專利名稱：連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化降解水中有機(jī)污染物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于有機(jī)廢水或飲用水深度處理 的光催化反應(yīng)裝置。
技術(shù)背景 光催化氧化技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型環(huán)境污染治理技術(shù)，其利用光照 射η型半導(dǎo)體產(chǎn)生強(qiáng)活性電子_空穴派對(duì)，從而促進(jìn)有機(jī)物的合成或分解。在眾多η型半 導(dǎo)體中，TiO2以其催化活性高、性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、無(wú)二次污染、反應(yīng)條件溫和、降解范圍廣且 原材料易得等優(yōu)點(diǎn)，使其在環(huán)境污染治理中具有廣闊的應(yīng)用前景。由于TiO2的禁帶寬度為 3. 2eV，只有受到波長(zhǎng)小于或等于387. 5nm的光線照射時(shí)，其價(jià)帶上的電子才會(huì)被激發(fā)到導(dǎo) 帶上，形成電子_空穴對(duì)的氧化_還原體系，因此TiO2光催化氧化技術(shù)的光源選擇更多定義 為紫外光。在紫外光光催化降解有機(jī)廢水的眾多實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，電子-空穴派對(duì)將吸附在TiO2 表面的0H_、H20、02等氧化成羥基自由基·0Η、超氧基等，這些高活性的瞬態(tài)氧化物能氧化水 中大多數(shù)的有機(jī)污染物及部分無(wú)機(jī)污染物，包括鹵代脂肪烴、染料、硝基芳烴、多環(huán)芳烴、雜 環(huán)化合物、烴類、酚類、表面活性劑、農(nóng)藥等。在光催化氧化體系中，粉體TiO2催化劑顆粒細(xì)小，容易隨水相流失，而且呈懸浮態(tài) 的催化劑顆粒與水的分離過(guò)程緩慢而昂貴。此外，分散于水中的懸浮態(tài)顆粒對(duì)入射光的吸 收嚴(yán)重影響了光的傳遞深度，而且懸浮顆粒容易凝聚而無(wú)法連續(xù)使用，限制了懸浮態(tài)光催 化反應(yīng)器的工程應(yīng)用。為了避免懸浮態(tài)光催化系統(tǒng)的不足，TiO2光催化的更多應(yīng)用研究轉(zhuǎn) 向選擇合適載體對(duì)TiO2催化劑進(jìn)行負(fù)載，載體可選用多種材料，如玻璃、硅膠、陶瓷、砂石、 活性炭、金屬(線、網(wǎng)、板)以及各種多孔介質(zhì)。根據(jù)載體介質(zhì)的形狀和催化劑負(fù)載方式不 同，光催化氧化體系主要分為固定床和流化床反應(yīng)器兩種主要類型。在固定床反應(yīng)器中，負(fù) 載催化劑處于靜止?fàn)顟B(tài)，載體表面TiO2與光、氣、液反應(yīng)物接觸效率較小，降低了整個(gè)光催 化氧化體系的處理效率。流化床光催化反應(yīng)體系中，負(fù)載催化劑處于懸浮狀態(tài)，在氣、液混 合向上流動(dòng)過(guò)程中提高了反應(yīng)物之間接觸效率。在這種流化態(tài)體系中增加內(nèi)置環(huán)管可以提 高液體停留時(shí)間，在系統(tǒng)內(nèi)形成三相內(nèi)循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)可以有效提高光催化反應(yīng)效率，然而 這種體系仍然容易受光傳遞深度和催化劑分離回收不充分的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化降解水中有機(jī)污染物的裝置，目的就是 以負(fù)載TiO2的泡沫鎳環(huán)狀套管作為內(nèi)管，構(gòu)建新型的連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化反應(yīng)器。本實(shí)用 新型采取的技術(shù)方案是泡沫鎳環(huán)狀套管用十字支架與外部套管固定連接，紫外燈管與十 字支架固定連接，進(jìn)氣管與外部套管的底部固定連接，出水管與外部套管上端固定連接，工 作區(qū)域包括進(jìn)氣管與泡沫鎳環(huán)狀套管間的氣水混合區(qū)、泡沫鎳環(huán)狀套管內(nèi)壁與紫外燈之間 區(qū)域?yàn)闅馑鲄^(qū)、泡沫鎳環(huán)狀套管外壁與外部套管之間空間屬于緩流區(qū)，泡沫鎳環(huán)狀套 管的上部是氣水分離區(qū)。[0005]本實(shí)用新型還包括在進(jìn)氣管的前端固定連接微孔曝氣盤，進(jìn)水管與外部套管底部固定連接，該進(jìn)水管前部外部套管底部是進(jìn)水緩流區(qū)。本實(shí)用新型還包括在泡沫鎳環(huán)狀套管和紫外燈之間的支架上固定連接4個(gè)紫外 燈，在該4個(gè)紫外燈和原中心紫外燈之間固定連接小直徑泡沫鎳環(huán)狀套管。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，氣、水向上流動(dòng)過(guò)程中不斷擾動(dòng)和穿透泡沫鎳環(huán) 狀套管，在反應(yīng)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了更為均衡穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)流，同時(shí)這種不斷擾動(dòng)和穿透的持續(xù) 高紊流狀態(tài)的水力條件，降低了負(fù)載TiO2泡沫鎳表層的附著水層厚度，有效增大氧、污水中 有機(jī)物質(zhì)與泡沫鎳表層TiO2的接觸效率，從而保證了整個(gè)光催化氧化體系具有很高的傳質(zhì) 效率，并且不受光傳遞深度和催化劑分離回收的影響。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型支撐結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1泡沫鎳環(huán)狀套管3用十字支架與外部套管1固定連接，紫外燈管4與十字支架固 定連接，進(jìn)氣管6與外部套管的底部固定連接，出水管7與外部套管上端固定連接，工作區(qū) 域包括進(jìn)氣管與泡沫鎳環(huán)狀套管間的氣水混合區(qū)9、泡沫鎳環(huán)狀套管3內(nèi)壁與紫外燈4之間 區(qū)域?yàn)闅馑鲄^(qū)10、泡沫鎳環(huán)狀套管3外壁與外部套管之間空間屬于緩流區(qū)11，泡沫鎳 環(huán)狀套管的上部是氣水分離區(qū)12。實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在進(jìn)氣管的前端固定連接微孔曝氣盤2，進(jìn)水管5與外部套 管底部固定連接，該進(jìn)水管前部外部套管底部是進(jìn)水緩流區(qū)8。實(shí)施例3在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在泡沫鎳環(huán)狀套管3和紫外燈4之間的支架上固定連接4 個(gè)紫外燈13，在該4個(gè)紫外燈和原中心紫外燈之間固定連接小直徑泡沫鎳環(huán)狀套管14。實(shí)施例4在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，在泡沫鎳環(huán)狀套管3和紫外燈4之間的支架上固定連接4 個(gè)紫外燈13，在該4個(gè)紫外燈和原中心紫外燈之間固定連接小直徑泡沫鎳環(huán)狀套管14。工作過(guò)程以實(shí)施例2為例，整個(gè)連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化反應(yīng)器工作區(qū)域可分為進(jìn)水緩流區(qū)8、 氣水混合區(qū)9、氣水升流區(qū)10、緩流區(qū)11和氣水分離區(qū)12五個(gè)部分，待處理水經(jīng)進(jìn)水管5進(jìn) 入，與緩流區(qū)11向下流的水在進(jìn)水緩流區(qū)8混合；氣體經(jīng)進(jìn)氣管6進(jìn)入微孔曝氣盤2被擴(kuò) 散，在氣水混合區(qū)9與水混合并向上流動(dòng)，進(jìn)入氣水升流區(qū)10 ；在氣水升流區(qū)10中氣、水不 斷擾動(dòng)和穿透泡沫鎳，形成的紊流條件降低了負(fù)載于泡沫鎳上TiO2表面的附著水層厚度， 增大氣、水中污染物質(zhì)與TiO2的接觸效率。此外，微氣泡在氣液擾動(dòng)和穿透泡沫鎳的過(guò)程 中進(jìn)一步擴(kuò)散到水中，這種擾動(dòng)和穿透效應(yīng)直接提高了光催化氧化系統(tǒng)的傳質(zhì)效率。透過(guò)泡沫鎳的水進(jìn)入緩流區(qū)11，開(kāi)始向下流動(dòng)。泡沫鎳環(huán)狀套管內(nèi)的水、氣繼續(xù)向上流動(dòng)，在氣 水分離區(qū)12實(shí)現(xiàn)氣、水分離。處理后的水經(jīng)出水管7排出。在出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況下，可以重新由進(jìn)水管5進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，直到出水水質(zhì)滿足要求。
權(quán)利要求一種連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化降解水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在于泡沫鎳環(huán)狀套管用十字支架與外部套管固定連接，紫外燈管與十字支架固定連接，進(jìn)氣管與外部套管的底部固定連接，出水管與外部套管上端固定連接，工作區(qū)域包括進(jìn)氣管與泡沫鎳環(huán)狀套管間的氣水混合區(qū)、泡沫鎳環(huán)狀套管內(nèi)壁與紫外燈之間區(qū)域?yàn)闅馑鲄^(qū)、泡沫鎳環(huán)狀套管外壁與外部套管之間空間屬于緩流區(qū)，泡沫鎳環(huán)狀套管的上部是氣水分離區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化降解水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在 于在進(jìn)氣管的前端固定連接微孔曝氣盤，進(jìn)水管與外部套管底部固定連接，該進(jìn)水管前部 外部套管底部是進(jìn)水緩流區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化降解水中有機(jī)污染物的裝置，其特 征在于在泡沫鎳環(huán)狀套管和紫外燈之間的支架上固定連接個(gè)紫外燈，在該4個(gè)紫外燈和 原中心紫外燈之間固定連接小直徑泡沫鎳環(huán)狀套管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種連續(xù)流內(nèi)循環(huán)光催化降解水中有機(jī)污染物的裝置，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。泡沫鎳環(huán)狀套管用十字支架與外部套管固定連接，紫外燈管與十字支架固定連接，進(jìn)氣管與外部套管的底部固定連接，出水管與外部套管上端固定連接。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，在反應(yīng)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了更為均衡穩(wěn)定的內(nèi)循環(huán)流，同時(shí)這種不斷擾動(dòng)和穿透的持續(xù)高紊流狀態(tài)的水力條件，降低了負(fù)載TiO2泡沫鎳表層的附著水層厚度，有效增大氧、污水中有機(jī)物質(zhì)與泡沫鎳表層TiO2的接觸效率，從而保證了整個(gè)光催化氧化體系具有很高的傳質(zhì)效率，并且不受光傳遞深度和催化劑分離回收的影響。
文檔編號(hào)C02F101/30GK201770514SQ20102029319
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者朱遂一, 邊德軍, 霍明昕 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)