專利名稱：帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合凈水設(shè)備，具體的說是一種帶有金剛石電催化模塊的 多級(jí)凈水設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，水質(zhì)短缺及污染問題日益嚴(yán)重，對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成巨大損 失，并日益威脅到人類自身的生存，世界各國為此投入大量人力物力進(jìn)行研究 治理。 一系列廢水處理方法應(yīng)運(yùn)而生，其中電化學(xué)法由于其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而倍受水 處理領(lǐng)域研究者的親睞，原因在于電化學(xué)法使用環(huán)保安全的電子作為反應(yīng)劑， 可望避免產(chǎn)生二次污染；設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單，易于自動(dòng)控制，對(duì)難降解有機(jī)物 具有很好的處理效果，還可使難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可以生化降解的有機(jī)物， 或使非生化降解的有機(jī)物直接燃燒礦化生成C02和H20。不同的電極材料可以
導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)速度數(shù)量級(jí)的變化，故選擇高效的電極材料是提高電化學(xué)反應(yīng) 效率的有效途徑。摻硼金剛石電極(BDD)作為一種新穎的電極材料，與傳統(tǒng)石墨 電極、貴金屬電極和金屬氧化物電極等相比，具有最好的陽極氧化能力，最強(qiáng) 的抗腐蝕性與抗污染能力，最寬的電位窗口和最高的電流密度。1995年，自Carey 等將BDD電極引入水處理領(lǐng)域后，為電化學(xué)法處理飲用水和有機(jī)廢水開辟了新 的方向，為當(dāng)前世界各國研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
飲用水的安全問題是由微生物、化學(xué)物質(zhì)和物理等因素導(dǎo)致的污染引起的， 其中微生物污染被認(rèn)為是危害最大和最基本的問題。生活中經(jīng)常存在微生物對(duì) 飲用水污染的危害，在發(fā)生地震等大災(zāi)害時(shí)尤其如此。在日本，已有使用電解 法來保存自來水的嘗試，并獲得了極大的成功。符合自來水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的大量飲 用水的長期電解保存技術(shù)即將進(jìn)入實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前市場(chǎng)現(xiàn)有的凈水器僅為單純的物理過濾與吸附過 程，污染物沒有真正被去除，為此引入帶有金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備， 帶有實(shí)現(xiàn)污染物的化學(xué)處理和細(xì)菌的電催化滅活。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
3一種帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備，包括殼體5，其特征是所述殼體
5內(nèi)安裝有一級(jí)過濾器1， 二級(jí)過濾器2，金剛石電催化模塊過濾器3，四級(jí)過 濾器4， 一級(jí)過濾器1的輸入端接進(jìn)水口 6，其輸出端通過水管與二級(jí)過濾器2 的輸入端相連，二級(jí)過濾器2的輸出端通過水管與金剛石電催化模塊過濾器3 相連，金剛石電催化模塊過濾器3的輸出端通過水管與四級(jí)過濾器4相連，四 級(jí)過濾器4通過水管與出水口 7相連。
所述的金剛石電催化模塊過濾器3內(nèi)部為迷宮式結(jié)構(gòu)。 所述的金剛石電催化模塊過濾器3選用慘硼金剛石電極BDD。 本發(fā)明的有益效果-
1、 可以通過對(duì)所需處理的水質(zhì)的成分進(jìn)行分析，充分考慮和比較其成份和 各組分濃度的變化波動(dòng)范圍，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)措施(一般通過簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)電壓或 電流來實(shí)現(xiàn))。
2、 可確保在大災(zāi)害時(shí)飲用水的正常供給，還可作為降低受微生物污染的飲 用水的微生物風(fēng)險(xiǎn)的一種手段而應(yīng)用于如家庭、辦公樓或其它目的。
3、 實(shí)現(xiàn)污染物的化學(xué)處理和細(xì)菌的電催化滅活，可望避免產(chǎn)生二次污染
4、 能耗低，使用壽命長，同時(shí)具有一定的抗廢水濃度波動(dòng)性，是改良現(xiàn)有 普通凈水器的一條思路。


圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明金剛石電催化模塊內(nèi)部迷宮結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。 如圖1、 2所示。
一種帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備，包括殼體5，其特征是所述殼 體5內(nèi)安裝有一級(jí)過濾器l，采用PP (聚丙烯)溶噴濾芯，對(duì)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理， 可去除水中小顆粒、懸浮物、膠體等物質(zhì)，有利于后續(xù)金剛石電催化氧化作用 的充分發(fā)揮。過濾面積和容污量大，過濾效果好，壽命長，并可進(jìn)行多次清洗。 二級(jí)過濾器2，釆用壓縮活性炭濾芯，深度去除水中之異色、異味、部分余氯， 有效改善出水口感。采用棒狀形式和網(wǎng)布構(gòu)造，使濾芯具有雙重過濾特性。金 剛石電催化模塊過濾器3，采用金剛石電催化模塊，設(shè)計(jì)為緊湊高效的凈水模塊， 為本凈水器的核心部分，也是實(shí)驗(yàn)室成果向?qū)嶋H運(yùn)用的轉(zhuǎn)化。能有效殺滅水中 細(xì)菌、去除殘留小分子有機(jī)物。四級(jí)過濾器4，采用中空纖維超濾絲膜截留極微小懸浮物、細(xì)菌尸體，其出水特別清澈，并可進(jìn)行清洗。
一級(jí)過濾器1的輸入
端接進(jìn)水口6，其輸出端通過水管與二級(jí)過濾器2的輸入端相連，二級(jí)過濾器2 的輸出端通過水管與金剛石電催化模塊過濾器3相連，金剛石電催化模塊過濾 器3的輸出端通過水管與四級(jí)過濾器4相連，四級(jí)過濾器4通過水管與出水口 7 相連。
采用以上結(jié)構(gòu)的理由在于，考慮到一般原水中均含有一些顆粒和懸浮物， 為此采用PP棉粗濾作為第一級(jí)。壓縮活性炭濾芯可強(qiáng)化粗濾作用，同時(shí)為電催 化模塊減輕部分負(fù)荷，為此可作為第二級(jí)，電催化模塊作為核心部分，實(shí)現(xiàn)絕 大部分的去污和消毒功能。細(xì)菌尸體對(duì)健康不利，故最后一級(jí)采用中空纖維超 濾膜進(jìn)行截留。此部分壽命通常最短，濾芯的更換取決于進(jìn)水的污染物含量， 在采用電催化模塊作為前置工段后可延長壽命3-4倍。超濾膜還可作為當(dāng)前面 工段出現(xiàn)故障時(shí)，保證出水質(zhì)量的保險(xiǎn)桿。
所述的金剛石電催化模塊過濾器3內(nèi)部為迷宮式結(jié)構(gòu)。金剛石電催化模塊 的設(shè)計(jì)采用熱絲化學(xué)氣相沉積法制備的摻硼金剛石薄膜(BDD)電極為原材料， 基材為p型硅，電極為直徑75mm的圓片，厚度為0. 15ram。并采用線切割工藝制 出同樣直徑大小的兩片不銹鋼圓片，厚度為lmm?？紤]到BDD電極強(qiáng)度不高容易 碎裂，將其中一片不銹鋼片作為支撐材料與BDD電極直接粘合起來作為電解豐莫 塊的陽極，通電時(shí)從外側(cè)的不銹鋼面進(jìn)行供電，另外一片不銹鋼片經(jīng)過拋光后 直接作為陰極。根據(jù)實(shí)驗(yàn)取得的一些結(jié)果，確定電極間距為12mm，初始施加電 壓為24V直流電。
考慮到如果將此模塊直接設(shè)計(jì)為圖1所示的類似CD播放器的結(jié)構(gòu)，中間不 加隔膜和水道控制片，則進(jìn)水和出水將在兩水口之間直接快速通過，兩側(cè)的水 即成為死角。為此考慮在兩電極中間的空間中設(shè)置水道控制片，隔片材料使用 綜合性能優(yōu)良的硅橡膠，通過模具加工為圖2所示的14道迷宮結(jié)構(gòu)，水流在模 塊內(nèi)曲折通過，增加了停留時(shí)間，提高了 BDD電極的實(shí)際有效作用面積。實(shí)驗(yàn) 表明，在水流速度為0.5L/min時(shí)，24V直流電作用下，細(xì)菌(以大腸桿菌為例) 的去除率可達(dá)到90%以上。此外，電催化模塊的外殼材料采用尼龍加工，左右 兩塊通過螺紋嵌合連接，確保密封不漏水。
所述的金剛石電催化模塊過濾器3選用摻硼金剛石電極BDD。針對(duì)野外用 水來源廣泛的特點(diǎn)，研制出基于摻硼金剛石電極模塊的水質(zhì)凈化裝置，用于高 效快速去除水體中有害物質(zhì)和細(xì)菌。本組合凈水器除本組合凈水器設(shè)計(jì)為輕便 背包式，可供野外使用一月左右，在有電源供應(yīng)時(shí)使用壽命可相應(yīng)提高，確保飲用水質(zhì)量達(dá)到正常水平。
電催化模塊中的金剛石陽極在直流電場(chǎng)下連續(xù)產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化性的氫氧
自由基和過氧化氫，臭氧等氧化物種，可與水中微量有機(jī)污染物反應(yīng)為C02和H20。 此外利用天然水中本身存在的氯離子等電解質(zhì)，在直流電場(chǎng)下可實(shí)現(xiàn)消毒，其 作用包括間接電化學(xué)氯消毒和直接電場(chǎng)作用消毒。去污和消毒的速率均可通過 調(diào)節(jié)施加電壓或電流來實(shí)現(xiàn)。
主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)
凈水器可供卜3人在野外使用一月左右，在有電源供應(yīng)時(shí)使用壽命可相應(yīng)
提高，確保飲用水質(zhì)量達(dá)到國家直飲水標(biāo)準(zhǔn)水平(包括《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生
規(guī)范》(2001)，《生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評(píng)價(jià)規(guī)范_一般水質(zhì)處 理器》(2001))。考慮到需要飲用的水量不大，為減輕凈水器重量，避免使用沉 重的增壓泵，采用輕質(zhì)的手動(dòng)搖桿進(jìn)水，頻率為1次/秒即可滿足進(jìn)水壓力要求。
翻適用水壓0. 05-0. 30MPa， 一般操作壓力0. 05-0. 10MPa
顯額定凈水流量0. 5L/min
腸適用環(huán)境溫度5-40。C
B單次總凈水量〉5萬L (視進(jìn)水水質(zhì)情況定)
國適用凈水水質(zhì)市政自來水，微污染地下水及微污染江河湖水
醒電源供應(yīng)方式可充電6000mAh鋰電池，24V直流
B進(jìn)水驅(qū)動(dòng)方式手搖桿進(jìn)水，頻率為1次/秒。 本發(fā)明把BDD電極電催化工藝實(shí)現(xiàn)了模塊化，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的模塊化凈 水單元，并與市場(chǎng)現(xiàn)有凈水模塊巧妙組合后應(yīng)用于飲用水安全保障領(lǐng)域。本發(fā) 明設(shè)計(jì)的組合凈水器與普通凈水器相比拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，特別是可作為在自然 災(zāi)害時(shí)期保證飲用水安全方面的一條新思路。
權(quán)利要求
1、一種帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備，包括殼體(5)、過濾器，其特征是所述過濾器包括一級(jí)過濾器(1)、二級(jí)過濾器(2)、金剛石電催化模塊過濾器(3)、四級(jí)過濾器(4)。一級(jí)過濾器(1)的輸入端接進(jìn)水口(6)，一級(jí)過濾器(1)輸出端通過水管與二級(jí)過濾器(2)的輸入端相連，二級(jí)過濾器(2)的輸出端通過水管與金剛石電催化模塊過濾器(3)輸入端的相連，金剛石電催化模塊過濾器(3)的輸出端通過水管與四級(jí)過濾器(4)輸入端相連，四級(jí)過濾器(4)輸出端通過水管與出水口(7)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備，其特征是 所述的金剛石電催化模塊過濾器(3)內(nèi)部為迷宮式結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備，其特 征是所述的金剛石電催化模塊過濾器(3)選用摻硼金剛石電極BDD。
全文摘要
一種帶金剛石電催化模塊的多級(jí)凈水設(shè)備，包括殼體(5)、過濾器，其特征是所述過濾器包括一級(jí)過濾器(1)、二級(jí)過濾器(2)、金剛石電催化模塊過濾器(3)、四級(jí)過濾器(4)。一級(jí)過濾器(1)的輸入端接進(jìn)水口(6)，一級(jí)過濾器(1)輸出端通過水管與二級(jí)過濾器(2)的輸入端相連，二級(jí)過濾器(2)的輸出端通過水管與金剛石電催化模塊過濾器(3)輸入端的相連，金剛石電催化模塊過濾器(3)的輸出端通過水管與四級(jí)過濾器(4)輸入端相連，四級(jí)過濾器(4)輸出端通過水管與出水口(7)相連。實(shí)現(xiàn)污染物的化學(xué)處理和細(xì)菌的電催化滅活，可望避免產(chǎn)生二次污染，能耗低，使用壽命長，同時(shí)具有一定的抗廢水濃度波動(dòng)性，是改良現(xiàn)有普通凈水器的一條思路。
文檔編號(hào)C02F1/46GK101497486SQ20091002464
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者張春永, 朱紀(jì)軍, 顧忠澤 申請(qǐng)人:東南大學(xué)