TWI309229B - Filtration device - Google Patents

Description

1309229 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種淨水裝置’特別係有關於一種利用光觸媒 來淨化污染物之淨水裝置。 【先前技術】 光觸媒具有環境淨化的功能，其中又以二氧化鈦(Ti02)最具應 用效應。當Ti02光觸媒的表面有水份存在和適當光線照射時，可產 生氫氧自由基(OH ·)，氫氧自由基氧化力強大，可使附著在光觸媒 表面的有機物分解。 光觸媒實際應用在水處理時，光觸媒一般可採粉體型式，或是 固定於擔體材料(carrier material)上，懸浮分散於水中以進行淨水反 應。利用粉體型式之光觸媒進行淨水反應可稱為懸浮式光觸媒反應 器（slurry photocatalyst reactor)方法，在進行淨水反應後，必須將光 觸媒顆粒回收；而將光觸媒固定於擔體材料上以進行淨水反應可稱 為擔體式光觸媒反應器（carrier photocatalyStic reactor)方法，有關擔 體材料的選擇與光觸媒固定化亦是需要考量的因素。 習知已有將光觸媒結合超過濾（UF)或是微過濾(MF)薄膜之方 法以回收光觸媒顆粒’然而不論是超過濾或是微過濾薄膜均屬於微 孔性(microporous)薄膜，不但製造成本高，操作壓力高，操作維護 也較為複雜。 【發明内容】 有鑑於習知方法的缺點，本發明提供一種淨水裝置，用以淨化 水，包括一水槽、光觸媒、一光源以及一不織布薄膜模組。水槽具 有一反應區與一分離區；光觸媒添加於水槽中；光源設置於反應區， 0718-A21364TW(N2) ；P 10940037TW； nora 1309229 提供光線與該光觸媒進行反應以分解水中之污染物；不織布薄膜模 組設置於該分離區，用以過濾水中之光觸媒，進而產生淨化水。而 被過濾的光觸媒會自動回到反應區，繼續進行淨水反應。 於-較佳實施例中’淨水裝置更包括—進流i，連通反應區， 將污染水引入水槽。 〜 於另-較佳實施例中，淨水震置更包括一第_鼓風機，提供空 氣至反應區。 於另-較佳實施例中，淨水裝置更包括一第—空氣分佈写，與 第一鼓風機連通，並設置於反應區中，其中空氣可藉由第一空氣分 佈器擴散於水中，使光觸媒在水中均勻懸浮。 77 於另一較佳實施例中，第一鼓風機包括一歧管，淨水裝置更包 括一第二空氣分佈器，設置於分離區，並與歧管連通，其^空氣可 藉由第二空氣分佈n擴散於水巾’以維持顿布薄膜難之遽液通 量0 於另-較佳實施例中，淨水裝置更包括—擾掉器，設置於反應 區中，使光觸媒在水中均勻懸浮。

於另一較佳實施例中，淨水裝置更包括—第二鼓風機，提供空 氣至分離區。 於另-較佳實施例中，淨水裝置更包括—第二空氣分佈器，與 第二鼓風機或第-鼓風機的歧管連通，並設置於分離區中，其中空 氣可藉由第二空氣分佈器擴散於水中，用於清洗不織布薄膜的表 面，以維持不織布薄膜模組之濾液通量穩定。 於另-較佳實施例中，光觸媒為Ti〇2並呈粉末狀。 於=較佳實施财，淨水裝置更包括―出流泵，與不織布薄 膜模、，且連通，將濾除光觸媒後之淨化水抽出。 於另—較佳實施例中，淨水裝置更包括複數個擔體材料，設置 0718-A21364TW(N2)；Pl〇94〇〇37TW； nora 1309229 於反應區中，可將光觸媒攔截固定，其中擔體材料為不織布，並具 有良好之透光性 於另一較佳實施例中，光觸媒可先固定於擔體材料，再添加至 反應區中。 於另一較佳實施例中，淨水裝置更包括一篩網，設置於反應區 與分離區之間，防止擔體材料流至分離區。 於另一較佳實施例中，擔體材料大小係介於2-20 mm之間，並 且為壓克力（PMMA)'聚笨乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(PET)、 聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚四甲基戊烯(TPX)，或以上所組成之複 • 合材質。 於另一較佳實施例中，光源之波長係介於250 nm-450 nm之間。 於另一較佳實施例中，不織布薄膜模組係由複數個不織布薄膜 所組成’且不織布薄膜之孔洞大小係介於〇 〇3_3〇μπι之間，並且為 壓克力（ΡΜΜΑ)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(ρΕτ)、聚丙 烯(ΡΡ)、I乙缚(ΡΕ)、聚四甲基戊稀(ΤΡΧ)，或以上所組成之複合材 質。 〇 本發明提供另一種淨水裝置，用以淨化水，包括一第一水槽、 • 光觸媒、一光源、一第二水槽以及一不織布薄膜模組。光觸媒^加 至第一水槽；光源設置於第一水槽，提供光線與光觸媒進行反應: 分解水中之污染物；第二水槽與第一水槽連通，並接收第—水槽之 出流水；不織布薄膜模組設置於第二水槽，用以過濾水中之光觸^， 進而產生淨化水。而被過遽的光觸媒送回第一水槽，繼續進行淨'乂 反應。 本發明又提供另一種淨水裝置，用以淨化水，包括一淨水槽。 淨水槽包括光觸媒、一光源與一不織布薄膜模組；先源提供光^與 光觸媒進行反應以分解水中之污染物；不織布薄膜模組設置於淨^ 0718-Α21364TW(N2)；P10940037TW；nora 1309229 槽水面之下，用以過濾水中之光觸媒，進而農生淨化水。而被過滤 的光觸媒留在淨水槽中，繼續進行淨水反應。 【實施方式] 本發明之淨水裝置可應用於二級或三級、污水(廢水)處理系統之 後’以去除水中難分解之污染物，並且殺菌，或是應用於自來水原 水處理前，以去除水中微量污染物，此外，更<應用直表面水以及 地下水整治’以去除水中有機物與含氮污染物等。 第一實施例 釀帛1圖顯示本發明第—實施例之示意圖’本發明之淨水裝置10 包括—水槽11、光觸媒12、兩根燈管13、〆不織亦薄膜模組14、 一第一空氣分佈器15、-第二空氣分佈器16、，進流系P卜一出 流泵P2、-第—鼓風機m以及一第二鼓風機，其中進流果P1 和出流泵P2流量相等。 水槽11以—分隔板D區分為一反應區R以及一分離區s ’分 隔板D下方保留通道，使反應區R與分離區s玎連通。水槽11之 反應區R與進流泵P1連通，進流泵P1可將水送至水槽11内。 φ 光觸媒12為二氧化鈦Ti02之奈米級粉末，添加至水槽11中使 其與水混合，應注意的是，本發明之光觸媒12為極锨小之粒子，為 清楚顯示於圖示中而將其放大表現之。 兩根燈管13設置於反應區R中，提供光線與光觸媒12反應’ 其中光線之波長係介於250 nm-450 nm之間’應注意的是’於此實 施例中，燈管為兩根，但是燈管之數量並無限制。 不織布薄膜模組14係由複數個不織布薄膜組成’設置於分離 區S中，並與出流泵P2連通，其中不織布薄膜町為壓克力（PMMA)、 聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、 0718-A21364TW(N2)；P10940037TW；nora 1309229 聚四甲基戊烯(ΤΡΧ)，或以上所組成之複合材質，並且，不織布薄膜 之孔洞大小係介於0.03-30以m之間。 第一空氣分佈器15設置於反應區R底部，且與第—鼓風機β1 連通。第一鼓風機B1提供空氣至反應區R，並藉由第—空氣分佈器 15將空氣分佈擴散於水中。 第二空氣分佈器16設置於分離區S底部，且與第二鼓風機B2 連通。第二鼓風機B2提供空氣至反應區R，並藉由第二空氣分佈器 16將空氣分佈擴散於水中。 於此實施例中，第二空氣分佈器16係與第二鼓風機B2連通， •但不限於此，第一鼓風機B1可包括一歧管L，第二空氣分佈器16 亦可與第一鼓風機B1之歧管L連通，使第一鼓風機B1提供空氣至 反應區R，並藉由第二空氣分佈器16將空氣分佈擴散於水中。 當淨水裝置10運作時，第一空氣分佈器15將空氣分佈擴散於 水中，使光觸媒12可均勻懸浮於水中，增加光觸媒12與水中污染 物之接觸，燈管13提供光線與光觸媒12反應，使光觸媒12產生強 氧化反應，分解附著於光觸媒12表面之污染物。第二空氣分佈器 16將空氣分佈擴散於水中，在不織布薄膜的表面形成垂直流向（c⑺π • fl〇W)的剪力（Shear force) ’可使光觸媒12不致過量積滞於不織布薄 膜之表面，使不織布薄膜模組14保持穩定的通量。則灸，淨化水經 由不織布薄膜模組U被出流杲16水抽出，由於不織布薄膜模組二 可將光觸媒12過濾、，而被過_光觸媒12會自動回到反應區S， 繼續進行淨水反應，水槽n内之光觸媒12並不會減少。 第二實施例 雖然懸浮光觸媒濃度越高’相對的可處理之污染物量亦較高， 但光觸媒濃度愈高，亦愈料造成不織布薄膜模組之過據通量降 低’且操作壓力亦會增高，因而本發明又提供另一種淨水裝置。 0718-A21364TW(N2);P10940037TW;nora 1309229 第2圖顯示本發明第二實施例之示意圖，本發明之淨水裝置2〇 〜第—實施例之淨水裝置1〇所有元件皆相同，但更包括複數個擔體 —頂部篩網TS、以及一底部篩網Bs。擔體C為透光性佳之不 織布擔體’添加於反應區R，頂部篩網TS設置於反應區R之上方， 底部绵網BS設置於反應區R下方，使擔體C僅能於頂部篩網TS 與底部篩網BS之間活動。 應注意的是，底部篩網BS僅需設置於反應區R與分離區s之 間之任—位置，使擔體C無法流至分離區S即可。 由於不織布為一纖維構成的多孔性組織，本發明之不織布擔體 C可將水槽11中懸浮的光觸媒12攔截固定於其中，因而使懸浮之 光觸媒12濃度減少，如此可大幅提升不織布薄膜模組14之過攄效 率’增加濾液通量，且降低操作壓力。 應注意的是’於此實施例中之不織布擔體C亦可預先利用物理 或化學的方法將光觸媒12粒子固定於其中，再添加至反應區R中 進行淨水反應。 第三實施例 第3圖顯示本發明第三實施例之示意圖，本發明之淨水裝置3〇 與第一實施例之淨水裝置10所有元件皆相同，唯一不同處為淨水裝 置30之反應區與分離區亦可分別以一第一水槽R’與一第二水槽s， 之形式設置，且更包括一第一導管L1以及一第二導管L2,其中第 —水槽R，與第二水槽S，藉由第一導管L1以及第二導管L2相互連 通。水於第一水槽R，中淨化後，再與光觸媒12粒子一起藉由第— 導管L1送至第二水槽S，，第二水槽S，中之水經由不織布薄膜模組 14被出流泵16水抽出，第二水槽S，中之光觸媒12被不織布薄膜模 組14濾除，可再經由第二導管L2回收至第一水槽S’以重複使用。 本發明之淨水裝置利用不織布薄膜來過濾光觸媒’以薄膜分離 0718-A21364TW(N2)；P10940037TW；nora 10 1309229 的方式遽除水中之固態微粒，不但可於較低壓降(pressure dr〇p)條件 下抓住粒子，且過濾效率高。與一般微孔薄膜過濾之篩阻(sieve)機 制不同的是，不織布濾材内纖維互相交錯，形成不規則且互通之彎 曲孔隙路徑，更提供了截留（interception)、碰撞（inertial impacti〇n) 與布朗擴散(brownian diffusion)等過濾機制。而使用不織布為材料之 過遽模組使淨水裝置可於低壓操作以節省動力、並有效攔截固體粒 子、更降低材料成本，此外，不織布薄膜表面可進行空氣逆洗，有 效控制積垢（fouling)現象。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用錄定本發 明’任何熟習此項技藝者’在不脫離本發明之精神和範圍内，仍^ 作些許的更動與潤飾’因此本發明之保護範圍當視後附之中請專利 範圍所界定者為準。

0718-A21364TW(N2) ；P 10940037TW； nora 1309229 【圖式簡單說明】 第1A圖顯示本發明第一實施例之示意圖； . 第1B圖顯示本發明第一實施例之一變化例之示意圖； 第2圖顯示本發明第二實施例之示意圖； 第3圖顯示本發明第三實施例之示意圖。 【主要元件符號說明】 10〜淨水裝置 11〜水槽 • 丨2〜光觸媒 13〜燈管 14〜不織布薄膜模組 15〜第一空氣分佈器 16〜第二空氣分佈器 20〜淨水裝置 B1〜第一鼓風機 B2〜第二鼓風機 ^ BS〜底部篩網 C〜擔體 D~分隔板 L~歧管 L1〜第一導管 L2〜第二導管 P1〜進流泵 P2〜出流泵 R〜反應區 0718-A21364TW(N2);P1094003丌 W;nora 12 1309229 R’〜第一水槽S〜分離區 s’〜第二水槽 TS〜頂部篩網

0718-A21364TW(N2)；P10940037TW；nora 13

Claims (1)

1309229 十、申請專利範圍： 1 · 一種淨水裝置，用以淨化水，包括： 一水槽，具有一反應區與一分離區； 光觸媒，添加於該水槽； 一光源，設置於該反應區，提供光線與該光觸媒進行反應以分 解水中之污染物；以及 一不織布薄膜模組，設置於該分離區，用以濾除水中之光觸媒， 以產生淨化水。 2. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，更包括一進流泵， 連通該反應區，將水引入該水槽。 3. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，更包括一第一鼓風 機，提供空氣至該反應區。 4. 如申請專利範圍第3項所述之淨水裝置，更包括一第一空氣 分佈器，設置於該反應區，並與該第一鼓風機連通，其中空氣可藉 由該第一空氣分佈器擴散於水中，使該光觸媒均勻懸浮於水中。 5. 如申請專利範圍第4項所述之淨水裝置，其中該第一鼓風機 包括一歧管。 6. 如申請專利範圍第5項所述之淨水裝置，更包括一第二空氣 分佈器，設置於該分離區，並與該歧管連通，其中空氣可藉由該第 二空氣分佈器擴散於水中，以維持該不織布薄膜模組之濾液通量。 7. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，更包括一攪拌器， 設置於該反應區，使該光觸媒在水中均勻懸浮。 8. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，更包括一第二鼓風 機，提供空氣至該分離區。 9. 如申請專利範圍第8項所述之淨水裝置，更包括一第二空氣 分佈器，設置於該分離區，並與該第二鼓風機連通，其中空氣可藉 0718-A21364TW(N2)；P10940037TW；nora π, 1309229 由該第二办备八士 通量。二；；刀佈益擴散於水中，以維持該不織布薄膜模組之濾液 Ti〇2。巾μ專利範圍第1項所述之淨水裝置，其巾該光觸媒為 末狀ί1·如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該光觸媒為粉 u.如申請專利範圍第丨項所 一 與該不織布薄_^、3 H 1 /專膜核，、且連通’將過濾該光觸媒後之淨化水抽出。 癱㈣，3:如巾請專利範圍第1項所述之淨水裝置，更包括複數個擔體 ,1添加於S亥反應區中，將該光觸媒攔截固定。 為不^請專利範圍第13項所述之淨水裝置，其中該擔體材料 =·如申請專利範圍帛13項所述之淨水裝置，其中光觸媒可預 弋於邊擔體材料中，再添加至該反應區中。 Κ如申請專利範圍第13項所述之淨水裝置，其中該擔體材料 具有良好之透光性。 17. 如申請專利範圍第13項所述之淨水裝置，更包括一篩網， • 設置於該反應區與該分離區之間，防止該擔體材料流至該分離區。 18. 如申請專利範圍第13項所述之淨水裝置，其中該擔體材料 大小係介於2-20 mm之間。 19. 如申請專利範圍第13項所述之淨水裝置，其中該擔體材料 為壓克力（PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯(pET)、聚 丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚四甲基戊烯(Τρχ广或以上所組成之複合 材質。 20. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該光源提供包 含波長介於250 nm-450 nm之間的光線。 0718-A21364TW(N2) ； P10940037TW; nora 1309229 21. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該不織布薄膜 模組係由複數個不織布薄膜所組成，且該不織布薄膜之孔洞大小係 介於0.03-30 //m之間。 22. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該不織布薄膜 模組係由複數個不織布薄膜所組成，且該不織布薄膜為壓克力 (PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚礙酸脂(PC)、聚酯（PET)、聚丙烯(PP)、 聚乙烯(PE)、聚四曱基戊烯(TPX)，或以上所組成之複合材質。 23. —種淨水裝置，用以淨化水，包括： 一第一水槽； 光觸媒，添加至該第一水槽； 一光源，設置於該第一水槽，提供光線與該光觸媒進行反應以 分解水中之污染物； 一第二水槽，與該第一水槽連通，並接收該第一水槽之水；以 及 一不織布薄膜模組，設置於該第二水槽，用以過濾水中之該光 觸媒，以產生淨化水。 24. 如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，更包括一第一鼓 風機，提供空氣至該第一水槽。 25. 如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，更包括一第一空 氣分佈器，與該第一鼓風機連通，設置於該第一水槽，其中空氣可 藉由該第一空氣分佈器擴散於水中，使該光觸媒均勻懸浮於水中。 26. 如申請專利範圍第25項所述之淨水裝置，其中該第一鼓風 機包括一歧管。 27. 如申請專利範圍第26項所述之淨水裝置，更包括一第二空 氣分佈器，設置於該分離區，並與該歧管連通，其中空氣可藉由該 第二空氣分佈器擴散於水中，以維持該不織布薄膜模組之濾液通量。 0718-A21364TW(N2)；P10940037TW；nora 16 1309229 28.如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，更包括一攪拌器， 設置於該第一水槽，使該光觸媒在水中均勻懸浮。 29‘如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，更包括一第二鼓 •風機，提供空氣至該第二水槽。 3〇_如申請專利範圍第29項所述之淨水裝置，更包括一第二空 氣分佈器’與該第二鼓風機連通，設置於該第二水槽，其中空氣可 藉由該第一空氣分佈器擴散於淨化水中，以維持該不織布薄膜模組 之滤液通量。 Μ·如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，更包括一導管， 馨㈣該第—水槽與該第H賴光觸媒回收至該第-水槽。 32·如申請專利範圍第幻項所述之淨水裝置，更包括一出流泵， 該不織布薄膜模組連通，將過濾該光觸媒後之淨化水抽出。 33. 如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，其中該光源提供 包含波長介於250 nm_450 nm之間的光線。 34. 如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，其中該不織布薄 膜模組係由複數個不織布薄臈所組成，且該不織布薄膜之孔洞大小 係介於0.03-30 之間。 # 35·如申請專利範圍第23項所述之淨水裝置，其中該不織布薄 膜模組係由複數個不織布薄膜所組成，且該不織布薄膜為壓克力 (PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(pc)、聚酯（ρΕτ)、聚丙烯(pp)、 聚乙稀(PE)、聚四甲基戊烯(τρχ)，或以上所組成之複合材質。 36.—種淨水裝置，用以淨化水，包括： 一淨水槽’用以接收水並進行淨水反應； 光觸媒，添加於該淨水槽中； 一光源，提供光線與該光觸媒進行反應以分解水中之污染物； 以及 0718-Α21364TW(N2)；P10940037TW；nora 17 1309229 一不織布薄膜模組，設置於該淨水槽水面之下，用以過濾水中 之該光觸媒.，以產生淨化水。 37. 如申請專利範圍第36項所述之淨水裝置，更包括一鼓風機， 提供空氣至該淨水槽。 38. 如申請專利範圍第37項所述之淨水裝置，更包括一空氣分 佈器，與該鼓風機連通，設置於該淨水槽，其中空氣可藉由該空氣 分佈器擴散於水中，使該光觸媒均勻懸浮於水中。 39. 如申請專利範圍第36項所述之淨水裝置，更包括一攪拌器， 設置於該淨水槽，使該光觸媒在水中均勻懸浮。 40. 如申請專利範圍第36項所述之淨水裝置，更包括一出流泵， 與該不織布薄膜模組連通，將過濾該光觸媒後之淨化水抽出。 41. 如申請專利範圍第36項所述之淨水裝置，其中該光源提供 包含波長介於250 nm-450 nm之間的光線。 42. 如申請專利範圍第36項所述之淨水裝置，其中該不織布薄 膜模組係由複數個不織布薄膜所組成，且該不織布薄膜之孔洞大小 係介於0.03-30 Am之間。 43. 如申請專利範圍第36項所述之淨水裝置，其中該不織布薄 膜模組係由複數個不織布薄膜所組成，且該不織布薄膜為壓克力 (PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚酯（PET)、聚丙烯(PP)、 聚乙烯(PE)、聚四甲基戊烯(TPX)，或以上所組成之複合材質。 0718-A21364TW(N2)；P10940037TW；nora ,。 I 〇 ，ς、