CN101104536A - 一种用于饮用水深度处理的光催化集成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种饮用水深度处理光催化集成装置，该装置由缓冲桶(1)、气液混合泵(2)、光催化反应器(3)中一根或一根以上光催化反应管、过滤装置(4)及相应管路构成，其特征在于光催化反应管由不锈钢管(5)、石英套管(6)、紫外灯(7)和导流环(10)组成，石英套管(6)内置紫外灯(7)，并置于不锈钢管(5)中央，石英套管(6)与不锈钢管(5)之间的环隙间距为0.5～50mm。本装置能耗低，除净度高，具有一定的处理弹性，可以连续深度净化水中微量至痕量的有毒物质，可满足生活小区、写字楼、医院、企业等的分质供水工程的需要及应对突发事件对饮用水的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理装置，具体涉及一种用于饮用水深度处理的光催化集成装置。
背景技术
饮用水源水的恶化问题已成为制约我国可持续发展战略的一个突出问题，面对着含有大量现代工农业引入的各种有毒有害有机物的饮用水源水，传统的饮用水净水工艺已不能有效的全面净化，在加大处理力度的同时，难免提高了各种消毒副产物的含量，而这些已被证明对人体会产生“三致”作用的消毒副产物正严重地威胁着人们的健康。
以TiO2光催化剂为代表的半导体光催化氧化技术以其高的除净度、无二次污染的完全矿化能力一度成为人们研究的热点。研究表明，光催化氧化技术几乎对所有的有机污染物具有净化能力，如美国环境保护局规定的优先控制的污染物中114种有机化合物均被证实可以通过光催化氧化进行降解。
气相光催化技术已经在许多领域内有了成熟的应用，但液相光催化技术却因为效率低和成本高始终未能规模化应用于实际。影响液相光催化反应效率的因素有催化剂自身的活性、催化剂受光辐照的表面积、催化剂的存在形态及光源分布、流体流型等。同时研究表明，电能消耗占到光催化水处理装置运行费用的80％以上。目前已有的光催化水处理装置中，由于受到催化剂分离回收的限制，往往将催化剂固定化，这样极大地降低了光催化反应的效率；同时，高能耗的电光源也使运行成本居高不下，采用太阳光源的反应装置由于对光催化剂的特殊要求以及复杂的光源收集系统、对气候、装置安装条件的要求等因素，无法低成本高效的规模化应用到饮用水的深度净化中。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于饮用水深度处理的光催化集成装置，其特点是催化剂易于分离回收，反应效率高，可以连续深度净化饮用水中微量至痕量的有毒物质，可满足生活小区、写字楼、医院、企业等的分质供水工程的需要及应对突发事件对饮用水的需求。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
一种用于饮用水深度处理的光催化集成装置，该装置由缓冲桶1、气液混合泵2、设置有一根以上光催化反应管的光催化反应器3、过滤装置4及相应管路构成，其特征在于光催化反应管由不锈钢管5、石英套管6、紫外灯7和导流环10组成，石英套管6内置紫外灯7，并置于不锈钢管5中央，石英套管6与不锈钢管5之间的环隙间距为0.5～50mm。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：
导流环10环绕在石英套管6外壁，导流环10宽度在石英套管6与不锈钢管5之间的环隙间距范围内，螺距为20～150mm。
一根以上光催化反应管的联结方式采用全部并联、全部串联或并联和串联混合。
紫外光灯7选用波长范围为315～400mm的近紫外、280～315mm的中紫外或180～280mm的远紫外光源或上述光源的组合光源。
气液混合泵2气液比为1∶100～7，优选气液比为1∶20～7，出口压力为0～4kgf/cm2。
本发明光催化集成装置的工艺流程为：待处理水在缓冲桶1中与颗粒状或纤维状光催化剂充分混合后，由高效气液混合泵2将悬浆态的处理液与空气、氧气或臭氧等气体在泵内进行气液混合，并送入光催化反应器3对污染物进行光催化降解，降解后的水通过过滤装置4进行过滤，颗粒状或纤维状光催化剂随部分净化完的水流回缓冲桶1，净化后的水从过滤装置另一侧排出。
光催化反应器3是该装置的核心部分，它由一根或一根以上的光催化反应管连接构成。光催化反应管由符合卫生级标准的两面抛光的两端具有法兰8和进出水口的不锈钢管5、石英套管6、紫外灯7、与不锈钢管5配套的法兰8、密封件9、导流环10构成。
本发明中所使用的气液混合泵2可以将气液两相充分混合，有利于提高光催化反应的效率，且省去了气体增压和曝气装置。进气可采用常压或负压，且可以选择不同气体增强净化能力。
本发明中所使用的光催化反应管，采用了加入导流环10的结构，使得流体在光催化反应管内有效减小了返混，流动形态接近活塞流。
所述的不锈钢管5、法兰8、石英套管6与耐紫外辐射的密封件9相配合，保证了系统的严密性。
本发明的不锈钢管5与石英套管6之间的环隙间距是一个重要参数。它是将紫外光的辐射分布模型与催化剂的类型及催化剂的使用浓度相结合，得到的使光催化反应效率最高的数值范围。
通过改变光催化反应管之间的串、并联的不同连接方式和增减光催化反应管的数量，可以达到增加处理能力和提高净化深度的目的。
本发明的过滤装置是可以连续实行固液分离的工业分离设备。
本发明的优点：
本发明的优点在于净化效率高、处理能力和净化深度方便可调，可以连续地净化常规方法不能除去的饮用水中微量、痕量的有毒有害物质。
本发明的核心装置光催化反应管的特殊结构，使得流体在其内部以接近活塞流的流型流动，大大地提高了降解效率。
本发明从高效低成本的角度出发，结合化学工程与光辐射理论，将紫外光源、悬浮态的催化剂存在形态、活塞流的流动形态进行了强化、有机结合。
附图说明
图1是饮用水深度处理的光催化集成装置流程图。
图2是光催化反应管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明：
本发明一种用于饮用水深度处理的光催化集成装置的工艺流程为：待处理的含有毒有害有机污染物的水体进入缓冲桶1中与光催化剂充分混合形成反应液，反应液由气液混合泵2送入光催化反应器3中进行光催化降解反应，降解净化后的水进入过滤装置4中进行过滤，光催化剂随部分降解后的水循环回缓冲桶1中，经过过滤后的净化水从过滤装置4侧端流出，出水量可根据实际情况调节。气液混合泵2的进气流量可在与液体流量的比值为1∶100～7之间调节，气体除了采用空气外，还可以采用氧气促进光催化反应，采用臭氧协同光催化反应，提高处理能力和净化度。
实施例采用不同数量催化反应管以不同串并联方式连接，甲基橙、氯仿、苯酚为代表有机物，以空气或臭氧为进气进行
实施例1
本实施例以8根光催化反应管将2组分别由4根反应管串联后的串联组再并联，初始浓度为1.00ppm的甲基橙溶液待处理水，光催化剂按照0.5g/L的剂量根据装置持液量进行投加。气液混合泵的进气为空气，进气液比为1∶10。出水量为10L/min时，出水口的水中甲基橙浓度为0.42ppm。
实施例2～9
改变操作条件及模型有机物进行试验，结果见表1。
表1
| 模型有机物 | 甲基橙 | 氯仿 | 苯酚 | |||||
| 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | |
| 连接方式 | 8串 | 2串4并 | 6串2并 | 8并 | 4串2并 | 12串 | 2串6并 | 1根 |
| 进口浓度(ppm) | 0.97 | 0.99 | 1.02 | 0.99 | 1.03 | 1.00 | 1.02 | 0.97 |
| 催化剂浓度(g/L) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 气液比(体积流量) | 空气∶液＝1∶100 | 臭氧气(10％)∶液＝1∶100 | 空气∶液＝1∶7 | 空气∶液＝1∶10 | 臭氧气(10％)∶液＝1∶7 | 空气∶液＝1∶20 | 臭氧气(10％)∶液＝1∶10 | 臭氧气(10％)∶液＝1∶20 |
| 出水量(L/min) | 2.5 | 5 | 10 | 2.5 | 4 | 10 | 2.5 | 2 |
| 出口浓度(ppm) | 0 | 0 | 0.34 | 0 | 0 | 0.25 | 0 | 0.74 |
比较例1
以8根光催化反应管将2组分别由4根反应管串联后的串联组再并联，用初始浓度为1.00ppm的甲基橙溶液待处理水，光催化剂按照0.5g/L的剂量根据装置持液量进行投加。去除光催化反应管的导流环，关闭气液混合泵的进气口。出水量为10L/min时，出水口的水中甲基橙浓度为0.78ppm。
Claims (6)
1.一种用于饮用水深度处理的光催化集成装置，该装置由缓冲桶(1)、气液混合泵(2)、设置有一根以上光催化反应管的光催化反应器(3)、过滤装置(4)及相应管路构成，其特征在于光催化反应管由不锈钢管(5)、石英套管(6)、紫外灯(7)和导流环(10)组成，石英套管(6)内置紫外灯(7)，并置于不锈钢管(5)中央，石英套管(6)与不锈钢管(5)之间的环隙间距为0.5～50mm。
2.根据权利要求1所述的光催化集成装置，其特征在于导流环(10)环绕在石英套管(6)外壁，导流环(10)宽度在石英套管(6)与不锈钢管(5)之间的环隙间距范围内，螺距为20～150mm。
3.根据权利要求1所述的光催化集成装置，其特征在于一根以上光催化反应管的联结方式采用全部并联、全部串联或并联和串联混合。
4.根据权利要求1所述的光催化集成装置，其特征在于紫外光灯(7)，选用波长范围为315～400mm的近紫外、280～315mm的中紫外或180～280mm的远紫外光源或上述光源的组合光源。
5.根据权利要求1所述的光催化集成装置，其特征在于气液混合泵(2)气液比为1∶100～7，出口压力为0～4kgf/cm2。
6.根据权利要求5所述的光催化集成装置，其特征在于气液混合泵(2)气液比为1∶20～7。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090805 Termination date: 20190807 |
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