專利名稱：飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在飲用水活性炭處理工藝出水后建立紫外線二氧化鈦光消毒反
應器。
背景技術：
針對飲用水微污染水源的活性炭深度處理技術在歐洲、美國和日本等發達國家得 到較多應用，在我國已有數座水廠應用。但該技術應用中存在出水中細菌及顆粒物會影響 水質生物安全的問題，已在國際上受到高度重視。研究表明，在水質凈化過程中活性炭成 為微生物載體，活性炭炭粒附近營養物和溶解氧濃度較高，活性炭炭粒多孔表面為微生物 附著提供了避免水力剪切作用的保護，各種表面官能團的存在和由于還原性活性碳對氧化 性化合物的去除作用，使得炭層中積累了大量生物顆粒和非生物顆粒。活性炭濾池中的細 菌多與活性炭細小顆粒一起流出，部分細菌為炭粒所吸附，形成炭附細菌(以下簡稱"炭 菌")。由于受到活性炭顆粒的保護，炭菌對傳統的氯消毒有較大抗性。另外，炭粒攜帶未被 滅活的細菌進入管網后，可附著在管壁上繼而形成生物膜，造成二次生物污染，并對管網中 剩余消毒劑的滅活起到抑制作用，對飲用水生物安全造成影響。目前針對炭菌的生物安全 問題，往往通過提高消毒劑(氯)的投藥量來解決，但帶來消毒副產物(DBPs)增加等問題， 對飲用水的化學安全性帶來負面影響。研究表明，活性炭工藝對THMFP(三鹵甲烷生成勢) 的去除作用有限，甚至發現炭床出水中THMFP升高的現象。 以高級氧化為核心的新型飲用水消毒技術正在備受關注，其中UV/Ti02(紫外線/ 二氧化鈦)光催化消毒技術是飲用水領域研究的熱點之一。UV/Ti02光催化氧化消毒具有 無毒、廣譜性殺菌等特點，是一種有前途的替代氯消毒工藝。UV/Ti02光催化消毒機理是其 產生的強氧化性羥基自由基(HO )，首先破壞細菌細胞壁，而后造成細胞膜及胞內代謝物 質及遺傳物質的氧化破壞，最終導致細胞死亡而達到殺菌目的。 國內外UV/Ti02光催化消毒技術研究剛剛起步，且已見報道僅限于對水中細菌單 體(自由細菌)的滅活；在飲用水領域對活性炭出水中細菌尤其是炭菌的光催化消毒研究 國內外均未見報道，針對活性炭出水中炭菌的，/1102光催化消毒反應器設計未有應用報 道。

發明內容
本發明的目的是提供一種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器。
本發明為實現所述發明目的采用如下技術方案 —種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，由外套管、內套管、Ti02 環形板、紫外燈、進水管和出水管組成，其特征在于所述外套管內設有內套管，外套管兩端 與內套管外壁用有機玻璃板以玻璃膠密封固定，外套管與內套管之間的間隙縱向排列設有 若干Ti02環形板，相鄰兩塊Ti02環形板之間間距為(2. 0 2. 5) XTi02環形板的內徑，紫 外燈設于內套管內，所述外套管的軸心、內套管的軸心和1102環形板的中心位于同一軸線；外套管的兩端分別設有進水管和出水管。
所述內套管的一端口設有冷卻風扇。
所述所述外套管與內套管的直徑比為3 : i 4 : i。 所述外套管材質為有機玻璃，內套管材質為石英。
所述進水管和出水管上分別設有閥門。 所述Ti02環形板、內套筒和外套筒之間接觸部位用玻璃膠密封。 所述1102環形板設有6個孔，開孔率為1 1.5%，相鄰的兩個孔的圓心與1102
環形板圓心的連線形成的夾角成60度，其中相鄰的3個孔中心與Ti02環形板圓心距離為
4/3XTi02環形板內徑，另3個孔圓心距Ti02環形板圓心7/3XTi02環形板內徑；相鄰兩塊
Ti02環形板錯開孔位安裝，從一端至另一端每兩板順時針錯位40度。 本發明的優點在于 (1)該裝置實現了，/1102反應器與飲用水活性炭處理工藝的有效結合，反應器的
圓柱形、接觸式消毒方式可以方便安裝在出水管道中；并可靈活串聯或并聯反應器以應對
不同處理水量的變化，體現了較強適應性和實用性，同時消毒效果理想。 (2)，/1102反應器中催化材料載板的適宜開孔率和孔位的錯置布局，增加了出水
中自由細菌和炭菌等生物與Ti02催化材料載板的碰撞概率，延長了待消毒的生物體與Ti02
表面形成的羥基自由基(HO )的接觸時間，從而加強了 HO 的滅菌效果。 (3)UV/Ti02反應器的出水自由細菌總數遠低于現行的《生活飲用水衛生標準》
(GB5749-2006)，而炭菌可實現有效滅活；為了維持供水管網末梢的消毒劑余量，雖然仍需
在儲水箱或清水池中加入液氯等消毒劑，但其使用量已經大為較少，避免了大量消毒副產
物的生成，提高了供水的安全性，同時具有可觀的經濟效益。 表1比較了相同水量條件下常規平板結構與設計的圓形套筒+環形擋板結構的接 觸消毒區別，結果表明圓形套筒+環形擋板結構優化了炭菌顆粒與Ti02板接觸條件，整體 上延長了水利停留時間，使得，+1102接觸消毒的效率得以提高。
表1常規平板結構與設計套筒的比較
比較參數常規平板結構圓形套筒+環形擋板結構
單個Ti02板接觸時間20-30秒45-60秒
消毒效率90.2%99.9%
整體反應器停留時間60-90秒170-185秒
消毒效率91.7%99.9%


附圖1是本發明的紫外線二氧化鈦消毒反應器示意圖。
附圖2是本發明的Ti02環形板示意圖。 圖中1是外套管、2是內套管、3是Ti02環形板、4是紫外燈、5是出水管、6是冷卻
4風扇、7是進水管、8是閥門。
具體實施操作 下面通過實施例的方式，對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范
圍不局限于所述實施例。 實施例1 —種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，由外套管1、內套管2、 Ti02環形板3、紫外燈4、出水管5和進水管7組成，所述外套管1內設有內套管2，外套管1 兩端與內套管2外壁用有機玻璃板以玻璃膠密封固定，外套管1與內套管2之間的間隙縱 向排列設有6塊Ti02環形板3，相鄰兩塊Ti02環形板3間距為2XTi02環形板3的內徑， Ti02環形板3、內套筒2和外套筒1之間接觸部位用玻璃膠密封。紫外燈4設于內套管2 內，充分利用紫外線的照射范圍，防止紫外線外泄，同時便于紫外燈和Ti02環形板的安裝固 定，所述外套管1的軸心、內套管2的軸心和Ti02環形板3的中心位于同一軸線；外套管1 的兩端分別設有進水管7和出水管5。其中活性炭處理工藝出水從進水管7進入，流經的水 在紫外燈4照射下和Ti02環形板3催化聯合作用下消毒，消毒后的出水經出水管5排出。 圓柱同心套筒體使得水流狀態平穩，避免產生死水區，水力條件優越。用玻璃膠將Ti02環 形板3、內套筒2和外套筒1之間接觸部位密封。 所述內套管2的一端口設有冷卻風扇6，冷卻風扇6始終運轉以降低紫外燈照射產 生的熱量。 所述外套管1與內套管2的直徑比為3:1。 所述外套管1材質為有機玻璃，內套管2材質為石英。 所述進水管7和出水管5上分別設有閥門8。 所述1102環形板3設有6個孔，開孔率為1%，相鄰的兩個孔的圓心與1102環形 板3圓心的連線形成的夾角成60度，其中相鄰的3個孔中心與Ti02環形板3圓心距離為 4/3 X Ti02環形板3內徑，另3個孔圓心距Ti02環形板3圓心距離為7/3 X Ti02環形板3內 徑；相鄰兩塊Ti02環形板3錯開孔位安裝，從一端至另一端每兩板順時針錯位40度。孔位 錯置使得水流的動力特征改變，增加了水相中的炭菌等生物顆粒碰撞Ti02板的頻率，使炭 菌顆粒的停留時間延長，克服了 HO 壽命短的缺點，提高了消毒效果。
反應器作用效果停留時間170秒，消毒效率99. 0%，存活細菌數量102個/mL， UV/Ti02消毒的光復活率9. 1 % 。
實施例2 —種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，由外套管1、內套管2、 Ti02環形板3、紫外燈4、出水管5和進水管7組成，所述外套管1內設有內套管2，外套管 1兩端與內套管2外壁用有機玻璃板以玻璃膠密封固定，外套管1與內套管2之間的間隙 縱向排列設有9塊Ti02環形板3，相鄰兩塊Ti02環形板3間距為2. 2XTi02環形板3的內 徑，1102環形板3、內套筒2和外套筒1之間接觸部位用玻璃膠密封。紫外燈4設于內套管 2內，充分利用紫外線的照射范圍，防止紫外線外泄，同時便于紫外燈和Ti02環形板的安裝 固定，所述外套管1的軸心、內套管2的軸心和Ti02環形板3的中心位于同一軸線；外套管 1的兩端分別設有進水管7和出水管5。其中活性炭處理工藝出水從進水管7進入，流經的 水在紫外燈4照射下和Ti02環形板3催化聯合作用下消毒，消毒后的出水經出水管5排出。圓柱同心套筒體使得水流狀態平穩，避免產生死水區，水力條件優越。用玻璃膠將Ti02環 形板3、內套筒2和外套筒1之間接觸部位密封。 所述內套管2的一端口設有冷卻風扇6，冷卻風扇6始終運轉以降低紫外燈照射產 生的熱量。 所述外套管1與內套管2的直徑比為4 : 1。 所述外套管1材質為有機玻璃，內套管2材質為石英。 所述進水管7和出水管5上分別設有閥門8。 所述1102環形板3設有6個孔，開孔率為1.3%，相鄰的兩個孔的圓心與1102環 形板3圓心的連線形成的夾角成60度，其中相鄰的3個孔中心與Ti02環形板3圓心距離 為4/3 X Ti02環形板3內徑，另3個孔圓心距Ti02環形板3圓心距離為7/3 X Ti02環形板3 內徑；相鄰兩塊Ti02環形板3錯開孔位安裝，從一端至另一端每兩板順時針錯位40度。孔 位錯置使得水流的動力特征改變，增加了水相中的炭菌等生物顆粒碰撞Ti02板的頻率，使 炭菌顆粒的停留時間延長，克服了 HO 壽命短的缺點，提高了消毒效果。
反應器作用效果停留時間175秒，消毒效率99.8X，存活細菌數量86個/mL，UV/ 1102消毒的光復活率8. 3%。
實施例3 —種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，由外套管1、內套管2、 Ti02環形板3、紫外燈4、出水管5和進水管7組成，所述外套管1內設有內套管2，外套管1 兩端與內套管2外壁用有機玻璃板以玻璃膠密封固定，外套管1與內套管2之間的間隙縱 向排列設有12塊Ti02環形板3，相鄰兩塊Ti02環形板3間距為2. 5XTi02環形板3的內 徑，1102環形板3、內套筒2和外套筒1之間接觸部位用玻璃膠密封。紫外燈4設于內套管 2內，充分利用紫外線的照射范圍，防止紫外線外泄，同時便于紫外燈和Ti02環形板的安裝 固定，所述外套管1的軸心、內套管2的軸心和Ti02環形板3的中心位于同一軸線；外套管 1的兩端分別設有進水管7和出水管5。其中活性炭處理工藝出水從進水管7進入，流經的 水在紫外燈4照射下和Ti02環形板3催化聯合作用下消毒，消毒后的出水經出水管5排出。 圓柱同心套筒體使得水流狀態平穩，避免產生死水區，水力條件優越。用玻璃膠將Ti02環 形板3、內套筒2和外套筒1之間接觸部位密封。 所述內套管2的一端口設有冷卻風扇6，冷卻風扇6始終運轉以降低紫外燈照射產 生的熱量。 所述外套管1與內套管2的直徑比為4 : 1。 所述外套管1材質為有機玻璃，內套管2材質為石英。 所述進水管7和出水管5上分別設有閥門8。 所述1102環形板3設有6個孔，開孔率為1.5%，相鄰的兩個孔的圓心與1102環 形板3圓心的連線形成的夾角成60度，其中相鄰的3個孔中心與Ti02環形板3圓心距離 為4/3 X Ti02環形板3內徑，另3個孔圓心距Ti02環形板3圓心距離為7/3 X Ti02環形板3 內徑；相鄰兩塊Ti02環形板3錯開孔位安裝，從一端至另一端每兩板順時針錯位40度。孔 位錯置使得水流的動力特征改變，增加了水相中的炭菌等生物顆粒碰撞Ti02板的頻率，使 炭菌顆粒的停留時間延長，克服了 HO 壽命短的缺點，提高了消毒效果。
反應器作用效果停留時間183秒，消毒效率99. 9% ，存活細菌數量65個/mL， UV/Ti02消毒的光復活率7. 7%。
權利要求
一種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，由外套管(1)、內套管(2)、TiO2環形板(3)、紫外燈(4)、出水管(5)和進水管(7)組成，其特征在于所述外套管(1)內設有內套管(2)，外套管(1)兩端與內套管(2)外壁用有機玻璃板以玻璃膠密封固定，外套管(1)與內套管(2)之間的間隙縱向排列設有若干TiO2環形板(3)，相鄰兩塊TiO2環形板(3)間距為(2.0～2.5)×TiO2環形板(3)的內徑，紫外燈(4)設于內套管(2)內，所述外套管(1)的軸心、內套管(2)的軸心和TiO2環形板(3)的中心位于同一軸線；外套管(1)的兩端分別設有進水管(7)和出水管(5)。
2. 根據權利要求1所述飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，其特征在 于所述內套管(2)的一端口設有冷卻風扇(6)。
3. 根據權利要求1所述飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，其特征在 于所述外套管(1)與內套管(2)的直徑比為3 : 1 4 : 1。
4. 根據權利要求1所述飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，其特征在 于所述外套管(1)材質為有機玻璃，內套管(2)材質為石英。
5. 根據權利要求1所述飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，其特征在 于所述進水管(7)和出水管(5)上分別設有閥門(8)。
6. 根據權利要求1所述飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，其特征在 于所述1102環形板(3)、內套筒(2)和外套筒(1)之間接觸部位用玻璃膠密封。
7. 根據權利要求1所述飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器，其特征在 于所述Ti02環形板(3)設有6個孔，開孔率為1 1. 5%，相鄰的兩個孔的圓心與Ti02環 形板(3)圓心的連線形成的夾角成60度，其中相鄰的3個孔中心與1102環形板(3)圓心 距離為4/3XT叫環形板(3)內徑，另3個孔圓心距1102環形板(3)圓心距離為7/3XTi02 環形板(3)內徑；相鄰兩塊1102環形板(3)錯開孔位安裝，從一端至另一端每兩板順時針 錯位40度。
全文摘要
本發明的目的在于針對活性炭出水中細菌尤其是炭菌的生物安全問題，提出一種飲用水活性炭工藝出水紫外線二氧化鈦消毒反應器。該反應器是在吸取UV消毒優點和TiO2催化特性的基礎上，通過工藝優化和集成形成的一體化消毒反應器系統。UV/TiO2(紫外線/二氧化鈦)消毒反應器可以有效滅活活性炭出水中的自由細菌及炭菌，其處理出水水質達到生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)要求；并能承受一定程度的供水負荷變化，其應用前景廣泛。
文檔編號C02F1/32GK101723484SQ20101001722
公開日2010年6月9日 申請日期2010年1月5日 優先權日2010年1月5日
發明者林濤, 王磊磊, 趙金輝, 陳衛 申請人:河海大學