城市屋頂儲水裝置的制造方法
專利名稱:城市屋頂儲水裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種城市屋頂儲水裝置，屬于生活飲用水水質深度處理技術領域。該城市屋頂儲水裝置包括至少一對陰陽電極、為陰陽電極供電的電解電源和盛水容器，成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜，盛水容器的頂部開設有窗口，陰電極設于所述盛水容器內的底部處，陽電極設于窗口處，盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層，在使用時，陰電極與盛水容器內的水接觸，陽電極與盛水容器通過透水性隔膜滲透的滲透水接觸。該城市屋頂儲水裝置同時采用物理和化學方法對對城市供水管網高層建筑頂層安裝的高位水箱中的儲水進行凈化。
【專利說明】
城市屋頂儲水裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種城市屋頂儲水裝置，屬于生活飲用水水質深度處理技術領域。
【背景技術】
[0002]水污染主要是由人類活動產生的污染物造成，它包括工業(yè)污染源，農業(yè)污染源和生活污染源三大部分。日趨加劇的水污染，已對人類的生存安全構成重大威脅，成為人類健康、經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。據世界權威機構調查，每年因飲用不衛(wèi)生水至少造成全球2000萬人死亡，因此，水污染被稱作〃世界頭號殺手〃。當前，水環(huán)境加劇惡化，已經嚴重危及生命延續(xù)，特別當突發(fā)天災人禍時尤甚。在世界上一些極端貧窮落后地區(qū)，飲到干凈放心水對于普通民眾而言甚至幾近奢侈。倘若能以簡單、廉價、高效的手段，使民眾皆可飲到干凈放心水，當為何等無量之功德！
[0003]國內外大多數自來水廠至今仍采用沉淀、過濾、加氯消毒的陳舊工藝方法，將江河水或地下水簡單加工成可飲用水。然而，面對工業(yè)污水、農業(yè)污水和生活污水猖獗泛濫涌入生活水源，自來水廠已經不堪重負無能為力。再加上自來水從水廠經輸水管網及高層儲水箱到達飲用水終端所帶來的附加污染，市政自來水已不敢說是衛(wèi)生的了。尤其是，自來水加氯雖然可有效殺除病菌，但同時也會產生較多的鹵代烴化合物，這些含氯有機物的含量成倍增加，是引起人類患各種疾病的重大根源。即使是把自來水煮沸了，上述殘留物仍驅之不去，還會使亞硝酸鹽與三氯甲烷等致癌物增加。亦即，即便飲用開水的安全系數也是不高的。
[0004]既然直接飲用自來水難保安全，凈水器應運而生，成為民眾硬性需求。然而，現有的以市供自來水為源水的水質凈化產品或涉水產品，基本為介質吸附或采用各種孔徑過濾膜將水中污染物加以攔截濾除的物理處理工藝。由于活性炭類吸附材料很容易飽和失效，而各種過濾膜又很容易被細菌污染或有機物阻塞或破損，因此實際情況是并不能如理論設計所期望那樣作到對水中污染物的充分凈化。面對日益嚴重的源水污染，現有以介質吸附或采用各種孔徑過濾膜將水中污染物加以攔截濾除的物理方式水處理工藝已經遠遠不能保證水質達標。另外，傳統(tǒng)的RO膜反滲透過濾方法對水資源的浪費非常嚴重，往往凈化I升純凈水就需要排出3升濃縮廢水。但是，物理方式水處理工藝也有可取之處:通常不生成毒副產物。
[0005]相比而言，化學水處理工藝雖具有廉價簡單高效等諸多優(yōu)點，卻并不適宜于民用終端生活飲用水領域。究其原因，一是化學水處理工藝需要足夠的反應時間，而在日常生活用水場合，凈水器從開機進水到出水僅僅數秒鐘乃至更短，污染物在凈水器中停留時間太短，根本來不及完成相關化學反應處理；其二是，化學水處理工藝通常伴隨一定的毒副作用。例如，盡管化學氧化反應可強效滅活細菌，深度降解有機物，去除水中的各種有害物質，但化學氧化法所生成的各類強氧化因子基本是無選擇性、不可控的，若處理不當極可能生成源水中沒有的新物質甚至強致癌物，反而危及飲水安全。而還原反應控制不當也會帶來類似問題，例如硝酸鹽可能轉化為強致癌物亞硝酸鹽;正因為如此，迄今未見在生活飲用水凈化處理領域尤其是家庭飲水終端推廣應用。
[0006]慶幸的是，日常生活中，飲用水需求往往具有分時段、間歇之特點。例如，家庭三頓飯用水及洗浴高峰主要集中在早中晚時間；洗衣用水則按周/次計算。日常生活中飲用水存儲裝置，通指帶有儲水箱(罐、容器)的飲用水終端，例如:I)管線凈水系統(tǒng)終端壁掛機、臺式或立式飲水機;2)R0純水機出水儲存壓力桶(箱)，以及飲水杯、壺;3)城市供水管網高層建筑頂層安裝的高位水箱，甚至農村居民抽取地下水至屋頂的儲水罐。目前該類系統(tǒng)存在的共性問題是儲水箱內水中細菌微生物超標，嚴重影響水質甚至異味發(fā)臭。迄今尚無好的解決方法。
[0007]因此，急需開發(fā)出一種能夠滿足城市供水管網高層建筑頂層安裝的的高位水箱中的儲水深度凈化要求的、以儲水容器為反應池，對源水進行處理、家家戶戶都用得起的簡易
目.ο
【實用新型內容】
[0008]本實用新型解決的第一個技術問題是，針對現有技術不足，提出一種同時采用物理和化學方法對城市供水管網高層建筑頂層安裝的的高位水箱中的儲水進行凈化的城市屋頂儲水裝置。
[0009]本實用新型解決的第二個技術問題是，在解決上述第一個技術問題基礎上，針對現有技術不足，提出一種在對城市供水管網高層建筑頂層安裝的的高位水箱中的儲水進行降解水中有機物時更少產生毒副產物的城市屋頂儲水裝置。
[0010]本實用新型解決的第三個技術問題是，在解決上述兩個技術問題基礎上，針對現有技術不足，提出一種持續(xù)對農村建筑頂層安裝的高位水箱中的儲水進行凈化的城市屋頂儲水裝置。
[0011 ]
【申請人】經過反復試驗和多年探索，發(fā)現了電化學作為一種高級氧化水處理工藝，所附加毒副效應遠較常規(guī)化學水處理工藝為小，而且電化學水處理工藝可以通過電參數的調整來強化處理強度減少反應時間。這樣，電化學水處理技術具有克服物理水處理工藝軟肋、可用于生活飲用水凈化處理的一定潛力。
[0012]電化學水處理技術是使污染物質在電極上發(fā)生直接電化學反應或是利用電極表面產生強氧化性活性物質發(fā)生氧化反應而被轉化.電化學技術及其輔以其他高級氧化技術的組合工藝，稱為電化學體系，包括電極電催化、電-Fenton、電-03、聲-電、光-電等。
[0013]電化學水處理離不開電極作用，具體分為電極直接反應和電極間接反應。電極直接反應是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從水中去除。直接電解可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉化成毒性較小的物質或易生物降解的物質，甚至發(fā)生有機物無機化，從而達到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除。
[0014]電極間接反應則是利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質。陽極間接反應，在水中所產生的氧化還原物質，通常包括以下幾類:(I)具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽等；負電性，可以被陽極除去；(2)H202、03(標準電極電勢2.07，半衰期30-60min)等強氧化因子；(3)電化學反應產生的強氧化性且壽命極短的中間體，包括e(溶劑化電子)、.0Η、Η02.、.02等自由基，以.0H為主，可以降解有機物。
[0015]但是，電化學本質上仍屬化學處理工藝，哪怕毒副作用再小，仍有使水的生物指標降低之風險。在水環(huán)境前所未有嚴重污染、在傳統(tǒng)物理凈水器已力不從心的今天，重新審視研究化學水處理一一尤其是電化學水處理技術在生活飲用水凈化處理應用的可能性，創(chuàng)新開發(fā)一種既能高效除去水中污染物、又無毒副產物的電化學處理工藝、乃至電化學水處理工藝與物理吸附過濾工藝協(xié)同聯(lián)用的全新水質凈化方法與裝置，具有十分重要的現實意義。
[0016]為了解決上述第一個技術問題，本實用新型的發(fā)明人在上述認識的基礎上提出如下技術方案:一種城市屋頂儲水裝置，包括至少一對陰陽電極、為所述陰陽電極供電的電解電源和盛水容器，成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜，所述盛水容器的頂部開設有窗口，所述陰電極設于所述盛水容器內的底部處，所述陽電極設于窗口處，所述盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，所述隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層，在使用時，所述陰電極與所述盛水容器內的水接觸，所述陽電極與所述盛水容器通過所述透水性隔膜滲透的滲透水接觸。
[0017]上述本實用新型的城市屋頂儲水裝置技術方案的有益效果是:本實用新型裝置的陰電極與盛水容器內的水接觸，陽電極與盛水容器通過透水性隔膜滲透的滲透水接觸，在保證本實用新型裝置的電解反應正常進行的基礎上，把陽極直接氧化反應轉移到容器(盛水容器)外進行，陽極反應產物在容器外排走，不致再返回容器內污染水質。同時，水中的陰性污染物例如余氯等，受陽極電壓作用，也可以從容器內水中透過透水性隔膜，迀移到容器外陽極區(qū)域。
[0018]需要特別指出的是:陽極直接氧化反應不是不需要，而是陽極反應生成物(例如臭氧)可能產生毒副作用，包括陰性污染物受陽極直接氧化反應生成物仍可能具有某些毒性，本實用新型將陽極設置到容器外部，上述毒副產物直接就外排了；并給出了源水電解在陽電極上的反應產物如氧氣、臭氧、氯氣等極大的排出空間，可以通過外面直接排放掉，不會透過隔膜再返回容器內污染容器內的水質，不會殘留在容器內水中，從而大大減輕了上述強氧化物的毒副作用。
[0019]此外，將陽電極設于盛水容器頂部開設的窗口處，盛水容器內的源水中殘留余氯和各種有害陰離子向陽電極迀移，穿出透水性隔膜進入陽電極與膜之間水體并排出。同時，將陰電極設于盛水容器內的底部處，可以通過陰電極對水進行凈化處理，降解源水中含有各種污染物(例如余氯)，不產生毒副產物。因此，水中的陰性污染物通過陰電極降解和陽電極電壓作用，迀移到容器外陽極區(qū)域，容器中含量極少，綜合處理效果極佳。
[0020]最后，市供自來水源水進入盛水容器的上腔室中，經過隔檔物理過濾后，從盛水容器的下腔室流出，水中污染物被攔截在盛水容器的上腔室中，將物理過濾與電化學有機結合，凈化效果更好。
[0021]本實用新型為解決上述第二個技術問題，對上述技術方案的改進是:所述透水性隔膜是非導電性材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜具有均勻孔徑的透水微孔。
[0022]需要說明的是，本實用新型裝置處理的對像是家庭終端飲水，一般是市供自來水，正如【背景技術】中所述，現在水污染日益嚴重，家庭終端飲水已經成為一種微污染水(或者說是特殊污染水)，其污染源包括環(huán)境污染(如農藥殘留等)、氯消毒產生的污染以及管道二次污染等。
[0023]上述本實用新型公開的城市屋頂儲水裝置技術方案的工作機理及有益效果陳述如下。
[0024]本實用新型通過將具有均勻孔徑的微孔的透水性隔膜設置在陰、陽極之間，在常規(guī)電解反應過程以外帶來了在透水性隔膜內微孔中形成水體低壓冷等離子放電反應，分析如下:
[0025]本實用新型裝置結構特征是，參見圖1，以透水性隔膜為分界，分設在透水性隔膜上下兩側的陰陽電極對:陰電極設于盛水容器內的底部處，陽電極設于窗口處，盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層。
[0026]當電解電源的電解電壓施加于外電極(陽電極)和內電極(陰電極)后，形成如下的電壓降落關系:
[0027]膜外陽電極(+)—陽電極與膜之間水膜的電壓降U1—透水性隔膜自身阻抗產生的壓降U2—透水性隔膜與容器內的陰電極之間水阻抗產生的壓降U3。
[0028]在本實用新型中，透水性隔膜的作用不僅僅是將容器內外隔離，由于自身的結構:透水性隔膜是非導電性材料制成的透水性隔膜，微觀上表現為無數均勻微孔的過水通道區(qū)域(具有均勻孔徑的微孔)，還可以在電解電壓作用下，在透水性隔膜內微孔中形成水體低壓冷等離子放電反應。低溫等離子體富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子，電子與離子有很高的反應活性，可以使通常條件下難以進行或速度很難的化學反應變得十分迅速。
[0029]傳統(tǒng)的水體等離子放電技術，為產生水體等離子放電，往往通過外部向水中導入氣體，并施以加高強度脈沖電壓或高溫條件。本實用新型則將等離子放電引導到透水性隔膜的無數微小蓄水空間進行，依靠陽電極對水電解析氫、析氧反應生成的氣體，部分進入膜中誘發(fā)水體自身氣化(由于陽電極與容器內滲透通過透水性隔膜的滲透水接觸，這樣，陽電極貼近透水性隔膜，陽極反應的氧氣等容易進入膜微孔并在微孔水中生成氣泡，在膜微孔狹小環(huán)境中，氣泡破碎產生局部高溫高壓)，進而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，在水中生成羥基自由基類暫態(tài)氧化因子，該羥基自由基暫態(tài)氧化因子的氧化性極強(超過臭氧)同時在水中的存在時間又極短，因此可以在產生后迅速對水中有機物(如細菌)等污染物形成極強的降解作用并自身迅速氧化后直接還原為水，不留任何毒副作用。
[0030]由于常規(guī)化學水處理工藝在凈化處理民眾日常生活飲用水時，生成的各類強氧化因子基本是無選擇性、不可控的，危及飲水安全，還原反應生成的強致癌物亞硝酸鹽等，不適合應用在民眾日常生活飲用水凈化處理場合。因此，現實條件和常規(guī)思路限制了化學水處理工藝在民眾日常生活飲用水方面的應用。本實用新型將常規(guī)電化學水生成的各類強氧化因子的不可控變成了可控，本實用新型正是利用羥自由基的這些特性，針對市供自來水這種特殊微污染水水質特點，通過結構上巧妙設計，一方面將陽極直接氧化反應引出到容器內水的外部發(fā)生，排除氧化反應毒副產物。另一方面將陽極間接氧化作用發(fā)揮到極致，實現對源水極其深度且安全的凈化！
[0031]本實用新型為解決上述第三個技術問題，對上述技術方案的改進是:所述窗口處設有向所述上腔室底部延伸的導向軌，所述陽電極和透水性隔膜由絕緣邊框封裝成一可沿導向軌上下浮動的整體單元。
[0032]上述本實用新型的城市屋頂儲水裝置技術方案的有益效果是:通過在窗口處設有向上腔室底部延伸的導向軌，陽電極和透水性隔膜由絕緣邊框封裝成一可沿導向軌上下浮動的整體單元，這樣，陽電極可隨著盛水容器內的水位高度浮動，可以始終持續(xù)對盛水容器內的水進彳丁尚效降解。
[0033]概括上述本實用新型的城市屋頂儲水裝置技術方案的有益效果是:I)充分利用電化學水處理技術，以達到現有物理水處理工藝無法達到、對源水中污染物的深度降解、高效去除的效果，將陽極直接氧化反應引出到裝置外部進行，抑制臭氧生成，以降低在容器內水中生成毒副產物的風險;2)盛水容器內水中的微生物，受透水性隔膜與容器內的陰電極之間U3的電場作用而滅活;3)主要依靠羥基類強氧化性且壽命極短、且無毒副作用的間接電化學中間體，來實現所期望的電化學水處理效果。
[0034]本實用新型在上述技術方案基礎上的進一步改進是:所述透水性隔膜是親水性的透水性隔膜。
[0035]本實用新型的透水性隔膜是親水性的透水性隔膜，親水性膜表面能與水形成氫鍵有序結構，可以改善膜孔充水浸潤狀態(tài)，有利于膜中等離子放電過程持續(xù)進行。
[0036]本實用新型在上述技術方案基礎上的更進一步改進是:所述透水微孔中形成等離子放電。
[0037]本實用新型在上述技術方案基礎上的再進一步改進是:在使用放電時，每個透水微孔中均形成等離子放電。
[0038]膜微孔的形狀、以及孔徑大小及均勻性，對膜中等離子放電影響甚大。為能在超低放電電壓下高效生成等離子群，如圖2所示，本實用新型中所采用的透水性隔膜，在使用放電時，電場方向透過每個透水微孔，兩電極間電解電流經膜中各個微孔流通，相當于把一個大面積電極分割成了眾多個針尖狀的小電極，使得電極的放電曲率減小，放電效率得以提高，同時，本實用新型將等離子放電引導到透水性隔膜的無數微小蓄水空間進行，依靠對水電解析氫、析氧反應生成的氣體，部分進入膜中誘發(fā)水體自身氣化，進而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，即可激發(fā)出水體等離子放電，在水中生成極具殺菌能力的暫態(tài)氧化因子，大大提高水體中污染物的降解效率。
[0039]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善一是:所述陽電極是上下設置的兩層陽電極。
[0040]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善二是:所述隔檔的帶孔夾板和物理吸附濾層之間設有過濾膜。
[0041]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善三是:所述物理吸附濾層是顆?；钚蕴繉?、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層。
[0042]由于物理吸附濾層是顆粒活性炭層、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層，將物理吸附濾層設于電場中，可對物理吸附濾層進行消毒和再生，延長使用時間。
[0043]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善四是:所述透水性隔膜的透水孔徑均小于等于2毫米且大于等于I納米且所述透水性隔膜中所有微孔的透水孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。
[0044]本實用新型裝置中，如果透水性隔膜的透水孔徑過大(即微孔空間過大)等效于變相增大了電極直徑(電極曲率半徑)致使水中放電起始激發(fā)電壓增高，并且使產生氣泡體積變大減小了氣液兩相接觸反應的比表面積。而透水性隔膜的透水孔徑過小(即微孔空間過小)，會使電解產氣無法發(fā)生或是產氣效率極其低下，小到一定程度會導致隔膜內各微孔中無數個小曲率半徑電極的尖端放電無法正常進行。因此，經過發(fā)明人的反復試驗，確定透水孔徑范圍是2毫米-1納米。
[0045]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善五是:所述透水性隔膜是通過按照以下步驟制成的隔膜:
[0046]I)將納米二氧化鈦溶液在溫度為40 0C -60 0C的紫外箱內輻照10-30分鐘；
[0047]2)由以下質量比的原料組成膜液:
[0048]PVDF:20%-30%
[0049]致孔劑:2-5%
[0050]步驟I)輻照后的納米二氧化鈦:2%-4%
[0051 ] 表面活性劑:3%_5%
[0052]溶劑:70%-80%;
[0053]3)將配置好的膜液通過超聲波振蕩20-40分鐘；
[0054]4)用刮膜機刮成液膜，將液膜在空氣中靜置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成隔膜；
[0055]5)所述隔膜在濃度為10%酒精水溶液中浸泡10-40分鐘，然后放入去離子水中漂洗；
[0056]6)將所述隔膜置于施加有1kv直流脈沖高壓的純水箱內處理I小時。
[0057]具體實用效果是:為使膜中放電易于進行，需要使得透水性隔膜具有均勻孔徑的微孔，這可以通過對現有的透水性隔膜進行改性獲得，透水性隔膜采用二氧化鈦改性技術，通過采用輻照技術在超濾膜表面增加納米二氧化鈦親水單體，提高超濾膜親水性，增強膜的抗污能力、延長膜使用壽命。同時與水中冷等離子放電相互促進，可有效提高水中有機物降解率，還有效防止了因電流密度過大易導致生物性指標的惡化。
【附圖說明】
[0058]下面結合附圖對本實用新型的城市屋頂儲水裝置作進一步說明。
[0059]圖1是本實用新型實施例一的城市屋頂儲水裝置的內部局部結構示意圖。
[0060]圖2是圖1的透水性隔膜中的透水微孔結構示意圖。
【具體實施方式】
[0061 ] 實施例一
[0062]本實施例的城市屋頂儲水裝置，參見圖1，包括至少一對陰陽電極、為陰陽電極供電的電解電源3和盛水容器I，成對的陰電極22和陽電極23之間設有透水性隔膜21，盛水容器I的頂部開設有窗口，陰電極22設于盛水容器I內的底部處，陽電極23設于窗口處。
[0063]盛水容器I由隔檔17分割成與進水管連通的上腔室13和與出水管連通的下腔室14。隔檔17包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層。在使用時，陰電極22與盛水容器I內的水接觸，陽電極23與盛水容器I通過透水性隔膜21滲透的滲透水接觸。
[0064]本實施例的透水性隔膜21是非導電性材料制成的透水性隔膜，透水性隔膜21具有均勻孔徑的透水微孔。均勻孔徑的透水微孔是孔徑大小和孔的形狀大致均勻，比如，一張膜中都是同一形狀的孔，比如都是橢圓形的孔、三角形的孔，等等。一張膜中的孔徑大小都是同一尺寸的孔，等等。
[0065]本實用新型裝置的滲透水是連續(xù)不斷產生。本實用新型裝置的陽電極23與透水性隔膜21之間僅夾持有一層水膜，這樣，本實用新型裝置的陽電極其余側面上是沒有水的，可以在電解反應正常進行外，還特別減弱了源水電解在陽電極上的反應。同時，陽電極貼近透水性隔膜，陽極反應的氧氣等容易進入膜微孔并在微孔水中生成氣泡，在膜微孔狹小環(huán)境中，氣泡破碎產生局部高溫高壓，部分進入膜中誘發(fā)水體自身氣化，進而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，在水中生成羥基自由基類暫態(tài)氧化因子。
[0066]本實施例的窗口處設有向上腔室13底部延伸的導向軌26，陽電極23和透水性隔膜21由絕緣邊框25封裝成一可沿導向軌26上下浮動的整體單元。
[0067]本實施例的透水性隔膜為單層微濾-納濾等非導電材質過濾膜。在使用放電時，透水微孔中形成等離子放電。為了更好更多的生成羥基自由基等離子群，在使用放電時，每個透水微孔中均形成等離子放電。
[0068]為了透水性隔膜21獲得均勻孔徑的微孔，以使得在膜中等離子更好的放電，可以通過對透水性隔膜21進行改性制取獲得，透水性隔膜21具有均勻孔徑的微孔是通過按照以下步驟制成的隔膜:
[0069]I)將納米二氧化鈦溶液在溫度為40 0C -60 0C的紫外箱內輻照10-30分鐘；
[0070]2)由以下質量比的原料組成膜液:
[0071]PVDF:20%-30%
[0072]致孔劑:2-5%
[0073]步驟I)輻照后的納米二氧化鈦:2%-4%
[0074]表面活性劑:3%_5%
[0075]溶劑:70%-80%;
[0076]3)將配置好的膜液通過超聲波振蕩20-40分鐘；
[0077]4)用刮膜機刮成液膜，將液膜在空氣中靜置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成隔膜；
[0078]5 )隔膜在濃度為10%酒精水溶液中浸泡10-40分鐘，然后放入去離子水中漂洗；
[0079]6)將隔膜置于施加有1kv直流脈沖高壓的純水箱內處理I小時。
[0080]本實施例的隔檔17的帶孔夾板和物理吸附濾層之間設有過濾膜。本實施例的物理吸附濾層是顆粒活性炭層、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層。
[0081]本實施例的透水性隔膜21選用親水性的透水性隔膜。本實施例的透水性隔膜21的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于I納米且透水性隔膜21中所有微孔的透水孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。優(yōu)選超濾膜。
[0082]一、實驗 I
[0083]在盛水容器I中手動注滿自來水，以中國大連地區(qū)的市供自來水為例，電解電源3采用平均電壓為40V的高電平窄脈寬的直流電源，提供恒定電流800mA，透水性隔膜21采用超濾膜，陰電極22設于盛水容器I內的底部處且陽電極23設于盛水容器I外的頂部處。
[0084]源水中殘留余氯和各種有害陰離子向陽極迀移，穿出隔膜進入陽極與膜之間水體并排出掉。經過試驗檢測，水中菌落總數<2CFU/ml;揮發(fā)性酚類<0.001 mg/L;陰離子合成洗滌劑<0.001mg/L;四氯化碳<0.001 mg/L;三氯甲烷<0.013mg/L，相對市供自來水，很好的提尚了水質。
[0085]為了防止陰、陽離子析出物在電極和透水性隔膜21表面的沉積結垢，在電解過程中適當倒換施加給成對的電極的電解電源極性。為了提高電解效率，本實施例中的盛水容器I的頂部可以設置多個窗口。
[0086]實施例二
[0087]本實施例的城市屋頂儲水裝置是在實施例一基礎上的改進，與實施例一的不同之處在于:
[0088]本實施例在盛水容器I中手動注滿自來水，仍以中國大連地區(qū)的市供自來水為例，電解電源3采用正向電壓電平大于反向電壓電平的交變脈沖電源，平均電壓為15V，透水性隔膜21采用微濾膜，微濾膜與位于膜外側的陽電極23之間的間距δ是15毫米。
[0089]實施例三
[0090]本實施例的城市屋頂儲水裝置是在實施例一基礎上的改進，與實施例一的不同之處在于:本實施例中位于透水性隔膜21外側的陽電極23上開有若干通孔，透水性隔膜21采用納濾膜。
[0091 ]本實施例仍以中國大連地區(qū)的市供自來水為例，透水性隔膜21與位于隔膜外側的陽電極23之間的間距δ分別是O毫米、10毫米進行實驗。
[0092]本實用新型的城市屋頂儲水裝置不局限于上述實施例所述的具體技術方案，比如:I)電解電源3是高電平窄脈寬的直流脈沖電源或正向電壓電平大于反向電壓電平的交變脈沖電源;2)盛水容器I為設有進水口和出水口的容器，盛水容器I內設有控制進水量的浮閥11; 3)陽電極23是由活性炭或活性炭與鈦材涂覆鉑族氧化物復合而成;4)本實施例的陽電極23是上下設置的兩層陽電極;5)本實用新型的上述各個實施例的技術方案彼此可以交叉組合形成新的技術方案，等等。凡采用等同替換形成的技術方案均為本實用新型要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種城市屋頂儲水裝置，包括至少一對陰陽電極、為所述陰陽電極供電的電解電源和盛水容器，成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜，其特征在于:所述盛水容器的頂部開設有窗口，所述陰電極設于所述盛水容器內的底部處，所述陽電極設于窗口處，所述盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，所述隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層，在使用時，所述陰電極與所述盛水容器內的水接觸，所述陽電極與所述盛水容器通過所述透水性隔膜滲透的滲透水接觸。2.根據權利要求1所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水性隔膜是非導電性材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜具有均勻孔徑的透水微孔。3.根據權利要求2所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述窗口處設有向所述上腔室底部延伸的導向軌，所述陽電極和透水性隔膜由絕緣邊框封裝成一可沿導向軌上下浮動的整體單元。4.根據權利要求2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水性隔膜是親水性的透水性隔膜。5.根據權利要求4所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水微孔中形成等離子放電。6.根據權利要求5所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:在使用放電時，每個透水微孔中均形成等離子放電。7.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述陽電極是上下設置的兩層陽電極。8.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述隔檔的帶孔夾板和物理吸附濾層之間設有過濾膜。9.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述物理吸附濾層是顆?；钚蕴繉?、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層。10.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水性隔膜的透水孔徑均小于等于2毫米且大于等于I納米且所述透水性隔膜中所有微孔的透水孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。
【文檔編號】B01D71/34GK205710018SQ201620287662
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】肖志邦, 李燁, 滕茂友
【申請人】大連雙迪創(chuàng)新科技研究院有限公司
【專利摘要】本實用新型涉及一種城市屋頂儲水裝置，屬于生活飲用水水質深度處理技術領域。該城市屋頂儲水裝置包括至少一對陰陽電極、為陰陽電極供電的電解電源和盛水容器，成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜，盛水容器的頂部開設有窗口，陰電極設于所述盛水容器內的底部處，陽電極設于窗口處，盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層，在使用時，陰電極與盛水容器內的水接觸，陽電極與盛水容器通過透水性隔膜滲透的滲透水接觸。該城市屋頂儲水裝置同時采用物理和化學方法對對城市供水管網高層建筑頂層安裝的高位水箱中的儲水進行凈化。
【專利說明】
城市屋頂儲水裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種城市屋頂儲水裝置，屬于生活飲用水水質深度處理技術領域。
【背景技術】
[0002]水污染主要是由人類活動產生的污染物造成，它包括工業(yè)污染源，農業(yè)污染源和生活污染源三大部分。日趨加劇的水污染，已對人類的生存安全構成重大威脅，成為人類健康、經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。據世界權威機構調查，每年因飲用不衛(wèi)生水至少造成全球2000萬人死亡，因此，水污染被稱作〃世界頭號殺手〃。當前，水環(huán)境加劇惡化，已經嚴重危及生命延續(xù)，特別當突發(fā)天災人禍時尤甚。在世界上一些極端貧窮落后地區(qū)，飲到干凈放心水對于普通民眾而言甚至幾近奢侈。倘若能以簡單、廉價、高效的手段，使民眾皆可飲到干凈放心水，當為何等無量之功德！
[0003]國內外大多數自來水廠至今仍采用沉淀、過濾、加氯消毒的陳舊工藝方法，將江河水或地下水簡單加工成可飲用水。然而，面對工業(yè)污水、農業(yè)污水和生活污水猖獗泛濫涌入生活水源，自來水廠已經不堪重負無能為力。再加上自來水從水廠經輸水管網及高層儲水箱到達飲用水終端所帶來的附加污染，市政自來水已不敢說是衛(wèi)生的了。尤其是，自來水加氯雖然可有效殺除病菌，但同時也會產生較多的鹵代烴化合物，這些含氯有機物的含量成倍增加，是引起人類患各種疾病的重大根源。即使是把自來水煮沸了，上述殘留物仍驅之不去，還會使亞硝酸鹽與三氯甲烷等致癌物增加。亦即，即便飲用開水的安全系數也是不高的。
[0004]既然直接飲用自來水難保安全，凈水器應運而生，成為民眾硬性需求。然而，現有的以市供自來水為源水的水質凈化產品或涉水產品，基本為介質吸附或采用各種孔徑過濾膜將水中污染物加以攔截濾除的物理處理工藝。由于活性炭類吸附材料很容易飽和失效，而各種過濾膜又很容易被細菌污染或有機物阻塞或破損，因此實際情況是并不能如理論設計所期望那樣作到對水中污染物的充分凈化。面對日益嚴重的源水污染，現有以介質吸附或采用各種孔徑過濾膜將水中污染物加以攔截濾除的物理方式水處理工藝已經遠遠不能保證水質達標。另外，傳統(tǒng)的RO膜反滲透過濾方法對水資源的浪費非常嚴重，往往凈化I升純凈水就需要排出3升濃縮廢水。但是，物理方式水處理工藝也有可取之處:通常不生成毒副產物。
[0005]相比而言，化學水處理工藝雖具有廉價簡單高效等諸多優(yōu)點，卻并不適宜于民用終端生活飲用水領域。究其原因，一是化學水處理工藝需要足夠的反應時間，而在日常生活用水場合，凈水器從開機進水到出水僅僅數秒鐘乃至更短，污染物在凈水器中停留時間太短，根本來不及完成相關化學反應處理；其二是，化學水處理工藝通常伴隨一定的毒副作用。例如，盡管化學氧化反應可強效滅活細菌，深度降解有機物，去除水中的各種有害物質，但化學氧化法所生成的各類強氧化因子基本是無選擇性、不可控的，若處理不當極可能生成源水中沒有的新物質甚至強致癌物，反而危及飲水安全。而還原反應控制不當也會帶來類似問題，例如硝酸鹽可能轉化為強致癌物亞硝酸鹽;正因為如此，迄今未見在生活飲用水凈化處理領域尤其是家庭飲水終端推廣應用。
[0006]慶幸的是，日常生活中，飲用水需求往往具有分時段、間歇之特點。例如，家庭三頓飯用水及洗浴高峰主要集中在早中晚時間；洗衣用水則按周/次計算。日常生活中飲用水存儲裝置，通指帶有儲水箱(罐、容器)的飲用水終端，例如:I)管線凈水系統(tǒng)終端壁掛機、臺式或立式飲水機;2)R0純水機出水儲存壓力桶(箱)，以及飲水杯、壺;3)城市供水管網高層建筑頂層安裝的高位水箱，甚至農村居民抽取地下水至屋頂的儲水罐。目前該類系統(tǒng)存在的共性問題是儲水箱內水中細菌微生物超標，嚴重影響水質甚至異味發(fā)臭。迄今尚無好的解決方法。
[0007]因此，急需開發(fā)出一種能夠滿足城市供水管網高層建筑頂層安裝的的高位水箱中的儲水深度凈化要求的、以儲水容器為反應池，對源水進行處理、家家戶戶都用得起的簡易
目.ο
【實用新型內容】
[0008]本實用新型解決的第一個技術問題是，針對現有技術不足，提出一種同時采用物理和化學方法對城市供水管網高層建筑頂層安裝的的高位水箱中的儲水進行凈化的城市屋頂儲水裝置。
[0009]本實用新型解決的第二個技術問題是，在解決上述第一個技術問題基礎上，針對現有技術不足，提出一種在對城市供水管網高層建筑頂層安裝的的高位水箱中的儲水進行降解水中有機物時更少產生毒副產物的城市屋頂儲水裝置。
[0010]本實用新型解決的第三個技術問題是，在解決上述兩個技術問題基礎上，針對現有技術不足，提出一種持續(xù)對農村建筑頂層安裝的高位水箱中的儲水進行凈化的城市屋頂儲水裝置。
[0011 ]
【申請人】經過反復試驗和多年探索，發(fā)現了電化學作為一種高級氧化水處理工藝，所附加毒副效應遠較常規(guī)化學水處理工藝為小，而且電化學水處理工藝可以通過電參數的調整來強化處理強度減少反應時間。這樣，電化學水處理技術具有克服物理水處理工藝軟肋、可用于生活飲用水凈化處理的一定潛力。
[0012]電化學水處理技術是使污染物質在電極上發(fā)生直接電化學反應或是利用電極表面產生強氧化性活性物質發(fā)生氧化反應而被轉化.電化學技術及其輔以其他高級氧化技術的組合工藝，稱為電化學體系，包括電極電催化、電-Fenton、電-03、聲-電、光-電等。
[0013]電化學水處理離不開電極作用，具體分為電極直接反應和電極間接反應。電極直接反應是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從水中去除。直接電解可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉化成毒性較小的物質或易生物降解的物質，甚至發(fā)生有機物無機化，從而達到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除。
[0014]電極間接反應則是利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質。陽極間接反應，在水中所產生的氧化還原物質，通常包括以下幾類:(I)具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽等；負電性，可以被陽極除去；(2)H202、03(標準電極電勢2.07，半衰期30-60min)等強氧化因子；(3)電化學反應產生的強氧化性且壽命極短的中間體，包括e(溶劑化電子)、.0Η、Η02.、.02等自由基，以.0H為主，可以降解有機物。
[0015]但是，電化學本質上仍屬化學處理工藝，哪怕毒副作用再小，仍有使水的生物指標降低之風險。在水環(huán)境前所未有嚴重污染、在傳統(tǒng)物理凈水器已力不從心的今天，重新審視研究化學水處理一一尤其是電化學水處理技術在生活飲用水凈化處理應用的可能性，創(chuàng)新開發(fā)一種既能高效除去水中污染物、又無毒副產物的電化學處理工藝、乃至電化學水處理工藝與物理吸附過濾工藝協(xié)同聯(lián)用的全新水質凈化方法與裝置，具有十分重要的現實意義。
[0016]為了解決上述第一個技術問題，本實用新型的發(fā)明人在上述認識的基礎上提出如下技術方案:一種城市屋頂儲水裝置，包括至少一對陰陽電極、為所述陰陽電極供電的電解電源和盛水容器，成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜，所述盛水容器的頂部開設有窗口，所述陰電極設于所述盛水容器內的底部處，所述陽電極設于窗口處，所述盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，所述隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層，在使用時，所述陰電極與所述盛水容器內的水接觸，所述陽電極與所述盛水容器通過所述透水性隔膜滲透的滲透水接觸。
[0017]上述本實用新型的城市屋頂儲水裝置技術方案的有益效果是:本實用新型裝置的陰電極與盛水容器內的水接觸，陽電極與盛水容器通過透水性隔膜滲透的滲透水接觸，在保證本實用新型裝置的電解反應正常進行的基礎上，把陽極直接氧化反應轉移到容器(盛水容器)外進行，陽極反應產物在容器外排走，不致再返回容器內污染水質。同時，水中的陰性污染物例如余氯等，受陽極電壓作用，也可以從容器內水中透過透水性隔膜，迀移到容器外陽極區(qū)域。
[0018]需要特別指出的是:陽極直接氧化反應不是不需要，而是陽極反應生成物(例如臭氧)可能產生毒副作用，包括陰性污染物受陽極直接氧化反應生成物仍可能具有某些毒性，本實用新型將陽極設置到容器外部，上述毒副產物直接就外排了；并給出了源水電解在陽電極上的反應產物如氧氣、臭氧、氯氣等極大的排出空間，可以通過外面直接排放掉，不會透過隔膜再返回容器內污染容器內的水質，不會殘留在容器內水中，從而大大減輕了上述強氧化物的毒副作用。
[0019]此外，將陽電極設于盛水容器頂部開設的窗口處，盛水容器內的源水中殘留余氯和各種有害陰離子向陽電極迀移，穿出透水性隔膜進入陽電極與膜之間水體并排出。同時，將陰電極設于盛水容器內的底部處，可以通過陰電極對水進行凈化處理，降解源水中含有各種污染物(例如余氯)，不產生毒副產物。因此，水中的陰性污染物通過陰電極降解和陽電極電壓作用，迀移到容器外陽極區(qū)域，容器中含量極少，綜合處理效果極佳。
[0020]最后，市供自來水源水進入盛水容器的上腔室中，經過隔檔物理過濾后，從盛水容器的下腔室流出，水中污染物被攔截在盛水容器的上腔室中，將物理過濾與電化學有機結合，凈化效果更好。
[0021]本實用新型為解決上述第二個技術問題，對上述技術方案的改進是:所述透水性隔膜是非導電性材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜具有均勻孔徑的透水微孔。
[0022]需要說明的是，本實用新型裝置處理的對像是家庭終端飲水，一般是市供自來水，正如【背景技術】中所述，現在水污染日益嚴重，家庭終端飲水已經成為一種微污染水(或者說是特殊污染水)，其污染源包括環(huán)境污染(如農藥殘留等)、氯消毒產生的污染以及管道二次污染等。
[0023]上述本實用新型公開的城市屋頂儲水裝置技術方案的工作機理及有益效果陳述如下。
[0024]本實用新型通過將具有均勻孔徑的微孔的透水性隔膜設置在陰、陽極之間，在常規(guī)電解反應過程以外帶來了在透水性隔膜內微孔中形成水體低壓冷等離子放電反應，分析如下:
[0025]本實用新型裝置結構特征是，參見圖1，以透水性隔膜為分界，分設在透水性隔膜上下兩側的陰陽電極對:陰電極設于盛水容器內的底部處，陽電極設于窗口處，盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層。
[0026]當電解電源的電解電壓施加于外電極(陽電極)和內電極(陰電極)后，形成如下的電壓降落關系:
[0027]膜外陽電極(+)—陽電極與膜之間水膜的電壓降U1—透水性隔膜自身阻抗產生的壓降U2—透水性隔膜與容器內的陰電極之間水阻抗產生的壓降U3。
[0028]在本實用新型中，透水性隔膜的作用不僅僅是將容器內外隔離，由于自身的結構:透水性隔膜是非導電性材料制成的透水性隔膜，微觀上表現為無數均勻微孔的過水通道區(qū)域(具有均勻孔徑的微孔)，還可以在電解電壓作用下，在透水性隔膜內微孔中形成水體低壓冷等離子放電反應。低溫等離子體富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子，電子與離子有很高的反應活性，可以使通常條件下難以進行或速度很難的化學反應變得十分迅速。
[0029]傳統(tǒng)的水體等離子放電技術，為產生水體等離子放電，往往通過外部向水中導入氣體，并施以加高強度脈沖電壓或高溫條件。本實用新型則將等離子放電引導到透水性隔膜的無數微小蓄水空間進行，依靠陽電極對水電解析氫、析氧反應生成的氣體，部分進入膜中誘發(fā)水體自身氣化(由于陽電極與容器內滲透通過透水性隔膜的滲透水接觸，這樣，陽電極貼近透水性隔膜，陽極反應的氧氣等容易進入膜微孔并在微孔水中生成氣泡，在膜微孔狹小環(huán)境中，氣泡破碎產生局部高溫高壓)，進而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，在水中生成羥基自由基類暫態(tài)氧化因子，該羥基自由基暫態(tài)氧化因子的氧化性極強(超過臭氧)同時在水中的存在時間又極短，因此可以在產生后迅速對水中有機物(如細菌)等污染物形成極強的降解作用并自身迅速氧化后直接還原為水，不留任何毒副作用。
[0030]由于常規(guī)化學水處理工藝在凈化處理民眾日常生活飲用水時，生成的各類強氧化因子基本是無選擇性、不可控的，危及飲水安全，還原反應生成的強致癌物亞硝酸鹽等，不適合應用在民眾日常生活飲用水凈化處理場合。因此，現實條件和常規(guī)思路限制了化學水處理工藝在民眾日常生活飲用水方面的應用。本實用新型將常規(guī)電化學水生成的各類強氧化因子的不可控變成了可控，本實用新型正是利用羥自由基的這些特性，針對市供自來水這種特殊微污染水水質特點，通過結構上巧妙設計，一方面將陽極直接氧化反應引出到容器內水的外部發(fā)生，排除氧化反應毒副產物。另一方面將陽極間接氧化作用發(fā)揮到極致，實現對源水極其深度且安全的凈化！
[0031]本實用新型為解決上述第三個技術問題，對上述技術方案的改進是:所述窗口處設有向所述上腔室底部延伸的導向軌，所述陽電極和透水性隔膜由絕緣邊框封裝成一可沿導向軌上下浮動的整體單元。
[0032]上述本實用新型的城市屋頂儲水裝置技術方案的有益效果是:通過在窗口處設有向上腔室底部延伸的導向軌，陽電極和透水性隔膜由絕緣邊框封裝成一可沿導向軌上下浮動的整體單元，這樣，陽電極可隨著盛水容器內的水位高度浮動，可以始終持續(xù)對盛水容器內的水進彳丁尚效降解。
[0033]概括上述本實用新型的城市屋頂儲水裝置技術方案的有益效果是:I)充分利用電化學水處理技術，以達到現有物理水處理工藝無法達到、對源水中污染物的深度降解、高效去除的效果，將陽極直接氧化反應引出到裝置外部進行，抑制臭氧生成，以降低在容器內水中生成毒副產物的風險;2)盛水容器內水中的微生物，受透水性隔膜與容器內的陰電極之間U3的電場作用而滅活;3)主要依靠羥基類強氧化性且壽命極短、且無毒副作用的間接電化學中間體，來實現所期望的電化學水處理效果。
[0034]本實用新型在上述技術方案基礎上的進一步改進是:所述透水性隔膜是親水性的透水性隔膜。
[0035]本實用新型的透水性隔膜是親水性的透水性隔膜，親水性膜表面能與水形成氫鍵有序結構，可以改善膜孔充水浸潤狀態(tài)，有利于膜中等離子放電過程持續(xù)進行。
[0036]本實用新型在上述技術方案基礎上的更進一步改進是:所述透水微孔中形成等離子放電。
[0037]本實用新型在上述技術方案基礎上的再進一步改進是:在使用放電時，每個透水微孔中均形成等離子放電。
[0038]膜微孔的形狀、以及孔徑大小及均勻性，對膜中等離子放電影響甚大。為能在超低放電電壓下高效生成等離子群，如圖2所示，本實用新型中所采用的透水性隔膜，在使用放電時，電場方向透過每個透水微孔，兩電極間電解電流經膜中各個微孔流通，相當于把一個大面積電極分割成了眾多個針尖狀的小電極，使得電極的放電曲率減小，放電效率得以提高，同時，本實用新型將等離子放電引導到透水性隔膜的無數微小蓄水空間進行，依靠對水電解析氫、析氧反應生成的氣體，部分進入膜中誘發(fā)水體自身氣化，進而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，即可激發(fā)出水體等離子放電，在水中生成極具殺菌能力的暫態(tài)氧化因子，大大提高水體中污染物的降解效率。
[0039]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善一是:所述陽電極是上下設置的兩層陽電極。
[0040]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善二是:所述隔檔的帶孔夾板和物理吸附濾層之間設有過濾膜。
[0041]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善三是:所述物理吸附濾層是顆?；钚蕴繉?、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層。
[0042]由于物理吸附濾層是顆粒活性炭層、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層，將物理吸附濾層設于電場中，可對物理吸附濾層進行消毒和再生，延長使用時間。
[0043]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善四是:所述透水性隔膜的透水孔徑均小于等于2毫米且大于等于I納米且所述透水性隔膜中所有微孔的透水孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。
[0044]本實用新型裝置中，如果透水性隔膜的透水孔徑過大(即微孔空間過大)等效于變相增大了電極直徑(電極曲率半徑)致使水中放電起始激發(fā)電壓增高，并且使產生氣泡體積變大減小了氣液兩相接觸反應的比表面積。而透水性隔膜的透水孔徑過小(即微孔空間過小)，會使電解產氣無法發(fā)生或是產氣效率極其低下，小到一定程度會導致隔膜內各微孔中無數個小曲率半徑電極的尖端放電無法正常進行。因此，經過發(fā)明人的反復試驗，確定透水孔徑范圍是2毫米-1納米。
[0045]本實用新型在上述技術方案基礎上的完善五是:所述透水性隔膜是通過按照以下步驟制成的隔膜:
[0046]I)將納米二氧化鈦溶液在溫度為40 0C -60 0C的紫外箱內輻照10-30分鐘；
[0047]2)由以下質量比的原料組成膜液:
[0048]PVDF:20%-30%
[0049]致孔劑:2-5%
[0050]步驟I)輻照后的納米二氧化鈦:2%-4%
[0051 ] 表面活性劑:3%_5%
[0052]溶劑:70%-80%;
[0053]3)將配置好的膜液通過超聲波振蕩20-40分鐘；
[0054]4)用刮膜機刮成液膜，將液膜在空氣中靜置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成隔膜；
[0055]5)所述隔膜在濃度為10%酒精水溶液中浸泡10-40分鐘，然后放入去離子水中漂洗；
[0056]6)將所述隔膜置于施加有1kv直流脈沖高壓的純水箱內處理I小時。
[0057]具體實用效果是:為使膜中放電易于進行，需要使得透水性隔膜具有均勻孔徑的微孔，這可以通過對現有的透水性隔膜進行改性獲得，透水性隔膜采用二氧化鈦改性技術，通過采用輻照技術在超濾膜表面增加納米二氧化鈦親水單體，提高超濾膜親水性，增強膜的抗污能力、延長膜使用壽命。同時與水中冷等離子放電相互促進，可有效提高水中有機物降解率，還有效防止了因電流密度過大易導致生物性指標的惡化。
【附圖說明】
[0058]下面結合附圖對本實用新型的城市屋頂儲水裝置作進一步說明。
[0059]圖1是本實用新型實施例一的城市屋頂儲水裝置的內部局部結構示意圖。
[0060]圖2是圖1的透水性隔膜中的透水微孔結構示意圖。
【具體實施方式】
[0061 ] 實施例一
[0062]本實施例的城市屋頂儲水裝置，參見圖1，包括至少一對陰陽電極、為陰陽電極供電的電解電源3和盛水容器I，成對的陰電極22和陽電極23之間設有透水性隔膜21，盛水容器I的頂部開設有窗口，陰電極22設于盛水容器I內的底部處，陽電極23設于窗口處。
[0063]盛水容器I由隔檔17分割成與進水管連通的上腔室13和與出水管連通的下腔室14。隔檔17包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層。在使用時，陰電極22與盛水容器I內的水接觸，陽電極23與盛水容器I通過透水性隔膜21滲透的滲透水接觸。
[0064]本實施例的透水性隔膜21是非導電性材料制成的透水性隔膜，透水性隔膜21具有均勻孔徑的透水微孔。均勻孔徑的透水微孔是孔徑大小和孔的形狀大致均勻，比如，一張膜中都是同一形狀的孔，比如都是橢圓形的孔、三角形的孔，等等。一張膜中的孔徑大小都是同一尺寸的孔，等等。
[0065]本實用新型裝置的滲透水是連續(xù)不斷產生。本實用新型裝置的陽電極23與透水性隔膜21之間僅夾持有一層水膜，這樣，本實用新型裝置的陽電極其余側面上是沒有水的，可以在電解反應正常進行外，還特別減弱了源水電解在陽電極上的反應。同時，陽電極貼近透水性隔膜，陽極反應的氧氣等容易進入膜微孔并在微孔水中生成氣泡，在膜微孔狹小環(huán)境中，氣泡破碎產生局部高溫高壓，部分進入膜中誘發(fā)水體自身氣化，進而以極小電壓激發(fā)出高效的水體等離子放電，在水中生成羥基自由基類暫態(tài)氧化因子。
[0066]本實施例的窗口處設有向上腔室13底部延伸的導向軌26，陽電極23和透水性隔膜21由絕緣邊框25封裝成一可沿導向軌26上下浮動的整體單元。
[0067]本實施例的透水性隔膜為單層微濾-納濾等非導電材質過濾膜。在使用放電時，透水微孔中形成等離子放電。為了更好更多的生成羥基自由基等離子群，在使用放電時，每個透水微孔中均形成等離子放電。
[0068]為了透水性隔膜21獲得均勻孔徑的微孔，以使得在膜中等離子更好的放電，可以通過對透水性隔膜21進行改性制取獲得，透水性隔膜21具有均勻孔徑的微孔是通過按照以下步驟制成的隔膜:
[0069]I)將納米二氧化鈦溶液在溫度為40 0C -60 0C的紫外箱內輻照10-30分鐘；
[0070]2)由以下質量比的原料組成膜液:
[0071]PVDF:20%-30%
[0072]致孔劑:2-5%
[0073]步驟I)輻照后的納米二氧化鈦:2%-4%
[0074]表面活性劑:3%_5%
[0075]溶劑:70%-80%;
[0076]3)將配置好的膜液通過超聲波振蕩20-40分鐘；
[0077]4)用刮膜機刮成液膜，將液膜在空氣中靜置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成隔膜；
[0078]5 )隔膜在濃度為10%酒精水溶液中浸泡10-40分鐘，然后放入去離子水中漂洗；
[0079]6)將隔膜置于施加有1kv直流脈沖高壓的純水箱內處理I小時。
[0080]本實施例的隔檔17的帶孔夾板和物理吸附濾層之間設有過濾膜。本實施例的物理吸附濾層是顆粒活性炭層、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層。
[0081]本實施例的透水性隔膜21選用親水性的透水性隔膜。本實施例的透水性隔膜21的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于I納米且透水性隔膜21中所有微孔的透水孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。優(yōu)選超濾膜。
[0082]一、實驗 I
[0083]在盛水容器I中手動注滿自來水，以中國大連地區(qū)的市供自來水為例，電解電源3采用平均電壓為40V的高電平窄脈寬的直流電源，提供恒定電流800mA，透水性隔膜21采用超濾膜，陰電極22設于盛水容器I內的底部處且陽電極23設于盛水容器I外的頂部處。
[0084]源水中殘留余氯和各種有害陰離子向陽極迀移，穿出隔膜進入陽極與膜之間水體并排出掉。經過試驗檢測，水中菌落總數<2CFU/ml;揮發(fā)性酚類<0.001 mg/L;陰離子合成洗滌劑<0.001mg/L;四氯化碳<0.001 mg/L;三氯甲烷<0.013mg/L，相對市供自來水，很好的提尚了水質。
[0085]為了防止陰、陽離子析出物在電極和透水性隔膜21表面的沉積結垢，在電解過程中適當倒換施加給成對的電極的電解電源極性。為了提高電解效率，本實施例中的盛水容器I的頂部可以設置多個窗口。
[0086]實施例二
[0087]本實施例的城市屋頂儲水裝置是在實施例一基礎上的改進，與實施例一的不同之處在于:
[0088]本實施例在盛水容器I中手動注滿自來水，仍以中國大連地區(qū)的市供自來水為例，電解電源3采用正向電壓電平大于反向電壓電平的交變脈沖電源，平均電壓為15V，透水性隔膜21采用微濾膜，微濾膜與位于膜外側的陽電極23之間的間距δ是15毫米。
[0089]實施例三
[0090]本實施例的城市屋頂儲水裝置是在實施例一基礎上的改進，與實施例一的不同之處在于:本實施例中位于透水性隔膜21外側的陽電極23上開有若干通孔，透水性隔膜21采用納濾膜。
[0091 ]本實施例仍以中國大連地區(qū)的市供自來水為例，透水性隔膜21與位于隔膜外側的陽電極23之間的間距δ分別是O毫米、10毫米進行實驗。
[0092]本實用新型的城市屋頂儲水裝置不局限于上述實施例所述的具體技術方案，比如:I)電解電源3是高電平窄脈寬的直流脈沖電源或正向電壓電平大于反向電壓電平的交變脈沖電源;2)盛水容器I為設有進水口和出水口的容器，盛水容器I內設有控制進水量的浮閥11; 3)陽電極23是由活性炭或活性炭與鈦材涂覆鉑族氧化物復合而成;4)本實施例的陽電極23是上下設置的兩層陽電極;5)本實用新型的上述各個實施例的技術方案彼此可以交叉組合形成新的技術方案，等等。凡采用等同替換形成的技術方案均為本實用新型要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種城市屋頂儲水裝置，包括至少一對陰陽電極、為所述陰陽電極供電的電解電源和盛水容器，成對的陰電極和陽電極之間設有透水性隔膜，其特征在于:所述盛水容器的頂部開設有窗口，所述陰電極設于所述盛水容器內的底部處，所述陽電極設于窗口處，所述盛水容器由隔檔分割成與進水管連通的上腔室和與出水管連通的下腔室，所述隔檔包括相對設置的兩層帶孔夾板和設于兩層帶孔夾板之間的物理吸附濾層，在使用時，所述陰電極與所述盛水容器內的水接觸，所述陽電極與所述盛水容器通過所述透水性隔膜滲透的滲透水接觸。2.根據權利要求1所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水性隔膜是非導電性材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜具有均勻孔徑的透水微孔。3.根據權利要求2所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述窗口處設有向所述上腔室底部延伸的導向軌，所述陽電極和透水性隔膜由絕緣邊框封裝成一可沿導向軌上下浮動的整體單元。4.根據權利要求2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水性隔膜是親水性的透水性隔膜。5.根據權利要求4所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水微孔中形成等離子放電。6.根據權利要求5所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:在使用放電時，每個透水微孔中均形成等離子放電。7.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述陽電極是上下設置的兩層陽電極。8.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述隔檔的帶孔夾板和物理吸附濾層之間設有過濾膜。9.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述物理吸附濾層是顆?；钚蕴繉?、燒結活性炭層、活性炭纖維層、由PP棉制成的微濾材料層或由多孔陶瓷制成的微濾材料層。10.根據權利要求1、2或3所述城市屋頂儲水裝置，其特征在于:所述透水性隔膜的透水孔徑均小于等于2毫米且大于等于I納米且所述透水性隔膜中所有微孔的透水孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。
【文檔編號】B01D71/34GK205710018SQ201620287662
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】肖志邦, 李燁, 滕茂友
【申請人】大連雙迪創(chuàng)新科技研究院有限公司
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