專利名稱:一種光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光導介質(zhì)負載催化劑的光催化處理設(shè)備，包括反應容器，其特征在于反應容器內(nèi)設(shè)置石英夾套，石英夾套內(nèi)安裝紫外光源，石英夾套外側(cè)表面負載光催化劑構(gòu)成催化單元。所述反應容器的底部設(shè)置微孔曝氣盤。本實用新型涉及光催化高級氧化水處理技術(shù)，適用于難降解工業(yè)廢水的預處理和后處理、城市污水的深度處理和消毒、給水處理中微量有機物的去除等。本實用新型具有適用范圍廣、反應效率高、催化劑無流失、安全可靠、操作靈活、維護簡單、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點。
【專利說明】一種光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及光催化高級氧化水處理技術(shù)，具體涉及一種光導介質(zhì)負載催化劑的光催化處理設(shè)備，適用于難降解廢水的預處理和后處理、城市污水的深度處理和消毒、給水處理中微量有機物的去除等。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和民眾環(huán)境保護意識的加強，水處理行業(yè)面臨的形勢日趨嚴峻。難降解廢水的處理、城市污水的深度處理與回用、飲用水原水中POPs (PersistentOrganic Pollutants，持久性有機污染物)的去除對傳統(tǒng)工藝的處理能力和處理水平提出了極大的挑戰(zhàn)，因此水處理行業(yè)急需開發(fā)新工藝、新技術(shù)以應對越來越復雜的水環(huán)境問題。
[0003]目前，針對上述情況比較有應用前景的幾種物化水處理技術(shù)包括膜分離技術(shù)、活性炭吸附技術(shù)和高級氧化技術(shù)等。高級氧化技術(shù)以羥基自由基為主要氧化劑與有機物發(fā)生反應，直至將其氧化分解為二氧化碳和水，具有反應效率高、反應速度快、有機物降解徹底、適用范圍廣等特點。高級氧化技術(shù)根據(jù)羥基自由基產(chǎn)生途徑的不同可分為光催化氧化、Fenton氧化、臭氧氧化、催化濕式氧化、電化學氧化、超聲波降解等。
[0004]光催化氧化指在光照射的激發(fā)下，使光敏半導體產(chǎn)生電子-空穴對，與溶解氧、水分子等作用生成羥基自由基等氧化性極強的自由基，再通過與污染物之間的羥基加和、取代、電子轉(zhuǎn)移等使污染物全部或接近全部礦化。光催化氧化中使用的催化劑多為光敏半導體材料，有Ti02、Zn0、Sn0#P Fe 203等。光催化氧化相比與其他高級氧化方法具有污染物降解效率高、反應條件溫和、藥劑投加少、能耗低等優(yōu)點，尤為適用于水處理工程化應用。
[0005]在應用過程中，光催化氧化存在兩個技術(shù)難點:(1)光催化劑須被光源充分照射并且與污染物質(zhì)充分接觸；(2)光催化劑須從處理后的出水中有效分離并回收。大量實踐表明，上述兩點往往難以兼顧，為保證光催化劑與污染物質(zhì)充分接觸，通常需要加大催化劑投加量和減小催化劑粒徑，均不利于光的透射和催化劑的分離。因此，優(yōu)化處理設(shè)備構(gòu)形與設(shè)計是目前光催化氧化水處理技術(shù)工程化研宄的關(guān)鍵點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型目的在于開發(fā)一種適用范圍廣、反應效率高、催化劑無流失、安全可靠、操作靈活、維護簡單、出水水質(zhì)穩(wěn)定的光導介質(zhì)負載催化劑的光催化處理設(shè)備，可作為難降解廢水的預處理和后處理單元、城市污水的深度處理和消毒工藝，也可作為給水處理中微量有機物的去除設(shè)備。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:一種光導介質(zhì)負載催化劑的光催化處理設(shè)備，包括反應容器，其特征在于反應容器內(nèi)設(shè)置石英夾套，石英夾套內(nèi)安裝紫外光源，石英夾套外側(cè)表面負載光催化劑構(gòu)成催化單元。所述光催化劑為T12粉末催化劑。所述反應容器的底部設(shè)置微孔曝氣盤，鼓入臭氧或空氣提高反應效率或擦洗催化劑表面。根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，所述石英夾套為石英制成的空心圓柱形腔體。
[0008]待處理廢水進入反應容器內(nèi)，紫外光源透過光導夾套照射T12粉末光催化劑產(chǎn)生光催化效果，降解污染物質(zhì)。微孔曝氣盤鼓入臭氧或空氣提高反應效率或擦洗催化劑表面。圓柱形反應容器與光導夾套外形匹配，催化單元裝填密度高，且水流流態(tài)好，反應器內(nèi)死區(qū)少，不會造成短流。光導夾套采用石英夾套，透光率高、紫外線損耗低。石英夾套為空心圓柱形腔體，反應面積充足、光源利用效率高、結(jié)構(gòu)強度大、安裝檢修方便。紫外光源安裝于石英夾套內(nèi)部，與處理廢水不直接接觸，因此對電氣設(shè)備的安全等級要求較低，便于操作管理，也有利于延長光源壽命。1102粉末光催化劑獲取方便、無毒無害、化學性狀穩(wěn)定、光催化效率高的要求，通過一定方法固化負載于石英夾套外側(cè)，減少了光催化劑用量，同時也省去了廢水處理后粉末光催化劑的分離回收步驟。微孔曝氣盤布氣均勻、臭氧利用率高，須由抗臭氧腐蝕的材料制成，如剛玉、不銹鋼等。
[0009]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0010](I)有效處理水中難降解、微量有機污染物，適用范圍廣，出水水質(zhì)穩(wěn)定，可作為污水處理和給水處理的預處理工藝或深度處理工藝。
[0011](2)粉末光催化劑固化于載體表面，有效比表面積大，反應效率高，催化劑無流失，且無需分離回收單元。
[0012](3)光催化高級氧化反應條件溫和，無需高壓、高溫和強電流，對反應容器和電氣設(shè)備要求低，且電氣設(shè)備不與水接觸，安全可靠。
[0013](4)處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，安裝、更換方便，運行管理水平要求低，可實現(xiàn)全自動化控制。
[0014](5)處理工藝運行參數(shù)少，操作靈活，僅需調(diào)控水力停留時間與光源強度即可適應各種水質(zhì)水量。

【附圖說明】

[0015]圖1本實用新型光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備示意圖。
[0016]圖2為圖1中石英夾套的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為圖2的石英夾套上設(shè)置1102粉末光催化劑的詳圖。
[0018]圖中標號:1為圓柱形反應容器，2為石英夾套，3為紫外光源，4為1102粉末光催化劑，5為微孔曝氣盤。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型光催化水處理設(shè)備。
[0020]本實用新型提出的光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備，由圓柱形反應容器1、石英夾套2、紫外光源3、Ti02粉末光催化劑4、微孔曝氣盤5組成，其中:石英夾套2置于圓柱形反應容器I內(nèi)；微孔曝氣盤5置于圓柱形反應容器I底部，石英夾套2下方；1102粉末光催化劑4固化負載于石英夾套2表面；紫外光源3安裝于石英夾套2腔體內(nèi)，且不直接與圓柱形反應容器I中的待處理廢水接觸。
[0021]T12粉末光催化劑4通過一定方法均勻、緊密地負載于石英夾套2外側(cè)表面，形成光催化活性層，并且在反應過程中不會溶化、鈍化、脫落；紫外光源3安裝于石英夾套2腔體內(nèi)部，紫外光源3發(fā)出的紫外線透過石英夾套2均勻地照射光催化活性層底層激發(fā)光催化作用。因此，石英夾套2負載T12粉末光催化劑4并與紫外光源3組合構(gòu)成了本實用新型的核心處理單元。
[0022]當待處理廢水進入圓柱形反應容器1，流經(jīng)成組的石英夾套2，此時紫外光源3發(fā)出的紫外線透過石英夾套2均勻輻照負載在其外表面的T12粉末光催化劑4活性層底層，激發(fā)T12粉末光催化劑4與待處理廢水產(chǎn)生羥基自由基氧化降解污染物質(zhì)。微孔曝氣盤5根據(jù)處理工藝需要鼓入臭氧或空氣，強化光催化反應效果或擦洗石英夾套2表面。通過合理地控制水力停留時間、光源強度等運行參數(shù)，可使處理水體穩(wěn)定達到排放標準。
[0023]另外，根據(jù)進水水質(zhì)和處理要求，需要時可向反應容器I內(nèi)投加雙氧水或Fenton試劑，協(xié)助降解污染物質(zhì)。
[0024]實施例1:
[0025]本實用新型應用于某焦化廢水預處理。水力停留時間為2h，光強為200mW/cm2，并輔助投加Fenton試劑。進水COD濃度為2000 mg/L，B/C比小于20%，可生化性差；經(jīng)處理后，COD降至1200，B/C比達到35%，可生化性顯著提高。
[0026]實施例2:
[0027]本實用新型應用于某染料廢水后處理。水力停留時間為lh，光強為lOOmW/cm2，并輔助投加雙氧水。進水COD濃度為200 mg/L，色度230度，出水COD濃度為50 mg/L，色度〈20度，色度去除率均達到90%以上。
[0028]實施例3:
[0029]本實用新型應用于某醫(yī)院污水處理。水力停留時間為4h，光強為75mW/cm2，并鼓入臭氧輔助消毒。進水COD濃度為350 mg/L，出水COD濃度為30 mg/L，去除率達到90%以上，且大腸桿菌去除率高于99.999%。
[0030]實施例4:
[0031]本實用新型應用于某城市生活污水廠出水的深度處理。水力停留時間為5min，光強為25mW/cm2，并鼓入空氣擦洗催化劑表面防止滋生藻類。經(jīng)處理后，污水廠二級出水COD由50mg/L降至20mg/L以下，大腸桿菌低于1000個/L。
[0032]實施例5:
[0033]本實用新型應用于某給水廠原水的預處理。水力停留時間為15min，光強為40mW/cm2，并鼓入空氣擦洗催化劑表面防止滋生藻類。經(jīng)處理后，原水中COD-去除率為30%，TOC去除率為20%，氨氮去除率為80%。
【權(quán)利要求】
1.一種光導介質(zhì)負載催化劑的光催化處理設(shè)備，包括反應容器，其特征在于反應容器內(nèi)設(shè)置石英夾套，石英夾套內(nèi)安裝紫外光源，石英夾套外側(cè)表面負載光催化劑構(gòu)成催化單J L.ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備，其特征在于所述光催化劑為T12粉末催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備，其特征在于所述反應容器的底部設(shè)置微孔曝氣盤。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導介質(zhì)負載催化劑的光催化水處理設(shè)備，其特征在于所述反應容器為圓柱形反應容器，所述石英夾套為石英制成的空心圓柱形腔體。
【文檔編號】C02F1-74GK204265477SQ201420680824
【發(fā)明者】朱宇峰, 宋晨怡, 徐文征, 漢京超, 朱嘉祺 [申請人]上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司