CN102745848B - 一种微波光催化降解反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波光催化降解反应装置，属于废水处理技术领域。现有的针对含有机污染物工业废水的微波光催化降解技术中，存在膜分离元件热蚀破坏问题，以及，无极紫外灯屏护用石英管其外侧面积垢问题，本案旨在一揽子地解决上述问题。本案将有机质的膜分离组件包藏于金属材质的箱笼状微波屏蔽罩之内，隔离微波的影响，抑制膜分离元件表面难免附着的金属微粒及碳粒等物质对微波能量的吸收，由此遏制所述膜分离元件的热蚀破坏，并且，本案箱笼状的微波屏蔽罩不妨碍所述膜分离组件的功能及其运作；本案还在反应器的壁面的外侧面贴附装设超声波换能器，透过反应器的壁以及内部液态混合物的声波传递，以高频超声波达成所述积垢的即时清除。

Description

一种微波光催化降解反应装置

技术领域

本发明涉及一种微波光催化降解反应装置，属于C02F废水处理技术领域。

背景技术

微波光催化降解处理技术，作为一种有效的针对含有机污染物工业废水的无害化处理技术，近年来发展迅猛。

关于微波光催化降解技术，作为一例，可以参见公开号为CN102260003A的中国专利申请案。

该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，是以微波作为激发源，激发无极紫外灯发射紫外线，于液体内部照射掺有光催化剂二氧化钛的悬浊液，该无极紫外灯被石英管所笼罩保护着，有空气泵向该石英管内腔持续注入空气，由石英腔溢出的空气经由管道与位于反应器底部的微孔曝气头联通，该反应器内部的下方区域为曝气区，该反应器内部的上方区域是微波光催化反应区，该方案还以反应器内置的膜分离组件，来提析净化后的水，并以该膜分离组件实现光催化剂二氧化钛微粒的截留再用；该方案还在无极紫外光源与膜分离组件之间架设隔板，用于防止紫外线对有机质的膜分离组件的辐射损伤；通入反应器内部的空气，部分直接参与依托光催化剂二氧化钛的光催化降解反应，还有一部分空气，在紫外光的直接照射下，生成一定量的臭氧，该生成的臭氧当然也发挥着针对有机污染物的直接的氧化降解作用。

该公开号为CN102260003A的中国专利申请案毫无疑问为微波光催化废水降解技术的进步起到了不可忽视的推动作用，其研发人员在该领域所展开的工作令人敬佩。

接受微波光催化降解处理的所述工业废水，其中难免夹杂一些缘自机械系统磨耗过程的金属微粒以及碳粒之类的物质，即便数量微小，其存在几乎难以避免，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案中的所述有机质膜分离组件装设于微波光催化反应区，其中的装设在石英管与膜分离组件之间的用于阻隔紫外线的隔板当然阻挡不了微波，如此，微波的实际作用区域必然覆盖该方案中所述有机质膜分离组件所装设区域，基于膜分离组件的工作机制，如上所述的金属微粒以及碳粒之类的微粒其在膜分离组件有机质表层的积淀过程难以避免，而此类所述金属微粒以及碳粒之类的微粒，恰恰是微波能量的良好吸收介质，吸收了微波能量的积淀态的所述金属微粒以及碳粒之类的微粒，自然会对其紧贴的有机质膜分离组件的表层产生基于热透蚀机制的持续的洞穿破坏，如上所述，由于该CN102260003A申请案其装置的结构决定了只能选用聚偏氟乙烯膜材，该聚偏氟乙烯膜材耐温约140摄氏度，比一般膜材耐温确实高不少，然而，吸收了微波能量的积淀态的所述金属微粒以及碳粒之类的微粒其点状洞穿式的热透蚀作用十分容易突破该聚偏氟乙烯膜材的耐温温限，由于上述原因，可想而知，该CN102260003A申请案其装置中的PVDF膜材其实际使用寿命将大大低于所期待的理想的使用寿命，该CN102260003A申请案其装置的结构，决定了在该结构框架下，上述点状洞穿式的热透蚀破坏问题无法回避。

另一方面，在该公开号为CN102260003A的中国专利申请案所表达的装置结构中，用于屏护无极紫外灯的石英管，其外壁，指的是石英管的外壁，经长时间的与被处理工业废水的接触，难免逐渐积垢，垢积的物质当然主要是不易被光催化反应所触动的无机类杂质，因该机制形成的积垢现象，在设备长时间运行之后很容易被观察到；附着于所述石英管外壁的垢积层，虽然只是薄薄的一层，也足以对无极紫外灯的紫外光辐射造成显著的阻挡，这将导致该微波光催化反应处理装置的实际处理效力大幅减小；在实验室尺度的使用过程中，上述积垢问题不易觉察，但是，在工业应用尺度上，该积垢问题毫无疑问将凸显出来；因此，如何在不停机、不拆机的前提下，即时、有效地清除该石英管外壁上的垢积层，维持该微波光催化处理装置的持续的高效率，是另一个值得关注的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述CN102260003A申请案中存在的不足之处，即，因该案结构特点及运行机制所带来的所述对膜分离组件的点状洞穿式的热透蚀破坏问题，以及，所述石英管外壁垢积层的即时清除问题，研发一种能够一揽子地解决上述问题的新型的废水微波光催化降解处理装置。

本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供一种微波光催化降解反应装置，该装置的结构包括反应器，该反应器其外形轮廓呈方桶形或圆桶形，以及，布水板，该布水板是含有许多孔洞的板状物，该布水板将反应器的内部空间分隔成位于上部的微波光催化反应室以及位于下部的曝气室，该曝气室内装设有一些微孔曝气头，以及，石英管，该石英管的架设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该石英管的两端装设有封堵盖头，分别位于石英管两端的所述封堵盖头上均开设有用于连接气管的接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于反应器的外部，所述石英管其一端封堵盖头上的所述接口经由管道透过反应器的壁与所述空气泵的出气口联通，所述石英管其另一端封堵盖头上的所述接口经由管道与位于所述曝气室内的微孔曝气头联通，以及，微波发生器，该微波发生器装设于反应器的外部，该微波发生器是磁控管，该微波发生器经由波导管与反应器连接，以及，膜分离组件，该膜分离组件装设在微波光催化反应室的内部，以及，隔板，该隔板用于阻隔紫外线，该隔板是架设在石英管与膜分离组件之间的位置，以及，水泵，该水泵位于反应器的外部，该膜分离组件经由管道并透过反应器的壁与水泵的进水口联通，该水泵的出水口与位于反应器外部的净水池联通，以及，另一台水泵，该另一台水泵位于反应器的外部，该另一台水泵的出水口经由管道并透过反应器的壁与所述曝气室联通，该另一台水泵的进水口与位于反应器外部的污染水水池联通，该微波光催化反应室的上方开设有尾气排放口，重点是，该反应器的结构还包括金属材质的箱笼状微波屏蔽罩，该箱笼状微波屏蔽罩上含有许多的孔洞，该箱笼状微波屏蔽罩的装设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该箱笼状微波屏蔽罩是用于将膜分离组件与微波源隔离开来的构件，该箱笼状微波屏蔽罩将所述膜分离组件笼罩其中，以及，超声波换能器，该超声波换能器贴附装设于该反应器的侧壁的外侧面，该超声波换能器经由高频振荡电讯号传输电缆与高频振荡电讯号发生器连接。

所述金属材质的箱笼状微波屏蔽罩，其外形轮廓呈箱形，该外形轮廓呈箱形的构件上含有许多的孔洞，该构件的作用，既要将膜分离组件与微波辐射隔离开来，又要保证反应器内部的含有光催化剂的液态混合物能够与膜分离组件充分接触，不妨碍膜分离组件其本身的正常功能及运作。

所述金属材质一词，其本身的技术含义，是公知的。

所述磁控管，以及，波导器件，其技术含义对于微波技术领域的专业人员而言是公知的。所述磁控管，以及，波导管等，均有市售；所述波导管当然也可以根据需要自行制作，该制作对于微波技术领域的专业人员而言，波导器件的制作是简单的。

所述石英管，其技术含义是公知的；所述石英管市场有售。

所述无极紫外灯，其技术含义对于光源技术领域的专业人员而言是公知的；所述无极紫外灯市场有售；所述无极紫外灯其形状、尺寸、内部所填充气体、灯壁材料、灯壁厚度，等等，也可以根据具体设计需要，向电光源制造企业定制。当然，也可以自行制作。无极紫外灯的制作对于具备电光源专业知识的专业人员而言，其制作技术是简单的。

所述水泵、空气泵、无油气泵、微孔曝气头、膜分离组件等等，其技术含义对于其相应的技术领域的专业人员而言，均是公知的，并且均有市售。

本案装置中的超声波换能器，是贴附装设在反应器的侧壁的外侧面，其所发射的超声波是透过反应器的壁向反应器内部辐射，并作用于所述石英管的外侧面上，基于超声振荡作用，实现所述石英管外侧面的积垢的即时清除，以此方式维持石英管的良好的对紫外光的通透性。

由于超声空化作用是一种十分强有力的作用，低频超声波对对象工件的表面冲击较强，该低频超声波的空化作用对于所述石英管外侧面而言是不太适合的，因为，倘若长时间使用该超声机构向反应器内辐射低频超声波，那么该低频超声波的强大的超声空化作用将导致石英管外侧面光洁度的破坏，并逐渐向毛沙玻面形态转化，这在一定程度上也妨碍了紫外光的通透，与本案的初衷相背离；然而，随着所选用的超声波频率的提高，空化作用对对象工件的损伤逐渐弱化直至可以忽略；因此，适于本案所述石英管外侧面的优选的超声波频率不是随意的频率。

如上所述，为避免超声空化作用对本案所述石英管外侧面的毛沙化损伤，该超声波换能器所发射的超声波的优选的频率至少应当在100KHz以上；该换能器所发射的超声波的优选的频率其范围是在100KHz与12MHz之间。

同时，为避免超声波对反应器内部的膜分离组件的损伤，宜选用低功率的超声波；超声波功率的选择取决于反应器的体积、内部液体的容量、紫外灯管数量、石英管数量等等，还取决于超声波发射的方式即持续或间歇等等方式的选择，超声波功率可以根据实际反应器体系的需要综合考量确定。

在该反应器的尾气排放口释放的尾气中仍然含有可以利用的臭氧成分，虽然其含量可能不起眼，但是，作为一种宝贵的氧化剂资源，浪费了的话，实在是可惜，并且其直接排空会带来不必要的空气污染，为此，可以在所述污染水水池内装设一些微孔曝气头，并将该污染水水池内装设的微孔曝气头经由管道与所述尾气排放口连接。

由于在所述尾气排放口之后增加了尾气回用环节，会造成一定的尾气压头损失，为抵消该压头损失，可以在所述尾气排放口与所述污染水水池内装设的微孔曝气头之间的连接管道上装设有无油气泵，该无油气泵用于增加尾气气流压头。所述无油气泵是气泵的一种，所述无油气泵的技术含义对于气泵制造商而言是公知的。所述无油气泵市场有售。

该无油气泵不是必须的。

该反应器的尾气排放口与所述污染水水池内的微孔曝气头的连接不是必须的。

该污染水水池内的微孔曝气头不是必须装设的。

本案装置的结构，还可以包括一些附件，所述附件例如：与磁控管冷却管道连接的冷却水循环系统或风冷系统；所述附件还例如用于将无极紫外灯固定在所述石英管之内的固定支架；所述附件又例如装设于各个液流及气流管道上的开关、阀门，等等。

所述超声波换能器的数量也可以是在一个以上；所述超声波换能器的数量不限，所述超声波换能器的数量可以是任意的数量；所述超声波换能器的数量可以根据实际体系的需要综合考量设定。

所述内含无极紫外灯的石英管的数量不限。

所述膜组件的数量不限。

所述超声波换能器发射超声波的方式，既可以是自动的持续发射的方式，也可以是依托自动定时开关的自动的间歇发射的方式，还可以是根据需要在任意时间段人工开、关的方式。

本发明的优点是，通过装设所述金属材质的箱笼状微波屏蔽罩，将所述膜分离组件包藏其内，或曰笼罩其中，使得微波辐射的影响无法到达所述膜分离组件的结构位置，基于本案此结构，阻止了膜分离组件其元件表面附着的金属微粒以及碳粒之类的物质对微波能量的吸收，进而遏制了所述膜分离组件的点状热透蚀破坏进程。

另一方面，在本案结构中，通过在反应器的侧壁的外侧面贴附装设超声波换能器，向反应器内部发射超声波，利用高频超声波，在不停机、不拆机前提下，实现所述石英管外侧面的积垢的即时的清除，藉此维持石英管对紫外光的高通透性能，并维持微波光催化反应装置的持续的高效率。

本案技术方案一揽子地解决了所述技术问题。

附图说明

图1是本案装置结构的简约的透视示意图。

图中，1是污染水水池中的等待处理的污染水，2是装设在污染水水池中的微孔曝气头，3是无油气泵，4是尾气排放口，5、16分别是石英管两端的封堵盖头，6是磁控管，7是空气泵，8是水泵，9是膜分离组件，10是反应器，11是石英管，12是隔板，13是布水板，14是曝气室内装设的微孔曝气头，15是净水池，17是无极紫外灯，18是超声波换能器，19是另一台水泵，20是污染水水池，21是金属材质的箱笼状微波屏蔽罩。

具体实施方式

在图1所展示的本案实施例中，该装置的结构包括反应器10，该反应器10其外形轮廓呈方桶形或圆桶形，以及，布水板13，该布水板13是含有许多孔洞的板状物，该布水板13将反应器10的内部空间分隔成位于上部的微波光催化反应室以及位于下部的曝气室，该曝气室内装设有一些微孔曝气头14，以及，石英管11，该石英管11的架设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该石英管11的两端装设有封堵盖头5、16，分别位于石英管两端的所述封堵盖头5、16上均开设有用于连接气管的接口，以及，无极紫外灯17，该无极紫外灯17也可以呈棒状，该无极紫外灯也可以呈现其它形状，所述其它形状例如环状、球状、海星状或海胆状，该图例中的无极紫外灯形状仅是一例，该无极紫外灯17的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯17均架设在石英管11的内部，位于石英管内部的该数量至少在一个以上的无极紫外灯17其具体架设方式不限，图例中的无极紫外灯17呈棒状，并相互平行，这仅是一例，以及，空气泵7，该空气泵7装设于反应器10的外部，石英管11其一端封堵盖头5上的所述接口经由管道透过反应器10的壁与空气泵7的出气口联通，石英管11其另一端封堵盖头16上的所述接口经由管道与位于所述曝气室内的微孔曝气头14联通，以及，微波发生器，该微波发生器装设于反应器的外部，该微波发生器是磁控管6，该微波发生器经由波导管与反应器10连接，以及，膜分离组件9，该膜分离组件9装设在微波光催化反应室的内部，以及，隔板12，该隔板12用于阻隔紫外线，该隔板12是架设在石英管11与膜分离组件9之间的位置，以及，水泵8，该水泵8位于反应器10的外部，该膜分离组件9经由管道并透过反应器10的壁与水泵8的进水口联通，该水泵8的出水口与位于反应器10外部的净水池15联通，以及，另一台水泵19，该另一台水泵19位于反应器10的外部，该另一台水泵19的出水口经由管道并透过反应器10的壁与所述曝气室联通，该另一台水泵19的进水口与位于反应器10外部的污染水水池20联通，该微波光催化反应室的上方开设有尾气排放口4，重点是，该反应器10的结构还包括金属材质的箱笼状微波屏蔽罩21，该箱笼状微波屏蔽罩21上含有许多的孔洞，该箱笼状微波屏蔽罩21的装设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该箱笼状微波屏蔽罩21是用于将膜分离组件9与微波源隔离开来的构件，该箱笼状微波屏蔽罩21将所述膜分离组件9笼罩其中，以及，超声波换能器18，该超声波换能器18贴附装设于该反应器10的侧壁的外侧面，该超声波换能器18经由高频振荡电讯号传输电缆与高频振荡电讯号发生器连接。图例中没有绘出高频振荡电讯号传输电缆，以及，高频振荡电讯号发生器。

所述金属材质的箱笼状微波屏蔽罩21，其外形轮廓呈箱形，该外形轮廓呈箱形的构件上含有许多的孔洞，该构件的作用，既要将膜分离组件9与微波辐射隔离开来，又要保证反应器内部的含有光催化剂的液态混合物能够与膜分离组件9充分接触，不妨碍膜分离组件9其本身的正常功能及运作。

所述金属材质一词，其本身的技术含义，是公知的。

超声波换能器18所发射的超声波可以允许是任何频率的超声波；但是，为避免超声空化作用对本案所述石英管外侧面的毛沙化损伤，该超声波换能器所发射的超声波的优选的频率至少应当在100KHz以上；该换能器所发射的超声波的优选的频率其范围是在100KHz与12MHz之间。

同时，为避免超声波对反应器内部的膜分离组件的损伤，宜选用低功率的超声波；超声波功率的选择取决于反应器的体积、内部液体的容量、紫外灯管数量、石英管数量等等，还取决于超声波发射的方式即持续或间歇等等方式的选择，超声波功率可以根据实际反应器体系的需要综合考量确定。

所述超声波换能器18发射超声波的方式，既可以是自动的持续发射的方式，也可以是依托自动定时开关的自动的间歇发射的方式，还可以是根据需要在任意时间段人工开、关的方式。

所述超声波换能器的数量也可以是在一个以上；所述超声波换能器的数量不限，所述超声波换能器的数量可以是任意的数量，例如一个、两个、三个、四个、五个、六个，等等；所述超声波换能器的数量可以根据实际体系的需要综合考量设定。

所述无油气泵3是气泵的一种，所述无油气泵3的技术含义对于气泵制造商而言是公知的。所述无油气泵3市场有售。

本案结构中，所述无油气泵3的装设不是必需的。

该反应器10的尾气排放口4与所述污染水水池20内的微孔曝气头2的连接不是必须的。

该污染水水池20内的微孔曝气头2不是必须装设的。

所述超声波换能器及高频振荡电讯号发生器均有市售。

实施图例中没有绘出所述其它附件。

本案的实施方式不限于图例方式。

Claims (2)

1.一种微波光催化降解反应装置，该装置的结构包括反应器，该反应器其外形轮廓呈方桶形或圆桶形，以及，布水板，该布水板是含有许多孔洞的板状物，该布水板将反应器的内部空间分隔成位于上部的微波光催化反应室以及位于下部的曝气室，该曝气室内装设有一些微孔曝气头，以及，石英管，该石英管的架设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该石英管的两端装设有封堵盖头，分别位于石英管两端的所述封堵盖头上均开设有用于连接气管的接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于反应器的外部，所述石英管其一端封堵盖头上的所述接口经由管道透过反应器的壁与所述空气泵的出气口联通，所述石英管其另一端封堵盖头上的所述接口经由管道与位于所述曝气室内的微孔曝气头联通，以及，微波发生器，该微波发生器装设于反应器的外部，该微波发生器是磁控管，该微波发生器经由波导管与反应器连接，以及，膜分离组件，该膜分离组件装设在微波光催化反应室的内部，以及，隔板，该隔板用于阻隔紫外线，该隔板是架设在石英管与膜分离组件之间的位置，以及，水泵，该水泵位于反应器的外部，该膜分离组件经由管道并透过反应器的壁与水泵的进水口联通，该水泵的出水口与位于反应器外部的净水池联通，以及，另一台水泵，该另一台水泵位于反应器的外部，该另一台水泵的出水口经由管道并透过反应器的壁与所述曝气室联通，该另一台水泵的进水口与位于反应器外部的污染水水池联通，该微波光催化反应室的上方开设有尾气排放口，其特征在于，该反应器的结构还包括金属材质的箱笼状微波屏蔽罩，该箱笼状微波屏蔽罩上含有许多的孔洞，该箱笼状微波屏蔽罩的装设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该箱笼状微波屏蔽罩是用于将膜分离组件与微波源隔离开来的构件，该箱笼状微波屏蔽罩将所述膜分离组件笼罩其中，以及，超声波换能器，该超声波换能器贴附装设于该反应器的侧壁的外侧面，该超声波换能器经由高频振荡电讯号传输电缆与高频振荡电讯号发生器连接，该超声波换能器所发射的超声波其频率介于100KHz与12MHz之间，所述污染水水池内也装设有一些微孔曝气头，该污染水水池内装设的微孔曝气头经由管道与所述尾气排放口连接，在所述尾气排放口与所述污染水水池内装设的微孔曝气头之间的连接管道上装设有无油气泵，该无油气泵用于增加尾气气流压头。

2.根据权利要求1所述的一种微波光催化降解反应装置，其特征在于，所述超声波换能器的数量在一个以上。

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