CN105776686A - 一种光催化深度处理废水的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光催化深度处理废水的装置，包括进水管、喷嘴和池体，所述进水管与池体通过喷嘴连接；所述池体内包括光催化部分和多介质组合处理部分，所述多介质组合处理部分位于所述光催化部分的正下方；本发明是利用废水的薄层水膜多层氧化与多介质组合组成的深度处理装置，可高效处理废水中的污染物质，氧化能力强，适应性好，降解条件温和，无需外加氧化剂，处理过程廉价、安全，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于水处理应用领域，特指是一种光催化深度处理废水的装置。
背景技术
光催化废水技术属于水处理技术领域。该技术具有新颖性、高效性、对废水无选择性等优点，尤其适合于不饱合烃的降解，且反应条件也比较温和，无二次污染，具有很好的应用前景。其工作原理是当有机废水中存在半导体粉末催化剂时，经过一定强度的紫外光照射后，体系中便能产生一定量的、多种形式的活性氧和自由基，由于这些活性氧和自由基具有较高的氧化电位，所以能和有机物作用并使其降解，进而矿化为水和二氧化碳，从而达到治理的目的。光催化过程采用半导体材料作为光催化剂，在常温常压下进行，如果利用太阳光作光源，则可大大降低污水处理费用。更主要的是，光催化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质如CO2、H2O及各种相应的无机离子而实现无害化，为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。
目前根据光传递效率、传质速率方面，光催化反应设备可以分为以下两种：
(1)悬浮式光催化反应器
悬浮式光催化反应器是研究较早的光催化反应器，主要适于处理废水的研究，基本不存在传质的限制，反应速率较高，结构简单，操作方便。但是因为催化剂的颗粒和浓度对悬浮与沉积有影响，会产生催化剂的悬浮与沉积；因为催化剂的颗粒和浓度对光散射和透射有影响，会产生光在催化剂的悬浮液的透过问题，催化剂颗粒太大或催化剂的浓度太大，会造成悬浮液浑浊，从而会影响光的穿透，降低光效率；尽管可通过膜层流、挡板设计、池底鼓泡气体分布、机械涡流等在一定程度上解决催化剂的沉积、光穿透率等问题，但催化剂的分离回收没有根本解决。
(2)负载式光催化反应器
负载式光催化器是将催化剂固载在一定载体材料上的反应器，既可处理液态，又可处理气态污染物。根据载体材料和催化剂TiO2在载体上的不同形式，可划分为镀膜式和填充床式。
①镀膜式光催化反应器
镀膜式光催化反应器根据载体的结构特点可分为管式结构和板式结构。其中，研究管式反应器的较多，从结构特点分析，管式和板式反应器解决了悬浮式光催化反应器的催化剂分离问题，并在催化剂表面积、反应物在催化剂表面驻留时间或光源辐照面积等方面进行了改善，但依然存在反应过程中的传质限制和光传递问题。
②填充床式光催化反应器
填充床光催化反应器是反应器内填充TiO2颗粒或表面涂有TiO2膜的硅胶、γ-氧化铝、石英砂、玻璃珠等。这些载体通常具有三维结构，结构紧密且有多孔、直径在100μm左右的透明或半透明的颗粒。和悬浮式反应器相比，不需要催化剂的分离，和镀膜式反应器比较，它不受传质的限制，但催化剂的制备相对复杂。
本发明装置同时克服了现有技术中反应时间短，光照强度低、处理废水效果单一等问题。本发明装置采用多层紫外灯并联使用，同时增加多介质滤料组分综合处理，可以有效利用装置的空间，扩大废水处理范围，增加废水流动的长度和光照时间，提高废水反应速率，增强废水处理效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有废水光催化装置存在的紫外灯管易受污染、使用寿命短，催化效率低等问题而开发的基于光催化技术深度处理废水装置，该装置具有灯管与废水分离不易受污染、多层紫外灯组串联催化处理废水、多介质结合综合处理等优点。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种光催化深度处理废水的装置，包括进水管、喷嘴和池体，所述进水管与池体通过喷嘴连接；所述池体内包括光催化部分和多介质组合处理部分，所述多介质组合处理部分位于所述光催化部分的正下方；
所述光催化部分包括光源、催化剂附着板、通气管和集水槽，所述催化剂附着板的上方设有光源，下方设有集水槽，所述集水槽水平固设在所述池体的内壁上；所述催化剂附着板的上游端为靠近所述喷嘴的一端，所述催化剂附着板的上游端固接在所述池体的内壁上，且高度低于所述喷嘴的出口高度；所述催化剂附着板的下游端与集水槽的槽口相对应；所述集水槽的宽度大于等于所述催化剂附着板的宽度；所述通气管的出气口穿过所述池体的侧壁进入池体内；所述催化剂附着板的上表面设有光催化剂；
所述多介质组合处理部分包括填料层、布水管、填料入口、填料出口、滤网和出水管，所述布水管与所述集水槽相连通，且布水管水平设置，所述布水管的底部开有小孔，所述布水管的数量大于1条；所述填料层位于所述布水管的下方，所述滤网位于所述填料层的下方，所述滤网高于所述池体的底面；所述填料入口与填料出口均开在所述池体的侧壁上；所述出水管设于所述池体侧壁的底端。
进一步，所述催化剂附着板的数量大于等于2层；所有催化剂附着板的上游端均固接在所述池体的内壁上，且下一层催化剂附着板的上游端对应于上一层催化剂附着板的下游端；任意一层所述催化剂附着板的上方均设有光源；所述集水槽的槽口与最下层催化剂附着板的下游端相对应。
进一步，所述光催化部分还包括导流板和弧形水层厚度控制板，所述导流板设于所述催化剂附着板的下游端，所述弧形水层厚度控制板的一端连接催化剂附着板的上游端，弧形水层厚度控制板的另一端固接在所述池体的内侧壁上。
进一步，与最上层的催化剂附着板相对应的光源上方设有反光罩，所述反光罩距离光源100～300mm。
进一步，所述喷嘴为鸭嘴型，所述催化剂附着板的材质为疏水材质，所述的光源为紫外灯管。
进一步，所述的光催化剂为二氧化钛或含有二氧化钛的复合物。
进一步，所述催化剂附着板的上游端高于催化剂附着板的下游端。
进一步，所述填料层为铁矿石层、沸石层、石灰石层、石灰石--砾石混合层中的至少一层。
进一步，所述填料层自上而下依次为铁矿石层、沸石层、石灰石层、石灰石--砾石混合层。
进一步，所述铁矿石层颗粒粒径为2～6mm，沸石层颗粒粒径为5～10mm，石灰石层颗粒粒径为5～10mm，石灰石-砾石混合层颗粒粒径为15～30mm；所述铁矿石层、沸石层、石灰石层、石灰石--砾石混合层的厚度均不小于30cm。
有益效果：
(1)本发明是利用废水的薄层水膜多层氧化与多介质组合组成的深度处理装置，可高效处理废水中的污染物质，氧化能力强，适应性好，降解条件温和，无需外加氧化剂，处理过程廉价、安全，操作简单。
(2)本发明克服了现有废水光催化装置存在的紫外灯管易受污染、使用寿命短，催化效率低等问题。
(3)本发明采用的光催化处理废水的部分，紫外灯管与废水分离，因此紫外灯管不易受污染。
(4)本发明所开发的深度处理废水的装置，首先基于光催化技术，采用多层光催化剂附着板，对废水进行多层次的光催化处理；进一步，采用多介质组合处理中的铁矿石层、沸石层、石灰石层、石灰石--砾石混合层进行进一步的处理，铁矿石可以还原降解废水中的一些难降解的污染物质，有效降低后续净化负荷。沸石层利用沸石对氨氮的去除能力，可以有效去除废水中的氨氮等污染物。石灰石层可以有效去除废水中的总磷，净化废水。石灰石--砾石混合层可以防止水中的小颗粒物质进入水中，进一步净化水质；因此对废水的处理效果更好。多层紫外灯组串联催化处理废水、多介质结合综合处理达到了深度处理废水的目的。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明中集水槽和布水管的俯视结构示意图。
图中，1-进水管、2-喷嘴、3-光源、4-反光罩、5-催化剂附着板、6-通气管、7-导流板、8-弧形水层厚度控制板、9-集水槽、10-布水管，11-铁矿石层，12-沸石层，13-石灰石层，14-石灰石-砾石混合层，15-填料入口，16-填料出口，17-滤网，18-出水管
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种光催化深度处理废水的装置，包括进水管1、喷嘴2和池体，所述进水管1与池体通过喷嘴2连接；所述池体内包括光催化部分和多介质组合处理部分，所述多介质组合处理部分位于所述光催化部分的正下方；
所述光催化部分包括光源3、催化剂附着板5、通气管6和集水槽9，所述催化剂附着板5的上方设有光源3，下方设有集水槽9，所述集水槽9水平固设在所述池体的内壁上；所述催化剂附着板5的上游端为靠近所述喷嘴2的一端，所述催化剂附着板5的上游端固接在所述池体的内壁上，且高度低于所述喷嘴2的出口高度；所述催化剂附着板5的下游端与集水槽9的槽口相对应；所述集水槽9的宽度大于等于所述催化剂附着板5的宽度；所述通气管6的出气口穿过所述池体的侧壁进入池体内，通气管6用于向池体内通入空气，保证光催化反应的正常进行；所述催化剂附着板5的上表面设有光催化剂；
所述多介质组合处理部分包括填料层、布水管10、填料入口15、填料出口16、滤网17和出水管18，所述布水管10与所述集水槽9相连通，且布水管10水平设置，所述布水管10的底部开有小孔；满足上述条件下，布水管10与集水槽9可以以任意角度连通，但以布水管10与集水槽9互相垂直时为最佳，如图2所示；所述布水管10的数量大于1条；所述填料层位于所述布水管10的下方，所述滤网17位于所述填料层的下方，其作用是防止上层颗粒物掉落在出水管18中，造成再次污染，所述滤网17高于所述池体的底面；所述填料入口15与填料出口16均开在所述池体的侧壁上，所述填料入口15与填料出口16均开在所述池体的侧壁上，填料入口15的高度不低于填料最上层是必然的，填料出口16的高度不高于填料的最下层也是必然的；所述出水管18设于所述池体侧壁的底端。
进一步，为了增强光催化效果，所述催化剂附着板5的数量设置为大于等于2层；所有催化剂附着板5的上游端均固接在所述池体的内壁上，且下一层催化剂附着板5的上游端对应于上一层催化剂附着板5的下游端；任意一层所述催化剂附着板5的上方均设有光源3；所述集水槽9的槽口与最下层催化剂附着板5的下游端相对应。所述光催化部分还包括导流板7和弧形水层厚度控制板8，所述导流板7设于所述催化剂附着板5的下游端，所述弧形水层厚度控制板8的一端连接催化剂附着板5的上游端，弧形水层厚度控制板8的另一端固接在所述池体的内侧壁上。最上层催化剂附着板5的上游端可以通过弧形水层厚度控制板8连接池体内壁，也可以直接连接池体内壁。导流板7可以有效的引导水流方向，加快水流速度；弧形水层厚度控制板8为可调节弧形控制板，可以根据实际需要设定其弧度，从而有效控制来自催化剂附着板5的水流厚度。
所述随时喷嘴2为鸭嘴型，便于使废水流出喷嘴2后在附着有光催化材料的催化剂附着板5上形成薄层水膜厚度4～15mm。所述的光源3为紫外灯管，所述布水管10是与紫外灯管长度相当的管道，可以有效分布水流，防止出现短流。所述的光催化剂为二氧化钛或含有二氧化钛的复合物。
除了最上层的催化剂附着板5相对应的光源3上方设有反光罩4外，其他各层的催化剂附着板5相对应的光源3均以其上方的催化剂附着板5作为反光部件，无需设置反光罩4。
所述催化剂附着板5为疏水材质，保证废水不会过多停留在催化剂附着板5上；催化剂附着板5的上游端高于催化剂附着板5的下游端，便于废水流动，防止废水倒流。
所述填料层为铁矿石层11、沸石层12、石灰石层13、石灰石--砾石混合层14中的至少一层。所述填料层自上而下依次为铁矿石层11、沸石层12、石灰石层13、石灰石--砾石混合层14时，填料层起到最优效果。所使用的铁矿石层11颗粒粒径为2～6mm，沸石层12颗粒粒径为5～10mm，石灰石层13颗粒粒径为5～10mm，石灰石-砾石混合层14颗粒粒径为15～30mm，铁矿石层11、沸石层12、石灰石层13、石灰石--砾石混合层14厚度均不小于30cm。铁矿石层11可以还原降解废水中的一些难降解的污染物质，有效降低后续净化负荷。沸石层12利用沸石对氨氮的去除能力，可以有效去除废水中的氨氮等污染物；石灰石层13可以有效去除废水中的总磷，净化废水；石灰石--砾石混合层14可以防止水中的小颗粒物质进入水中，进一步净化水质。
本发明的催化技术深度处理废水的新型废水处理装备工作时，废水首先通过进水管1通过喷嘴2的鸭嘴型的喷口喷出，在附着有光催化材料的平板上形成薄层水膜厚度4-15mm，在紫外灯的照射下，由于光催化材料的存在，废水中的污染物得以高效去除，净化后的废水通过导流板7，经过弧形水层厚度控制板8，在下一层的催化剂附着板5上再次形成薄层水膜，再次进行净化作用。废水经过多层光催化作用后最后流入集水槽9，经过布水管10，废水利用重力作用，往下渗透，依次经过铁矿石层11、沸石层12、石灰石层13、石灰石--砾石混合层14经过处理的废水经过滤网17进一步阻止杂质下落，最后由出水管18排出。
Claims (10)
1.一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，包括进水管(1)、喷嘴(2)和池体，所述进水管(1)与池体通过喷嘴(2)连接；所述池体内包括光催化部分和多介质组合处理部分，所述多介质组合处理部分位于所述光催化部分的正下方；
所述光催化部分包括光源(3)、催化剂附着板(5)、通气管(6)和集水槽(9)，所述催化剂附着板(5)的上方设有光源(3)，下方设有集水槽(9)，所述集水槽(9)水平固设在所述池体的内壁上；所述催化剂附着板(5)的上游端为靠近所述喷嘴(2)的一端，所述催化剂附着板(5)的上游端固接在所述池体的内壁上，且高度低于所述喷嘴(2)的出口高度；所述催化剂附着板(5)的下游端与集水槽(9)的槽口相对应；所述集水槽(9)的宽度大于等于所述催化剂附着板(5)的宽度；所述通气管(6)的出气口穿过所述池体的侧壁进入池体内；所述催化剂附着板(5)的上表面设有光催化剂；
所述多介质组合处理部分包括填料层、布水管(10)、填料入口(15)、填料出口(16)、滤网(17)和出水管(18)，所述布水管(10)与所述集水槽(9)相连通，且布水管(10)水平设置，所述布水管(10)的底部开有小孔，所述布水管(10)的数量大于1条；所述填料层位于所述布水管(10)的下方，所述滤网(17)位于所述填料层的下方，所述滤网(17)高于所述池体的底面；所述填料入口(15)与填料出口(16)均开在所述池体的侧壁上；所述出水管(18)设于所述池体侧壁的底端。
2.根据权利要求1所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述催化剂附着板(5)的数量大于等于2层；所有催化剂附着板(5)的上游端均固接在所述池体的内壁上，且下一层催化剂附着板(5)的上游端对应于上一层催化剂附着板(5)的下游端；任意一层所述催化剂附着板(5)的上方均设有光源(3)；所述集水槽(9)的槽口与最下层催化剂附着板(5)的下游端相对应。
3.根据权利要求2所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述光催化部分还包括导流板(7)和弧形水层厚度控制板(8)，所述导流板(7)设于所述催化剂附着板(5)的下游端，所述弧形水层厚度控制板(8)的一端连接催化剂附着板(5)的上游端，弧形水层厚度控制板(8)的另一端固接在所述池体的内侧壁上。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，与最上层的催化剂附着板(5)相对应的光源(3)上方设有反光罩(4)，所述反光罩(4)距离光源(3)100～300mm。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述喷嘴(2)为鸭嘴型，所述催化剂附着板(5)的材质为疏水材质，所述的光源(3)为紫外灯管。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述的光催化剂为二氧化钛或含有二氧化钛的复合物。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述催化剂附着板(5)的上游端高于催化剂附着板(5)的下游端。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述填料层为铁矿石层(11)、沸石层(12)、石灰石层(13)、石灰石--砾石混合层(14)中的至少一层。
9.根据权利要求8所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述填料层自上而下依次为铁矿石层(11)、沸石层(12)、石灰石层(13)、石灰石--砾石混合层(14)。
10.根据权利要求8所述的一种光催化深度处理废水的装置，其特征在于，所述铁矿石层(11)颗粒粒径为2～6mm，沸石层(12)颗粒粒径为5～10mm，石灰石层(13)颗粒粒径为5～10mm，石灰石-砾石混合层(14)颗粒粒径为15～30mm；所述铁矿石层(11)、沸石层(12)、石灰石层(13)、石灰石--砾石混合层(14)的厚度均不小于30cm。
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