CN101186380A - 用于水处理的光催化曝气滤池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水处理的光催化曝气滤池。它包括配水区、反应区、过滤区。配水区内为穿孔配水槽；反应区内设有紫外灯管、穿孔曝气管以及负载二氧化钛的空心玻璃珠粉末；底部过滤区为石英砂过滤层。本装置既具有悬浮式光催化反应装置所具有的高传质效率和光能利用率，又可以通过石英砂滤层，使负载二氧化钛的空心玻璃珠停留在反应区内而不流失，实现了光催化剂的重复利用。反应区既可以用空气曝气作为搅拌动力，又可以用臭氧搅拌来氧提高反应效率。负载二氧化钛的空心玻璃珠比重小于水，因此在反洗时可以比较容易地实现泥、水、载体三相分离。

Description

用于水处理的光催化曝气滤池
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水处理的光催化曝气滤池。
背景技术
利用TiO2在特定波长的光照射下发生光电效应产生氧化能力极强的羟基自由基，作为降解有机污染物的主导氧化剂的光催化氧化工艺近年来被广泛研究和应用，该工艺技术的优点是：(1)降解范围广，几乎能降解任何有机物，尤其是采用生物降解难以处理的氯代有机物、多环芳烃等；(2)处理效率高，一般只需要几十分钟到几个小时即可取得良好的处理效果；(3)反应条件温和，在紫外光照射或可见光下即可发生光催化氧化反应；(4)无二次污染，有机物彻底被氧化降解为CO2和H2O等无害物质；(5)应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。
目前用于纳米二氧化钛催化氧化处理污染物的装置一般有以下几种：
(1)悬浮式光反应器
这类反应器通常是将光催化剂粉末加到所要处理的溶液中。它的优点是在反应中，污染物容易和光催化剂接触，不存在质量传输的限制，但不足之处是处理效率不高。当提高催化剂的浓度时会造成悬浮液浑浊，影响光的穿透，降低光效率，而且催化剂与液体分离困难，处理成本昂贵。
(2)镀膜催化剂反应器
这类反应器的催化剂主要是以膜的形式存在，如将二氧化钛光催化剂涂抹在反应器的内外壁、灯管壁、不锈钢片、发泡镍、玻璃或玻璃布、光导纤维材料等上面，催化剂膜在紫外光的照射下，将吸附在膜表面的污染物降解、矿化。它最大的特点就是不需要对催化剂进行分离，但是反应容易受到传质的限制，反应效率较低。
(3)填充床式光催化反应器
这类反应器通常是反应器内填充二氧化钛颗粒或者表面涂有二氧化钛膜的硅胶、二氧化铝、石英砂和实心玻璃珠等。这些载体通常是具有二维表面的，结构紧密且具有多孔的颗粒。颗粒直径在100μm左右的半透明比较适合，由于它有效地让光通过并且有较高比表面积，适用于用在具有较高传质能力的反应系统中。这类反应器和传统悬浆式反应器相比，不需要分离催化剂，和环形膜状反应器相比，反应可不受传质的限制，但不足是颗粒之间的碰撞可能会造成膜的脱落。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于水处理的光催化曝气滤池。
本发明提出的用于水处理的光催化曝气滤池，该滤池呈矩形结构，从上至下依次由配水区、光催化反应区4、过滤区和集水区8组成，其中：
配水区由条形的配水槽3组成，配水槽3两侧开有配水孔；配水槽3一端连接配水渠2，配水渠2下端设有进水管1，配水渠2底部设有排污管13；
光催化反应区4内充满中空玻璃微珠15，其内垂直布置有紫外灯11，紫外灯11位于紫外灯套12内，底部设有曝气管10；
过滤区由石英砂过滤层5和鹅卵石承托层6组成，石英砂过滤层5位于承托层6上方，承托层6下部设有滤头7；
集水区8一侧设有出水管9。
本发明中，所述中空玻璃微珠15的直径为100～200μm，其外包镀有二氧化钛层。
本发明中，所述承托层6可以采用鹅卵石。
本发明中，曝气管10采用穿孔曝气管，曝气管10下部开有曝气孔。
本发明中，紫外灯套管12为中部空心的双层结构，套管内壁17与套管外壁之间的空心部位为冷却室16，通冷却循环水。
本发明中，反冲洗时，出水管9即为反洗水管，排污管13即为反洗排水管。
本发明中，所述配水渠2的底部为倾斜面，可以使反洗沉泥滑向排水管口。
本发明中，曝气所用的气体既可以为空气，还可以采用臭氧来加强处理效果。
本发明的有益效果：本发明既克服了悬浮式光催化反应器催化剂与液体难分离的问题，同时与镀膜催化剂反应器相比，又提高了传质效率，并且还避免了填充床式光催化反应器内颗粒之间的碰撞引起的光催化膜的脱落。本装置既具有悬浮式光催化反应装置所具有的高传质效率和光能利用率，又可以通过石英砂滤层，使负载二氧化钛的空心玻璃珠停留在反应区内而不流失，实现了光催化剂的重复利用。反应区内既可以用空气曝气作为搅拌动力，又可以用臭氧搅拌来氧提高反应效率。对于色度较高的难降解废水，在其中加入1～5mg/L的双氧水，本装置能在2～3小时内去除95％以上的色度。负载二氧化钛的空心玻璃珠比重小于水，因此在反洗时可以比较容易地实现泥、水、载体三相分离。
附图说明
图1为本发明的平面布置图。
图2为图1所示装置的A-A剖面图。
图3为图1所示装置的B-B剖面图。
图4为紫外灯管冷却套管结构图。
图号说明：1为进水管，2为配水渠，3为配水槽，4为光催化反应区，5为石英砂过滤层，6为承托层，7为滤头，8为集水区，9为出水管，10为曝气管，11为紫外灯管，12为紫外灯管外套，13为排污管，14为反应池壁，15为中空玻璃微珠，16为冷却室，17为套管内壁。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例1：如图1-图4所示，本装置为一个矩形滤池，四周通过反应池壁14围成，曝气滤池的上部是穿孔配水槽3，中间是光催化反应区4，下部是过滤区；配水槽3两侧开有圆形的配水孔，保证使进水均匀配置到光催化反应区4；光催化反应区4内有漂浮有光催化剂，该催化剂由直径100～200μm的空心玻璃微珠15负载纳米二氧化钛制成；光催化反应区4内垂直布置套有由石英玻璃组成的此外灯管外套12的紫外灯管11，为光催化提供光源；光催化反应区4底部配有穿孔曝气管10，使装置在运行时，光催化反应区4内的水和催化剂处于均匀混合状态，或者在其中通入臭氧，在起到搅拌作用的同时，还可以强化处理效果；过滤区是由石英砂过滤层5、鹅卵石承托层6、滤头7构成，装置在运行时，石英砂滤层5可以阻止负载有二氧化钛的空心玻璃微珠被出水带走。当石英砂滤层5内的通道受污染物或某些细小颗粒堵塞影响滤速时，可以通过短时反冲洗的方式使滤层得到清洗。
光催化反应区4底部的穿孔曝气管10可以采用不锈钢制成，为避免细小颗粒物进入曝气管10，曝气孔可以开在曝气管10下侧。
紫外灯套管12采用石英玻璃套管，石英玻璃套管为双层结构，中间为冷却循环水，它可以冷却紫外灯管，避免其在照射过程中的温度不断升高。
本发明的工作过程如下：原水经进水管1进入配水渠2，在配水渠2得到重新分配后，进入配水槽3，配水槽内的水流入反应区4。在反应区4内，穿孔曝气管10释放出的气体使水与镀有二氧化钛的中空玻璃微珠15粉末剧烈混合，在紫外灯11的照射下，产生羟自由基，从而使水中的有机物质得到降解。处理后的水经过石英砂过滤层5、鹅卵石承托层6及滤头7，进入底部的集水区8，然后经出水管9排出。
设备在运行一段时间后，由于石英砂过滤层5内会积聚一些中空玻璃微珠15或其它颗粒污染物，使过滤的水头损失增加，因此需要进行反洗。反洗时，反洗水经出水管9进入集水区8，经滤板配水后，使石英砂过滤层5膨胀，从而依靠水流的冲刷把污染物带走。反洗时反应区4的液位上升，溢流至配水槽3内，然后流入配水渠2，在配水渠2内静沉30分钟后，反洗水中的杂质被沉至配水渠2底部，开启底部排水管上的排水阀13，把反洗沉渣及部分反洗水排出，当液位降至配水渠2的一半深度时，关闭排水阀13。由于中空玻璃微珠15的比重在0.9左右，比水轻，因此反洗水经静沉后，中空玻璃微珠15粉末会漂浮在配水渠内，当下一个运行周期的原水进入时，会把上述中空玻璃微珠15重新带入反应区4内，继续完成催化作用。
下面给出一试验例，用于说明本发明的效果：
用自来水配浓度为50μg/L的DDT水样，用光催化曝气滤池进行去除，实验在室温下进行，利用紫外灯管作为光源，实验条件为装置的水力停留时间2小时，空气曝气的气水比为5∶1，镀有二氧化钛的空心玻璃珠粉末投加量为3g/L，循环反应2.5小时，DDT的去除率为91％，装置反洗周期为10天，装置每次反洗后，催化剂的损耗小于5％。

Claims (7)

1.一种用于水处理的光催化曝气滤池，该滤池呈矩形结构，从上至下依次由配水区、光催化反应区(4)、过滤区和集水区(8)组成，其特征在于：
配水区由条形的配水槽(3)组成，配水槽(3)两侧开有配水孔；配水槽(3)一端连接配水渠(2)，配水渠(2)下端设有进水管(1)，配水渠(2)底部设有排污管(13)；
光催化反应区(4)内充满中空玻璃微珠(15)，其内垂直布置有紫外灯(11)，紫外灯(11)位于紫外灯套(12)内，底部设有曝气管(10)；
过滤区由石英砂过滤层(5)和鹅卵石承托层(6)组成，石英砂过滤层(5)位于承托层(6)上方，承托层(6)下部设有滤头(7)；
集水区(8)一侧设有出水管(9)。
2.根据权利要求1所述的用于水处理的光催化曝气滤池，其特征在于所述中空玻璃微珠(15)的直径为100～200μm，其外包镀有二氧化钛层。
3.根据权利要求1所述的用于水处理的光催化曝气滤池，其特征在于所述承托层(6)采用鹅卵石。
4.根据权利要求1所述的用于水处理的光催化曝气滤池，其特征在于曝气管(10)采用穿孔曝气管，曝气管(10)下部开有曝气孔。
5.根据权利要求1所述的用于水处理的光催化曝气滤池，其特征在于紫外灯套管(12)为中部空心的双层结构，套管内壁(17)与套管外壁之间的空心部位为冷却室(16)，通冷却循环水。
6.根据权利要求1所述的用于水处理的光催化曝气滤池，其特征在于反冲洗时，出水管(9)即为反洗水管，排污管(13)即为反洗排水管。
7.根据权利要求1所述的用于水处理的光催化曝气滤池，其特征在于所述配水渠(2)的底部为倾斜面。
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Assignor: Tongji University

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Denomination of invention: Photocatalysis aeration filter pool for water treatment

Granted publication date: 20091111

License type: Exclusive License

Open date: 20080528

Record date: 20100722

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Granted publication date: 20091111

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