CN105923700A - 一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器。它由两根不同直径同轴的石英玻璃管和两个固定的端头，和一根套管组成；其中：直径较小的第二石英玻璃管套设在直径较大的第一石英玻璃管内，且二者之间形成环形空间；该第二石英玻璃管内设有连接紫外灯电源的紫外灯管；在一个端头上开设有通向环形空间的切向进液口，在另一个端头上开设有通向环形空间的切向出液口；该第一石英玻璃管外设有套管；两根石英玻璃管和一根套管两端均由端头固定。它适用于水处理过程紫外线消毒和UV/H2O2高级氧化处理难生物降解和有毒的有机污水工艺。
Description
技术领域
本发明涉及环保水处理领域，具体涉及一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器。
背景技术
随着化学工业的快速发展，产生的污染物不管从数量上，还是从种类上都日益增多，有些污染物一般通过传统的水处理技术是难以处理的；有些污染物即使是微量的，因在自然水体中难以降解，存在的时间很长，已累积到破坏生态平衡的程度，引起社会的极大关注。各级政府加大环保监管力度，采用更高的排放标准保证人类生产和活动过程中产生的污染物不会影响自然水体的承受能力和人类的健康，改善自然水体日益恶化的状况。
自然光可以简单分为红外光、可见光和紫外光三大类。红外光的波长在780nm以上，我们日常感觉到的光为可见光，它的波长在380nm~780nm之间，而紫外光线的波长在20nm~380nm之间。众所周知，光是由粒子组成的，它是有能量的。不同波长的光能量是不同，波长越短，它的能量就也高，也就是说紫外光线的能量比可见光强。
利用紫外光线较高能量的特性，将紫外光应用于水的消毒杀菌、污水的光催化高级氧化反应。紫外线消毒杀菌就是通过紫外线的照射，破坏和改变微生物的DNA（脱氧核糖核酸）结构，使细菌立即死亡或无法繁殖后代。在杀菌消毒方面253.7nm波长的紫外光是最好选择；当氧气吸收185nm波长的紫外光之后，会激发氧分子产生氧化能力更强的臭氧（O3），通过它可以氧化降解大部分有机污染物；当双氧水（H2O2）吸收了紫外光之后，它会裂解产生比臭氧氧化能力更强的羟基自由基（·OH），通过羟基自由基与大分子有机物反应，发生一系列链式反应后断链分解为小分子的中间产物，甚至氧化至最终产物CO2和H2O；有些带双键或三键的有机化合物自身吸收紫外光线之后，会跃迁到激发态，然后光解断链产生小分子的有机物，这些小分子的有机物往往都可以被微生物所利用而降解。为了加快有机物的降解速度，在污水中添加少量的催化剂，提高双氧水转化羟基自由基（·OH）的速度。
采用光催化氧化处理含有难生物降解，甚至有毒污染物的污水，其颜色往往都比较深，有些污水中还含有油性的物质，以及悬浮物也比较多。它们的透光性都较差，无法让紫外光透过处理的水层。为了让待处理水中所有的物质都能充分地吸收紫外光能量，目前常规的紫外灯杀菌器或反应器是让待处理的水流过安装数目不等的紫外灯的腔体，从另一端排出。这种反应器结构缺点是水流相对于灯管表面的流速很慢，无法达到足够的流速以保证湍流的效果，灯管表面的滞流层较厚。其结果一是紫外光只能照到靠近灯管表面部分的液体，而远离灯管的地方无法照到；其二是水中的污染物和悬浮物可能沉积在紫外灯套管的外表面，进一步阻止光线照射到水体中，影响紫外灯的利用率。而解决套管污染的办法是在紫外灯套管外安装带清洗功能的机械清洗器，这种清洗器在强氧化性羟基自由基、酸碱性较强的环境中维护工作量相当大，而且清洁的效果不够理想，无法得到推广和应用；另外，由于高级氧化处理污水的条件比较恶劣，对大部分金属材料都有腐蚀性，如果与水接触的材质为金属结构件，使用寿命就会受到极大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，主要解决上述现有技术所存在的技术问题，它适用于水处理过程紫外线消毒和UV/H2O2高级氧化处理难生物降解和有毒的有机污水解毒工艺。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：它由两根不同直径同轴的石英玻璃管和两个固定的端头，一根套管组成；其中：直径较小的第二石英玻璃管套设在直径较大的第一石英玻璃管内，且二者之间形成环形空间；该第二石英玻璃管内设有连接紫外灯电源的紫外灯管；在第一端头上开设有通向环形空间的切向进液口，在第二端头上开设有通向环形空间的切向出液口；该第一石英玻璃管外套设有金属套管；两根石英玻璃管和一根金属套管两端均由端头固定。
所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该套管上设置有反应器视窗。
所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该切向进液口的进液方向和切向出液口的出液方向为180°。
所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该第二石英玻璃管为保证紫外灯发出的紫外线能照射到待处理的水中采用高透光率的石英玻璃管。
所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该第一石英玻璃管为可过滤紫外光、耐腐蚀性强的石英玻璃管。
所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该套管为防止紫外线泄露的金属套管。
本发明的技术效果在于：
1、本发明使用时，将高速的水流从管式反应器的一个端头切向进入两个同轴的石英玻璃管之间的环形空间内，水流在环形空间内沿轴线方向绕内石英玻璃管做螺旋状从一端流到另一端，在另一端头的出水以切向方向流出，水流在反应器中高速旋转，不仅保证不同物质（水、双氧水和催化剂）得到充分混合，而且使反应器内石英玻璃管外表面液膜不断得到更新，既起到自清洁的作用，又使处理的水在通过反应器过程中，水中的双氧水都能充分吸收紫外光，产生强氧化性的羟基自由基（·OH），而且保证产生的羟基自由基（·OH）能及时与水中的有机物进行反应。如果用于杀菌消毒，保证水中微生物都能受到紫外线的照射，提高细菌的去除率。
2、本发明的紫外灯管安装在内石英玻璃管内，产生的紫外光透过内石英玻璃管射入待处理的水中。
3、为了克服与介质接触的金属材料受到氧化、腐蚀和磨损的问题，反应器的外石英玻璃管采用特制的石英玻璃管，它可以过滤透过水层的紫外光。另为，在外石英玻璃管管外侧再设置一根金属套管，保证100%阻挡可能溢出外石英玻璃管的紫外光不泄漏到环境中，保护操作人员不受伤害。金属套管还必需具备足够的刚度，以满足支撑整个反应器重量的目的。
4、在反应器的金属套管上设置若干个反应器视窗，用于随时观察反应过程中变化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，它是本发明一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器。如图所示：它由两根不同直径同轴的石英玻璃管1、2和两个固定的端头3、5，一根套管4组成；其中：直径较小的第二石英玻璃管2套设在直径较大的第一石英玻璃管1内，且二者之间具有环形空间；该第二石英玻璃管2内设有连接紫外灯电源10的紫外灯管6；在第一端头3上开设有通向环形空间的切向进液口8，在第二端头5上开设有通向环形空间的切向出液口9；该第一石英玻璃管1外套设有套管4；两根石英玻璃管1、2和一根套管4两端均由端头3、5固定。
使用时，待处理的压力流废水从所述的第一端头3的切向进液口8沿切线方向进入所述的两根石英玻璃管1、2组成的环状空间内，产生强烈的旋转流，然后从第二端头5的切向出液口9切线排出，使废水与氧化剂和催化剂充分混合，并与紫外线充分接触，并依靠流体自身产生的旋转剪切力清除腔体表面的污染物质，不需要单独的机械清洗装置，可以保持反应器表面的清洁。
具体的，在石英玻璃管2内安装一根不同功率的紫外灯管6，通电之后，紫外灯管6发射的紫外光透过石英玻璃管2射到流经其表面的水中。待杀菌消毒的水或添加了双氧水和催化剂的水，从反应器的一端进入，高速切向进入反应器内外之间的环形空间，水流在反应器内产生强烈螺旋流动，从一端流到另一端，并以切向方向流出。在水从一端流到另一端的过程中，不断进行剧烈的混合，石英玻璃管2表面的液层不断得到更新，水中的污染物或化学药品（H2O2）不断吸收紫外线。如果是细菌吸收了紫外线，其DNA遭到破坏，细菌就会死亡；如果是双氧水吸收了足够能量的紫外线之后，就会裂解产生强氧化的羟基自由基（·OH），产生的羟基自由基（·OH）立即就会与水中的难生物降解的有机物反应，降解产生小分子可生化的有机物或直接氧化到最终状态（CO2和H2O）。有些有机物也可以直接吸收紫外线，变成高能量激发态的有机物，自身就会分解成较小分子的有机物。
而沉积在石英玻璃管2外表面的污染物在高速旋转水流剪切力的作用下不断被剥离下来，保持石英管表面的干净。
反应器以一根紫外灯管为单位，做成标准的一个反应器。标准反应器的功率一般就是紫外灯管的功率。在工程实施时，可以根据不同污染物和处理规模，可以采用多个反应器组合的方式到达工程化的目的。如果待处理的水一次通过反应器无法达到预期的要求，也可以循环多次通过处理，达到最终的目标后排放。
由于高级氧化水溶液的腐蚀性都较强，所以反应器中与液体接触部分的材质为塑料和石英玻璃。
作为优选结构，该套管4上设置有反应器视窗7。
作为优选结构，该切向进液口8的进液方向和切向出液口9的出液方向为180°。
作为优选结构，该第二石英玻璃管2为保证紫外灯发出的紫外线能照射到待处理的水中采用高透光率的石英玻璃管。
作为优选结构，该第一石英玻璃管1为可过滤紫外光、耐腐蚀性强的石英玻璃管。它不仅可以阻止紫外光线的穿透，而且便于观察污水的反应过程。
作为优选结构，该套管4为防止紫外线泄露的金属套管。它一方面起到支撑反应器重量的作用，另一方面防止少量透过第一石英玻璃管1的紫外线泄露到环境中。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (6)
1.一种自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：它由两根不同直径同轴的石英玻璃管（1、2）和两个固定的端头（3、5），一根套管（4）组成；其中：直径较小的第二石英玻璃管（2）套设在直径较大的第一石英玻璃管（1）内，且二者之间具有环形空间；该第二石英玻璃管（2）内设有连接紫外灯电源（10）的紫外灯管（6）；在第一端头（3）上开设有通向环形空间的切向进液口（8），在第二端头（5）上开设有通向环形空间的切向出液口（9）；该第一石英玻璃管（1）外套设有套管（4）；两根石英玻璃管（1、2）和一根套管（4）两端均由端头（3、5）固定。
2.根据权利要求1所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该套管（4）上设置有反应器视窗（7）。
3.根据权利要求1所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该切向进液口（8）的进液方向和切向出液口（9）的出液方向为180°。
4.根据权利要求1或2或3所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该第二石英玻璃管（2）为保证紫外灯发出的紫外线能照射到待处理的水中采用高透光率的石英玻璃管。
5.根据权利要求1或2或3所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该第一石英玻璃管（1）为可过滤紫外光、耐腐蚀性强的石英玻璃管。
6.根据权利要求1或2或3所述的自清洗管式紫外高级氧化或消毒反应器，其特征在于：该套管（4）为防止紫外线泄露的金属套管。
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