一种移动式太阳能水质净纯化实验设备的制作方法
【专利摘要】一种移动式太阳能水质净纯化实验设备，包括太阳能发电系统和组合式膜系统，其中：太阳能发电系统包括光伏电池板，光伏电池板的输出连接带有DC12V输出接口的储能器，储能器连接带有AC220V输出接口的逆变器，同时储能器也可通过外接口与市电连接充电；组合式膜系统包括微滤膜，经过微滤膜的原水经DC12V自吸式压力泵和超滤膜后分为两路，一路经过紫外灯管深度灭菌作为饮用制水，另一路经反渗透膜后进入承压式储水胆，自承压式储水胆的水再次分为两路，一路作为纯净制水，另一路经混床树脂和电阻率仪检测后制得超纯水；本装置开放式设计，可提供饮用水、纯净水和超纯水三级不同水质供实验教学，其自身用电保证系统，可满足现场户外的实训需要。
【专利说明】一种移动式太阳能水质净纯化实验设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于深度水处理及光伏发电利用【技术领域】，特别涉及一种移动式太阳 能水质净纯化实验设备。
【背景技术】
[0002] 以高分子分离膜为代表的现代膜分离技术作为一种新型、高效流体分离单元操作 技术，30年来取得了令人瞩目的飞速发展，已广泛应用于水质深度处理的各个领域。其中， 超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为〇. 001-0. 02微米的微孔过滤膜。在膜的一 侧施以适当压力，就能筛出像细菌病毒这样小于孔径的物质，及分离分子量大于500道尔 顿（原子质量单位）、粒径大于10纳米的颗粒
[0003] R〇(Reverse Osmosis)反渗透技术是利用渗透压力差为动力的膜分离过滤技术， 源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、 医药、食品、饮料、海水淡化等领域。国内反渗透膜工业应用的最大领域仍为大型锅炉补给 水、各种工业纯水，饮用水。单级反渗透适合电导率小于500 μ S/cm的水质；出水电导率 1-10 μ S/cm。
[0004] 目前，水质净纯化深度处理的教学实验装置常为分散式的单膜系统。结合新型太 阳能光伏发电技术的综合水质分级处理教学实践，通过浊度、细菌总数、水质电导及电阻率 等指标分析判断，实施以户外天然地表水系取水，从富矿除菌的以超滤为核心的优质饮用 水处理到反渗透R0膜除盐的空白纯净水，进而实现核级树脂离子交换的科研级的实验用 超纯水制取，将会给学生以全新的系列化认识过程。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种移动式太阳能水 质净纯化实验设备，以太阳能为动力、结合组合式膜系统对地表水进行净纯化分级处理，分 质制取饮用水、纯净水、超纯水等，实时开展地表水的净纯化处理实验，适于科教实验装置 开放、可操作性的要求。
[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0007] -种移动式太阳能水质净纯化实验设备，包括太阳能发电系统和组合式膜系统， 其中：
[0008] 所述太阳能发电系统包括光伏电池板1，光伏电池板1的输出连接带有DC12V输出 接口 7的储能器4,储能器4连接带有AC220V输出接口 6的逆变器5,储能器4同时通过外 接口 3连接市电接口 2 ;
[0009] 所述组合式膜系统包括微滤膜8,经过微滤膜8的原水经DC12V自吸式压力泵9和 超滤膜10后分为两路，一路经过紫外灯管11作为饮用制水，另一路经反渗透膜13后进入 承压式储水胆14,出承压式储水胆14的水再次分为两路，一路作为纯净制水，另一路先后 经混床树脂17和电阻率仪18后制得超纯水；
[0010] 其中，所述DC12V自吸式压力泵9连接储能器4取电，所述纯净水出口设置有电磁 阀一 16,所述超纯水出口设置有电磁阀二19,电磁阀一 16连接三档选择开关20除空档外 的一个档位，电磁阀二19连接三档选择开关20除空档外的的第二个档位。
[0011] 所述承压式储水胆14的出水口设置有流量计15。
[0012] 所述饮用水出口设置有手动阀12。
[0013] 所述太阳能发电系统和组合式膜系统开放式安装于带轮的L型钢架上。
[0014] 所述L型钢架上设置斜面结构，光伏电池板1安装于该斜面结构上。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0016] 1)以太阳能为动力的光伏发电是一种新型绿色清洁能源技术，由其提供电力能 源，环保清洁。
[0017] 2)结合太阳能发电的组合式膜系统水质净纯化处理过程包括微滤一超滤一紫外 消毒一反渗透一树脂交换，可以分别制取饮用水、纯净水和超纯水。不同处理级别的出水适 用于深度水处理教学的不同需要。
[0018] 3)饮用水可通过微滤一超滤一紫外消毒处理过程得到。地表水源含有颗粒物浊 度、细菌等风险因子，存在一定的健康隐患，经上述膜组合处理，可以滤除细菌、泥浊，同时， 保留人体生长所需的微量元素和矿物质，制得优质饮用水。
[0019] 4)经反渗透过程处理，可得到纯净水。去除饮用水中包括潜在的铬镉汞砷重金属 及所有的无机离子、有机物、病毒等。安全性得以进一步提高。同时，也去除了水中电解质 矿物离子，且单膜的水资源利用率较低。
[0020] 5)再经核级混床树脂过程处理，可进一步得到超纯水。超纯水可满足科研使用，且 电阻率高于10ΜΩ/〇ιι2。
[0021] 通过上述不同的水质处理过程，开放的装置设计满足教学实验的要求。依各种膜 材对地表水水质影响因子有不同的处理效果，学生对水质净纯化深度处理的原理和方法会 有更直观的操控，并掌握认知。在一些野外作业等无动力特殊环境下，该设计装置也可实现 在线水质净纯化自给，满足用电用水的动力应急。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本实验装置的结构图。
[0023] 图2是本实验装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。
[0025] 如图1所示，一种移动式太阳能水质净纯化实验设备，包括太阳能发电系统和组 合式膜系统，安装于带轮的L型钢架上，L型钢架上设置斜面结构，太阳能发电系统的光伏 电池板1安装于该斜面结构上。
[0026] 其中：
[0027] 太阳能发电系统包括光伏电池板1，光伏电池板1安装于L型钢架坚直面前端设置 的斜面结构上。光伏电池板1的输出连接带有DC12V输出接口 7的储能器4,储能器4连接 带有AC220V输出接口 6的逆变器5,储能器4同时可通过外接口 3连接市电接口 2充电；
[0028] 组合式膜系统包括微滤膜8,经过微滤膜8的原水经DC12V自吸式压力泵9和超滤 膜10后分为两路，一路经过紫外灯管11作为饮用水并在饮用水出口设置有手动阀12,另一 路经反渗透膜13后进入承压式储水胆14,承压式储水胆14的出水口设置有流量计15,出 承压式储水胆14的水再次分为两路，一路作为纯净水，另一路先后经混床树脂17和电阻率 仪18后得到超纯水；
[0029] 其中，所述DC 12V自吸式压力泵9连接储能器4取电，所述纯净水出口设置有电磁 阀一 16,所述超纯水出口设置有电磁阀二19,电磁阀一 16连接三档选择开关20除空档外 的一个档位，电磁阀二19连接三档选择开关20除空档外的的第二个档位。
[0030] 上述结构中，主要部件介绍如下：
[0031] 微滤膜8 :微滤能截留孔径0. 1?1 μ m之间的微粒，阻挡悬浮物、泥沙、铁锈及大 尺度的胶体通过，用于后级深度处理的预保护。
[0032] 超滤膜10 :超滤微孔径在0. 01?0. 1 μ m，能滤除饮用水中的细菌，胶体等主要有 害物质，出水即为含矿物质离子和原水溶解氧的饮用水。超滤膜的低压高通量制水运行，符 合节能环保材料的要求。其近乎100%的去浊除菌和水资源利用率，以及方便的表面纳污清 洗功能。
[0033] 紫外灯管11 :紫外线具有破坏细菌DNA的高能UVC谱线波长，其物理杀菌作用表 现为无二次污染，进一步保证水质饮用的安全。
[0034] 反渗透膜，13 :表面的微孔半径一般在0· 1?10nm之间，反渗透膜可有效去除水 中的有机物、离子、病毒、蛋白等一切杂质，处理后得到纯净水。
[0035] 混床树脂17 :以核级树脂为原料按一定比例混合的阳、阴离子交换柱，可将纯净 水中的离子进一步交换、脱除。出水水质达到实验级的超纯水，制水的电阻率高于10ΜΩ。
[0036] 本实验装置的操作过程如下：
[0037] 充电：光伏电池板1的规格为1100mmX500mm，其与储能器4连接，储能器4则与 DC12V自吸式压力泵9的电源相接。在阳光地带，检查并旋转实验装置、调节朝阳角度，使光 伏电池板1充分获取太阳能进行发电并存于储能器4 ;亦或以外接口 3通过市电接口 2与 市电AC220V直接为储能器4充电。储能器4经逆变器5使装置可现场环境对外输出交、直 流电，满足无动力环境下的照明及手机、定位仪、计算机等的充电和现场使用需要。
[0038] 获得的三种出水水质及实验分析操作步骤如下：
[0039] (1)以地表水制取饮用水
[0040] 将进水口始终置于原水桶（内装地表水）的液面下。启动DC12V自吸式压力泵9， 原水通过导管进入微滤膜8,进行水质预处理。DC12V自吸式压力泵9连接在微滤膜8和超 滤膜10之间，打开手动阀12。同时，紫外灯管11处于工作状态，获得的超滤出水再经紫外 消毒后净化为饮用水，紫外灯管11也从储能器4取电。设计学生实验，分析比较MF和UF 前后水质浊度、细菌和电导的去除效率。（注：MF主要针对浊度去除；UF100%去除浊度、细 菌，不影响水质矿物的电导。）
[0041] (2)以地表水制取纯净水
[0042] 超滤膜10出水连接到反渗透膜13,反渗透膜13后连接有承压式储水胆14,承压 式储水胆14的出口设置流量计15。如上述步骤1，若手动阀12关闭，超滤膜10出水进入 反渗透膜13处理，出水水质即为纯净水。设计学生实验，分析进出R0膜的水质电导和细菌 的去除效率。
[0043] ①当把三档选择开关20选择为空挡时，电磁阀一 16和电磁阀二19同时处于关闭 状态，装置进行储水工作，当承压式储水胆14满水压后，由于上限压力作用，装置自动切掉 DC12V自吸式压力泵9电源，停止运行。满水压状态储备着承压纯净水，方便于大流量即时 使用。
[0044] ②当三档选择开关20选择为出纯净水时，电磁阀一 16通电呈导通状态，电磁阀二 19呈关闭状态，可在取水处收集纯净水。
[0045] (3)以地表水制取超纯水
[0046] 流量计15之后接入混床树脂17,再接电阻率仪18,可直接读出制得的超纯水电阻 率。如上述步骤1若手动阀12关闭，超滤膜10出水则进入反渗透膜13处理，当三档选择 开关20选择为超纯水挡时，电磁阀二19通电呈导通状态，电磁阀一 16呈关闭状态，反渗透 膜13出水再经承压式储水胆14和流量计15进入混床树脂17进行核级混床离子交换，读取 制水的电阻率值，收集超纯水。设计学生实验，并与R0出水的电导值比较（μ S = ΜΩ-1)。
[0047] 综上，本装置可提供如下三种出水水质；①微滤-超滤+紫外消毒的优质饮用水； ②后经反渗透作用的纯净水；③再经核级混床树脂处理后的科研实验级的超纯水。
[0048] 以此所开展的组合膜分质处理功能参数评价，包括微滤MF作用的浊度去除，超滤 UF作用的除细菌和进一步去除浊度；反渗透R0去除有机物、矿物离子电导及微小病毒等。 核级混床交换树脂进一步提升水质电阻率。整个处理系统统一设计、安装于坚直的立面。装 置结构外露式开放展现，利于使用者整体学习、掌握该太阳能水质净纯化流程，开展相关膜 功能、参数评价的教学实验比对及示范。满足实验条件开放和可操作性的要求。
【权利要求】
1. 一种移动式太阳能水质净纯化实验设备，包括太阳能发电系统和组合式膜系统，其 特征在于： 所述太阳能发电系统包括光伏电池板（1)，光伏电池板（1)的输出连接带有DC12V输 出接口⑵的储能器（4)，储能器（4)连接带有AC220V输出接口（6)的逆变器（5)，储能器 (4)同时通过外接口（3)连接市电接口（2); 所述组合式膜系统包括微滤膜（8)，经过微滤膜（8)的原水经DC12V自吸式压力泵（9) 和超滤膜（10)后分为两路，一路经过紫外灯管（11)作为饮用制水，另一路经反渗透膜（13) 后进入承压式储水胆（14)，出承压式储水胆（14)的水再次分为两路，一路作为纯净制水， 另一路先后经混床树脂（17)和电阻率仪（18)后制得超纯水； 其中，所述DC12V自吸式压力泵（9)连接储能器（4)取电，所述纯净水出口设置有电磁 阀一（16)，所述超纯水出口设置有电磁阀二（19)，电磁阀一（16)连接三档选择开关（20) 除空档外的一个档位，电磁阀二（19)连接三档选择开关（20)除空档外的的第二个档位。
2. 根据权利要求1所述的移动式太阳能水质净纯化实验设备，其特征在于，所述承压 式储水胆（14)的出水口设置有流量计（15)。
3. 根据权利要求1所述的移动式太阳能水质净纯化实验设备，其特征在于，所述饮用 水出口设置有手动阀（12)。
4. 根据权利要求1所述的移动式太阳能水质净纯化实验设备，其特征在于，所述太阳 能发电系统和组合式膜系统开放式安装于带轮的L型钢架上。
5. 根据权利要求4所述的移动式太阳能水质净纯化实验设备，其特征在于，所述L型钢 架上设置斜面结构，光伏电池板（1)安装于该斜面结构上。
【文档编号】C02F9/08GK203946989SQ201420364205
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】周康康, 葛碧洲, 罗声, 张姣, 陈兴都 申请人:西安建筑科技大学