一种自来水净化成直饮水方法和装置 【技术领域】
本发明涉及水处理，尤其涉及一种采用光催化磁化的自来水净化成直饮水方法和装置。
背景技术
现有的自来水净化的方法和设备很多，如用紫外C、电子、高频磁场、膜过滤，逆渗透等方法和工艺来净化水质，也有光催化净化水质的装置，但这种装置存在着体积大或效率不高的缺点，使用这些方法和设备来净化水质，要么净化效率低，要么运行费用高。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种采用光催化磁化的自来水净化成直饮水方法和装置，以解决现有技术中效率低、成本高的缺陷，提供一种高效且成本低的自来水净化方法和设备。
本发明所采用的自来水净化成直饮水方法为：
A.对自来水进行磁化处理；
B.采用过滤反应床对经磁化的自来水进行光触媒净化处理，并在其最后的过滤网层上通过施用紫外光与光催化剂完成更高级净化；
所述的步骤A中，采用进水管外套设单极磁环产生磁场进行磁化处理；
所述地单极磁环采用SRO6Fe2O3制作；
所述的步骤B中，所述的过滤反应床采用外网和内网结构，中间填塞活性炭，所述的活性炭采用光触媒复合炭粒；
所述的光触媒复合炭粒为木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物经600℃-1000℃高温煅烧炭化而制成，其中各组分的重量百分比如下：
木质炭 5％-20％；
粘土 5％-20％；
陶粒 55％-89％；
光触媒剂 1％-5％。
所述的作为最后过滤网层的内网上附有光催化剂薄膜，所述的光催化剂由紫外光无影胶水和二氧化钛粉末所组成，其中各组分的重量百分比如下：
紫外光无影胶水 60％-99.5％；
二氧化钛粉末 0.5％-40％。
所述的紫外光无影胶水的成份包括聚氨基甲酸乙酯单体、高沸甲基丙烯酸酯、高沸甲基丙烯酸酯、光引发剂和压克力酸，其中各组分的重量百分比如下：
聚氨基甲酸乙酯单体 30％-40％；
高沸甲基丙烯酸酯 30％-40％；
高沸甲基丙烯酸酯 15％-25％；
光引发剂 1％-3％；
压克力酸 5％-10％；
而且，所述的二氧化钛粉末的粒径为3-30nm，有效成份大于98％，采用亲水或疏水表面处理。
所述的步骤B中，采用波长为185nm-254nm的紫外光作为光触媒激发光。
这种实现上述方法的自来水净化装置，包括壳体，所述的壳体内设置有紫外灯，壳体外端连通有进水管和出水管，其特征在于：所述的进水管外套设单极磁环，所述的壳体内设置用于光触媒净化处理的过滤反应床；
所述的过滤反应床包括不绣钢外网和不绣钢内网，中间填塞光触媒复合炭粒，所述的不绣钢内网上镀有光催化剂薄膜；
所述的过滤反应床顶部设置与壳体相连的法兰；
所述的紫外灯与过滤反应床之间设置用于隔离水的保护套管；
所述的保护套管采用透光率大于或等于85％的高压石英套管；
所述的壳体为圆形或方形。
本发明的有益效果在于：在本发明中，对自来水进行磁化处理后，采用过滤反应床对经磁化的自来水进行光触媒净化处理，并在其最后的过滤网层上通过施用光催化剂完成更高级净化处理，首先通过单极磁环把水的分子链打断，使集团水分子变成单一水分子，从而降低水的表面张力，软化水质，提高水的溶解性，激活水中的静态氧，提高水的含氧量，为后面的吸附隔离和光化学高级氧化处理带来了方便，由于充磁后的水离子会产生自旋，使水体保持新鲜，而且水的溶解力、渗透力、吸附力都较强，并保留人体所需的微量矿物质，有利于补充人体每天消耗的能量，经过这种磁化、过滤、吸附隔离和光化学高级氧化处理，使水质得到充分保障，这样，可达到多级净化的效果，净化效率较高，结构紧凑，成本低廉，通过采用进水管外套设单极磁环的磁化处理，以及过滤反应床采用外、内网结构，中间填塞光触媒复合炭粒，尤其是在作为最后过滤网层的内网上附有光催化剂薄膜与紫外光发生光化学反应，有效地实现了这种效率高、成本低的多级净化，实现对于水中的烃、卤代有机物(包括卤代脂肪烃、卤代羧酸、卤代芳香烃)、羧酸、表面活性剂、含氮有机物、有机磷等有机物，以及氰离子、金属离子等无机物等达到完全无机化，实现去除如剩余农药、氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等污染物，这样，最终达到直接饮用的效果；过滤反应床采用不绣钢外网和不绣钢内网，可提高耐腐蚀性和使用寿命；紫外灯与过滤反应床之间设置保护套管，可用于隔离水而保护该套管内的紫外灯，进一步提高本发明的实用性和可靠性。
【附图说明】
图1为本发明总体组成垂直截面示意图；
图2为本发明中过滤反应床沿A-A垂直截面示意图。
【具体实施方式】
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
根据图1和图2，本发明包括壳体1，壳体1外端连通有进水管2和出水管3，进水管2外套设单极磁环21，出水管3上设置出水开关31，壳体1内设置用于光触媒净化处理的过滤反应床4，壳体1内设置有紫外灯5，紫外灯5与过滤反应床4之间设置用于隔离水而保护紫外灯5的保护套管14，保护套管14采用透光率大于或等于85％的高压石英套管；如图2所示，过滤反应床4采用外网和内网结构，具体包括不绣钢外网41和不绣钢内网43，中间填塞活性炭，所述的活性炭采用光触媒复合炭粒42，不绣钢内网43上镀有光催化剂薄膜44。
其具体结构如图1和图2所示，壳体1包括外筒11、上盖法兰12和底坐13，外筒11和底坐13通过螺旋连接，其间夹有防漏环；上盖法兰12置于外筒11顶部，保护套管14套设于上盖法兰12中，保护套管14顶部设置有灯座141，灯座141与上盖法兰12通过螺旋连接，紫外灯5通过螺旋连接安装于保护套管14中的灯座141上，紫外灯5所发出的光波长为185nm-254nm的紫外光，在本发明中以该段光波长作为光触媒激发光；如图1和图2所示，过滤反应床4顶部设置与壳体1的上盖法兰12相连的法兰45。
在本发明中，通过进水管2外套设的单极磁环21产生磁场，对自来水进行磁化处理，这种单极磁环21采用SRO6Fe2O3制作，可产生4000到20000高斯的强大磁场。
在过滤反应床4中，光触媒复合炭粒42为木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物经600℃-1000℃高温煅烧炭化而制成，其中各组分的重量百分比如下：
木质炭 5％-20％；
粘土 5％-20％；
陶粒 55％-89％；
光触媒剂 1％-5％。
作为最后过滤网层的不绣钢内网43上附有光催化剂薄膜44，光催化剂由紫外光无影胶水和二氧化钛粉末所组成，其中各组分的重量百分比如下：
紫外光无影胶水 60％-99.5％；
二氧化钛粉末 0.5％-40％。
其中，紫外光无影胶水的成份包括聚氨基甲酸乙酯单体、高沸甲基丙烯酸酯、高沸甲基丙烯酸酯、光引发剂和压克力酸，其中各组分的重量百分比如下：
聚氨基甲酸乙酯单体 30％-40％；
高沸甲基丙烯酸酯 30％-40％；
高沸甲基丙烯酸酯 15％-25％；
光引发剂 1％-3％；
压克力酸 5％-10％；
本发明所用的二氧化钛粉末的粒径为3-30nm，有效成份大于98％，采用亲水或疏水表面处理。
本发明的工作过程如下：
如图1所示，当自来水流经过外部套设单极磁环21的进水管2时，进水管2内能够产生4000到20000高斯的强大磁场，磁力线与水流垂直正交，水在外力作用下以一定的流速通过磁场，作切割磁力线运动，自来水中会产生电荷和使电荷运动的电动势，于是水就产生了电流、电位差等物理变化，产生电能，这时水中有了电荷、电位，就会改变水本身以及包含在水中其它物质的状态和性质。在不纯净的水中的盐、碱、酸等成份的杂质，使水有一定的酸碱度，同时也不同程度地悬浮着不溶解的固体杂质和微量的金属、非金属元素，这些杂质和其它元素促使绝大多数生活、饮用水都属于有一定导电性能的非绝缘物质，不同程度地都可以被磁化，水中的钙和铁等杂物也同时会产生带正电和负电的离子。离子由于正负电的关系而相互吸引，使悬浮杂物凝聚、体积增大，然后流入过滤反应床4。
如图1和图2所示，当经被磁化的自来水穿过不绣钢外网41流入过滤反应床4后，由于光触媒复合炭粒42由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂所组成，具有大量不同孔径的微细孔结构，包括有很多分子水平(20埃)的超细微孔，这些细微孔隙能有效地吸附产生臭味的化学物质和挥发性气体VOC；因为组分里有以主要成份是纳米二氧化钛的光触媒剂，纳米二氧化钛是活性很强的光催化剂，光触媒剂对紫外线有很好的吸收能力，能激发纳米二氧化钛价带上的电子吸收光能而被激发到导带上产生带有很强负电的高活性电子，同时在价带上产生带正电的空穴(h+)，从而产生具有很强活性的电子一一空穴对，形成氧化还原体系。这些电子一一空穴对迁移到二氧化钛表面后与空气中的水发生作用，最终产生具有高度化学氧化活性的羟基自由基(OH)和超氧化物离子，OH自由基的电子亲和能力强，容易攻击高电子云密度的有机分子部位，形成进一步氧化的中间产物，由于光触媒剂的比表面积非常大(＞140m2/g)，增强了光触媒复合炭粒42的吸附能力，使一部份污染物被吸附下来，实现边吸边分解的功能，减轻了后级光催化氧化净化的负荷。
如图1和图2所示，当经过光触媒复合炭粒42吸附后的自来水通过压力再由外侧流向圆心位置时，即由不绣钢外网41流向不绣钢内网43后，过滤反应床4内侧不绣钢内网43上负载的光催化剂薄膜44在受到紫外灯5的光波为254nm的紫外线照射下，其催化剂禁带上的电子吸收光能而被激发到导带上产生带有很强负电的高活性电子，同时在禁带上产生带正电的空穴(h+)，从而产生具有很强活性的电子一一空穴对，形成氧化还原体系。这些电子一一空穴对迁移到光催化剂薄膜44表面后与溶解氧及水发生作用，最终产生具有高度化学氧化活性的羟基自由基(OH)和超氧化物离子，可将各种细菌、病毒杀灭及将有机物完全氧化为二氧化碳和水，且对氧化物的氧化作用具有广谱性，OH自由基的电子亲和能力可达到569.3kj，容易攻击高电子云密度的有机分子部位，形成更进一步氧化的中间产物，完成更高级的光催化氧化净化处理过程，这样，通过本发明对自来水进行多级净，实现对于水中的烃、卤代有机物(包括卤代脂肪烃、卤代羧酸、卤代芳香烃)、羧酸、表面活性剂、含氮有机物、有机磷等有机物，以及氰离子、金属离子等无机物等达到完全无机化，实现去除如剩余农药、氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等污染物，这样，被去除了各种不同类型的有机污染物及细菌、病毒的自来水可直接饮用。
然后，打开出水管3上的出水开关31，经过本发明净化处理后的自来水通过出水管3流出，即可饮用。
在本发明中，过滤反应床4及保护套管14套接的外壳可以拆卸，当过滤反应床4中间的光触媒复合炭粒42饱和或过滤反应床4不绣钢内网43网壁的光催化剂薄膜44因长期使用而发生老化现象，影响到水质净化效果的时候，可以将该过滤反应床4拆下后，直接置换成一个新的过滤反应床4或将原过滤反应床4清洗翻新后即可继续使用，保证水质净化的效果，使用起来非常方便。
在本实施例中，壳体1可以制成圆形，或者其它多边形的各种形状，其使用方式可采用壁挂式、立柜式或吊顶式，至于其结构、原理与以上所述相同，不再赘述。
本发明可根据需要，制成每小时处理量为0.1-2立方水量的小型民用直饮水机，也可制成每小时处理量为2-500立方水量的大型商用直饮水装置。