;所述的碳纤维电极为碳纤维丝电极、碳纤维毡电极、碳纤维布电极、碳纤维纸电极或碳纤维海绵电极;其中所述金属复合电极为金属、金属氧化物或金属氢氧化物一种或几种的复合材料,所述的金属为铂、钛、铜、镍、锌、铁、锰、铅、锡、钨、锑,所述的金属氧化物中金属为铂、钛、铜、镍、锌、铁、锰、铅、锡、钨、锑,所述的金属氢氧化物中金属为铂、钛、铜、镍、锌、铁、锰、铅、锡、钨、锑。

本具体实施方案中,所述阳极电极层11为石墨材料、金属材料或金属复合材料制得的具有阳极电极属性的导电层,所述阳极导电层11厚度为5mm-10mm,绝缘层12厚度为5mm-100mm,阴极电极层13的厚度为5mm-100mm,支撑层14厚度为5mm-100mm。

本具体实施方案中,填料口6和反应器进水口2均位于布水板以上的壳体上端位置,在壳体1的上端还设置有排气口5,在壳体1的下端设置有气态氧化剂的进气口4。这样,方便添加氧化剂,方便气体排出和输入,使得反应器内部的压强保持恒定。填料口和反应器进水口在布水板以上,布水板布水前,填料和原水可以达到充分混合。进气口在壳体下端,气泡上浮,可在反应器装置中产生多个内部环流,提高气液固三相的传质效率。

在具体实施时可根据进水水质和处理水量要求,灵活设置反应器大小及电催化氧化组件阳极电极层11、绝缘层12、阴极电极层13和支撑层14螺旋卷绕的层数,一般为3~10000层,该电化学水处理反应器可做成滤罐,用于不同规模的饮用水深度处理或难降解工业废水的处理。

本具体实施方案中,螺旋卷绕式电催化氧化组件中的绝缘层12和支撑层14除了隔绝阴极阳极电极层和支撑作用外,同时还作为通入反应器气态氧化剂(臭氧、氧气等)的氧化剂扩散层,起到气态氧化剂扩散和气泡切割的作用。这样,进气口在壳体下端,下端布气板上的过气孔位于绝缘层和支撑层下部对应区域的位置,电化学水处理反应器下部通入气体(如臭氧、氧气)时,气体经过布气板的过气孔向上到达绝缘层和支撑层,此时,三维网状或海绵状的绝缘透液材质的绝缘层和支撑层可作为气体扩散层,气体扩散同时绝缘层和支撑层结构将气泡切割,切割为若干小气泡,使经由布水板螺旋流向的原水流过电化学水处理反应器内部螺旋卷绕电极层时形成的若干环流,与膜支撑层切割的若干小气泡实现气液两相或气液固三相充分接触,提高两相或三相的传质效率,减小反应器内部的短流,同时也助于减少反应器内部死水区的存在,使反应能够快速高效的进行。

本具体实施方案中,螺旋卷绕电极组件中的支撑层14比阳极电极层11、阴阳绝缘层12和阴极电极层13厚度大。这样,支撑层厚度增加,电化学水处理反应器在通气时,作为气体扩散层,气体扩散量增加,气液两相或气液固三相的接触面积增大。

本具体实施方案中,所述阳极电极层11为石墨材料、金属材料或金属复合材料制得的具有阳极电极属性的导电层。

这样,上述材料可以形成更好的阳极效果。其中所述的石墨电极为石墨丝电极、石墨毡电极、石墨棒电极、石墨板电极或石墨粒电极;所述的金属电极为铂电极、钛电极、铜电极、镍电极,且所述的金属电极为丝状、网状、棒状或板状电极;所述的金属复合电极为金属、金属氧化物或金属氢氧化物一种或几种的复合材料,所述的金属为铂、钛、铜、镍、锌、铁、锰、铅、锡、钨或锑,所述的金属氧化物中金属为铂、钛、铜、镍、锌、铁、锰、铅、锡、钨或锑,所述的金属氢氧化物中金属为铂、钛、铜、镍、锌、铁、锰、铅、锡、钨或锑,且所述的金属复合电极中电极为石墨电极、铂电极、钛电极或锡电极。


技术特征:

1.一种用于为超纯水机供水的前处理设备,包括前处理系统和储水系统,其特征在于,所述前处理系统包括水处理反应器(21),所述储水系统包括储水箱(22),所述水处理反应器(21)的进水端与自来水管导通连接,且在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上还设置有阀门开关(35);水处理反应器(21)的出水端与储水箱(22)的进水端导通连接,储水箱(22)的出水端与超纯水机的进水端导通连接并为超纯水机供水,还包括控制反馈单元(23),所述控制反馈单元(23)包括电磁阀(232)和电阻率监测装置(231),所述电阻率监测装置(231)和电磁阀(232)均串联在水处理反应器(21)与储水箱(22)之间的输水管路上,且所述电磁阀(232)位于电阻率监测装置(231)的出水侧,并且电阻率监测装置(231)和电磁阀(232)均与在线反馈系统(233)电连接。

2.如权利要求1所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,所述前处理系统还包括初级过滤单元(24)、脱盐单元(25)和保安过滤单元(26),所述初级过滤单元(24)串联在自来水管与水处理反应器(21)之间的输水管路上;所述脱盐单元(25)和保安过滤单元(26)均串联在水处理反应器(21)与电阻率监测装置(231)之间的输水管路上,并且保安过滤单元(26)位于脱盐单元(25)的出水侧。

3.如权利要求2所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,所述脱盐单元(25)包括反渗透膜装置(251)、阳离子交换树脂装置(252)和阴离子交换树脂装置(253),所述反渗透膜装置(251)的进水端与水处理反应器(21)的出水端导通连接,反渗透膜装置(251)的出水端与阳离子交换树脂装置(252)的进水端导通连接,阳离子交换树脂装置(252)的出水端与阴离子交换树脂装置(253)的进水端导通连接,阴离子交换树脂装置(253)的出水端与保安过滤单元(26)的进水端导通连接。

4.如权利要求3所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,在反渗透膜装置(251)的出水端与阳离子交换树脂装置(252)的进水端之间还串联有水量调节器(34)。

5.如权利要求3所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,在水处理反应器(21)的出水端与反渗透膜装置(251)的进水端之间串联有单向阀(27)和增压泵(28),且所述增压泵(28)位于单向阀(27)出水侧。

6.如权利要求5所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,所述反渗透膜装置(251)上还设有废水输出口和净水输出口,所述废水输出口与水质检测器(29)的进水端导通连接,水质检测器(29)的出水端与增压泵(28)的进水端之间通过水管导通连接,并且在水质检测器(29)的出水端与增压泵(28)的进水端之间的水管上还串联有逆止阀(30),所述水质检测器(29)的出水端上还连接有废水排水管且在所述废水排水管上串联有废水阀(31),在所述净水输出口上连接有净水排水管且在所述净水排水管上串联有取水阀(32)。

7.如权利要求2所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,所述初级过滤单元(24)包括串联在自来水管与水处理反应器(21)的进水端之间的PP棉滤芯过滤器(241)、陶瓷微滤膜过滤器(242)和超滤膜过滤器(243)。

8.如权利要求1所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,在储水箱(22)的出水端与超纯水机的进水端之间的输水管道上串联有高压开关(33)。

9.如权利要求1所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,所述水处理反应器包括长筒形的且竖向设置的壳体(1),壳体(1)内部为反应空间且壳体(1)上设置有和反应空间相连的反应器进水口(2)和反应器出水口(3),在壳体(1)的反应空间内部设置有电催化氧化组件,电催化氧化组件将反应器进水口(2)到反应器出水口(3)之间的反应空间隔开,所述电催化氧化组件包括螺旋卷绕设置的阳极电极层(11)以及与阳极电极层(11)间隔设置并螺旋卷绕设置于阳极电极层(11)外侧的阴极电极层(13),所述阳极电极层(11)和阴极电极层(13)均为网状结构,所述阴极电极层(13)与阳极电极层(11)距离处于二者之前能够产生电催化氧化反应的有效距离范围内,阴极电极层(13)连接有至壳体外的导线用于和直流电源(16)的负极相连,阳极电极层(11)连接有至壳体外的导线用于和直流电源(16)的正极相连,在壳体(1)上还设置有能够连通到阴极电极层(13)的填料口(6)。

10.如权利要求9所述的一种用于为超纯水机供水的前处理设备,其特征在于,在位于电催化氧化组件竖向的上端和下端之间的壳体(1)的内壁上设置有至少一道沿壳体(1)的轴线方向呈螺旋状盘旋布置的螺旋凹槽(17)。

技术总结
本发明公开了一种用于为超纯水机供水的前处理设备,包括前处理系统和储水系统,前处理系统包括水处理反应器,储水系统包括储水箱,水处理反应器的进水端与自来水管导通连接,且在自来水管与水处理反应器之间的输水管路上还设置有阀门开关;水处理反应器的出水端与储水箱的进水端导通连接,储水箱的出水端与超纯水机的进水端导通连接,还包括控制反馈单元,控制反馈单元包括电磁阀和电阻率监测装置,电阻率监测装置和电磁阀均串联在水处理反应器与储水箱之间的输水管路上,电磁阀位于电阻率监测装置的出水侧,且电阻率监测装置和电磁阀均与在线反馈系统电连接。本发明具有能够提高超纯水机的进水水质,能够提高超纯水机的使用寿命。

技术研发人员:赵纯;朱云华;朱轩墨;金凡;余聃;苗志全;郑怀礼
受保护的技术使用者:重庆大学
文档号码:201710630988
技术研发日:2017.07.28
技术公布日:2017.09.15

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