CN103964614A - 一种复合式臭氧光催化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式臭氧光催化反应装置。所述反应装置的下部中心设有紫外光源，由中心向外依次为臭氧反应室和光催化反应室；反应装置的上部为气液分离室；所述臭氧反应室与光催化反应室之间通过石英玻璃相隔开。本发明装置将臭氧氧化处理与光催化处理技术相结合，在无需额外提供臭氧源的基础上，充分利用紫外光源，在同一反应装置中实现废水臭氧和光催化两级高级氧化处理，极大提高了装置处理效率，降低了处理成本，可推广应用于高浓度、难降解有机废水的快速处理。

Description

一种复合式臭氧光催化反应装置

技术领域

本发明涉及有机废水处理技术领域，具体涉及一种复合式臭氧光催化反应装置。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展和人类物质消费水平的提高，水环境的污染问题已日益突出。在过去十年，许多国家都制定了十分严格的污染物排放标准，我国对不同行业排放的废水也制定了相应的水污染物排放标准。这些标准都特别要求对生态系统有毒害影响的污染物实施严格监控，而对那些有毒且难以生物降解的污染物，则需要用非生物降解的其它处理方法来去除。针对这些生物难降解污染物，高级氧化技术是目前常用的方法。

臭氧催化氧化技术是近年发展起来的一种新型的可在常温常压下将那些难以生物降解的污染物去除的方法。该方法是利用臭氧或反应过程中生成的强氧化性自由基(羟基自由基·OH和氧原子O)来氧化分解水中的有机物从而达到水质净化。臭氧催化氧化技术具有反应迅速，处理时间短，并可处理多种污染物等优势，但也存在去除有机污染物的成本较高，并且容易生成有毒副产物醛类化合物等问题。

针对单一臭氧处理技术以上缺点，通过在臭氧处理过程中引入另一类高级氧化技术—光催化技术，将臭氧与光催化技术耦合处理难降解有机废水成为近年来难降解有机废水处理方面的研究热点。臭氧深度氧化与光催化的联合使用，即解决了单一臭氧氧化技术成本过高的问题，也弥补了单一光催化反应速率过慢的缺陷，因此该技术在难降解有机废水的处理中具有良好的应用前景。而随着技术的发展，目前在光催化处理中，通过采用紫外灯代替传统的日光，进一步解除了光催化技术受日光条件的限制，同时也进一步提高了光催化处理效率，进而提高了臭氧光催化技术的竞争力。

尽管臭氧光催化技术在难降解有机废水处理中具有诸多优势，但在实际工程中的应用仍然较少，仍存在以下问题制约了该技术的工程化应用。这些问题包括：

1、臭氧光催化设备相对复杂：由于目前的臭氧光催化处理技术中需要向废水投加臭氧，因此在废水处理设备中必须含有臭氧发生单元，从而增加了设备的功能单元，增加了设备集成难度，同时也使得废水成套处理设备的体积与规模增大，增加了设备投资成本；

2、臭氧与光催化过程相应影响：在光催化过程中，紫外灯的辐射强度与废水的氧化效率具有直接关系，而由于臭氧本身对紫外光具有一定的吸收能力，从而使紫外灯的辐射强度下降。

因此，开发合理的臭氧光催化设备，充分发挥臭氧和光催化两种深度氧化技术的技术优势，同时降低废水的设备投资和处理成本是加快臭氧光催化技术工业化进程的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合式臭氧光催化反应装置，将臭氧处理和光催化处理两种深度氧化处理技术耦合在同一反应器中，充分利用紫外灯产臭氧的技术特性，克服了常规臭氧光催化反应装置需要额外增设臭氧发生单元的缺陷，从而极大的简化了设备，降低了设备投资成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合式臭氧光催化反应装置，所述反应装置的下部中心设有紫外光源，由中心向外依次为臭氧反应室和光催化反应室；反应装置的上部为气液分离室；所述臭氧反应室与光催化反应室之间通过石英玻璃相隔开。

在本发明中，待处理废水首先进入臭氧反应室，设置的紫外光源激发空气原位生成臭氧，以氧化废水中的有机物，然后废水流入气液分离室进行气体与液体的分离，液体进入光催化反应室，气体排出。由于紫外光可以透过石英玻璃，在光催化反应室中发生光催化氧化反应，最后排出反应装置。

以下为本发明所述复合式臭氧光催化反应装置的优选形式。

所述气液分离室为内外两室结构，内室下部与臭氧反应室连通，外室下部与光催化反应室相连；内室与外室间通过出水孔连通。从臭氧反应室进入气液分离室的废水主要在内室中进行气液分离，分离出的液体通过出水孔进入外室，从而进入光催化反应室继续处理。

所述气液分离室的下部为锥形，上部为圆柱形，让气液混合流体的流动截面逐渐变大，促使流体的流速逐渐下降，提高气液分离效果；所述锥形的锥角为45°。

所述气液分离室内室的圆柱形上部的截面积是其底部截面积的3倍。

所述反应装置的底部设有进料口，与臭氧反应室连通；反应装置的顶部设有排气口，与气液分离室的内室连通；反应装置的下部设有出水口，与光催化反应室连通。

反应装置的顶部设有放空口，与气液分离室的外室连通。

所述紫外光源为低压汞灯，其功率为40W，可产生185nm和254nm双波长紫外线。所述“可”表示能够。

所述臭氧反应室的内壁与紫外光源的外壁距离小于50mm。

所述光催化反应室外层内壁贴有反射层，对紫外线的反射率大于80％。

所述光催化反应室的外层材质为304不锈钢。

所述石英玻璃外侧负载有固载光触媒。所述固载光触媒优选为铜掺杂型纳米TiO₂光催化剂。在实际操作中，可以在石英玻璃外侧设置不锈钢网，不锈钢网上负载固载光触媒。

所述反应装置底部连接气液混合泵，以使物料进入。进入反应装置物料为待处理废水与空气的混合物料。

本发明可通过采用气液混合泵将空气与废水混合体系送入臭氧反应室，利用紫外灯产生的185nm紫外光在臭氧反应室内原位生成臭氧，氧化废水中的有机物；从臭氧反应室射出的紫外光线激发外层复合光催化在光催化反应室中进一步氧化废水中的有机物，在充分利用紫外光源的基础上，快速高效处理有机废水。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

1)充分利用紫外线与氧气反应生成臭氧的特性，在反应器中利用紫外线照射气水混合体系，原位生成臭氧，无需额外提供臭氧，极大的降低了装置的集成难度并降低了设备投资成本；

2)通过气液分离室将臭氧反应与光催化反应过程相分离，避免了臭氧对于光催化过程的不利影响；

3)通过反应装置的设计，实现紫外线的多级利用，最大限度的挖掘紫外灯的利用率，大大降低处理成本；

4)设备集成程度高，体积小，大大降低实际废水处理工程的设备运输以及设备安装成本及难度。

附图说明

图1是复合式臭氧光催化反应装置结构示意图

图中：1-出水口；2-进料口；3-放空口；4-排气口；5-光催化反应室；6-固载光触媒；7-臭氧反应室；8-紫外光源；9-气液分离室；10-出水孔。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

如图1所示，一种复合式臭氧光催化反应装置，所述反应装置的下部中心设有紫外光源8，由中心向外依次为臭氧反应室7和光催化反应室5；反应装置的上部为气液分离室9；所述臭氧反应室7与光催化反应室5之间通过石英玻璃相隔开。

所述气液分离室9为内外两室结构，内室下部与臭氧反应室7连通，外室下部与光催化反应室5相连；内室与外室间通过出水孔10连通。

所述气液分离室9的下部为锥形，上部为圆柱形。所述锥形的锥角为45°。

所述气液分离室9内室的圆柱形上部的截面积是其底部截面积的3倍。

所述反应装置的底部设有进料口2，与臭氧反应室7连通；反应装置的顶部设有排气口4，与气液分离室9的内室连通；反应装置的下部设有出水口1，与光催化反应室5连通；反应装置的顶部设有放空口3，与气液分离室9的外室连通。

所述紫外光源8为低压汞灯，其功率为40W，可产生185nm和254nm双波长紫外线。

所述臭氧反应室7的内壁与紫外光源8的外壁距离小于50mm。

所述光催化反应室5外层内壁贴有反射层。所述光催化反应室5的外层材质为304不锈钢。

所述石英玻璃外侧负载有固载光触媒6；所述固载光触媒6优选为铜掺杂型纳米TiO₂光催化剂。

所述反应装置底部连接气液混合泵，以使物料进入。

本发明所述复合式臭氧光催化反应器的工作过程如下：

通过气液混合泵将待处理有机废水与空气混合并通过进料口2送入臭氧反应室7。反应装置中的紫外光源8发出紫外光，激发进入臭氧反应室7中的空气并原位生成臭氧，氧化废水中的有机物。经原位生成臭氧处理后的废水从臭氧反应室7流出，进入气液分离室9。在气液分离室9中，物料中的气体与液体进行分离，气体经排气口4排出，液体通过气液分离室出水孔10进入光催化反应室5。从臭氧反应室7侧壁射出的紫外光与光催化反应室5内壁的固载光触媒6接触，激发光触媒引发光催化反应，深度氧化进入光催化反应室5的有机废水。经光催化反应室5处理后的废水经出水口1流出反应器，完成废水处理。

本发明装置将臭氧氧化处理与光催化处理技术相结合，在无需额外提供臭氧源的基础上，充分利用紫外光源，在同一反应装置中实现废水臭氧和光催化两级高级氧化处理，极大提高了装置处理效率，降低了处理成本，可推广应用于高浓度、难降解有机废水的快速处理。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种复合式臭氧光催化反应装置，其特征在于，所述反应装置的下部中心设有紫外光源(8)，由中心向外依次为臭氧反应室(7)和光催化反应室(5)；反应装置的上部为气液分离室(9)；所述臭氧反应室(7)与光催化反应室(5)之间通过石英玻璃相隔开。

2.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述气液分离室(9)为内外两室结构，内室下部与臭氧反应室(7)连通，外室下部与光催化反应室(5)相连；内室与外室间通过出水孔(10)连通。

3.如权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述气液分离室(9)的下部为锥形，上部为圆柱形；

优选地，所述锥形的锥角为45°；

优选地，所述气液分离室(9)内室的圆柱形上部的截面积是其底部截面积的3倍。

4.如权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置的底部设有进料口(2)，与臭氧反应室(7)连通；反应装置的顶部设有排气口(4)，与气液分离室(9)的内室连通；反应装置的下部设有出水口(1)，与光催化反应室(5)连通；

优选地，反应装置的顶部设有放空口(3)，与气液分离室(9)的外室连通。

5.如权利要求1-4之一所述的反应装置，其特征在于，所述紫外光源(8)为低压汞灯，其功率为40W，可产生185nm和254nm双波长紫外线。

6.如权利要求1-5之一所述的反应装置，其特征在于，所述臭氧反应室(7)的内壁与紫外光源(8)的外壁距离小于50mm。

7.如权利要求1-6之一所述的反应装置，其特征在于，所述光催化反应室(5)外层内壁贴有反射层。

8.如权利要求1-7之一所述的反应装置，其特征在于，所述光催化反应室(5)的外层材质为304不锈钢。

9.如权利要求1-8之一所述的反应装置，其特征在于，所述石英玻璃外侧负载有固载光触媒(6)；所述固载光触媒(6)优选为铜掺杂型纳米TiO₂光催化剂。

10.如权利要求1-9之一所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置底部连接气液混合泵，以使物料进入。