CN107055680A - 一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，该多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器内衬附有石英套管的灯管，石英套管与反应器同轴，反应器底部至顶部设有以石英套管为轴的螺旋上升状的塔板，多个催化剂托盘悬挂在上下塔板之间空间内，进水口设在光催化反应器的下部，出水口设置在光催化反应器的上部。在光催化反应器内的螺旋式多塔板以及悬挂在多塔板之间的呈螺旋状分布的催化剂托盘的配合下，螺旋式多塔板起到引导水流的作用，使催化剂托盘中的催化剂与污水充分反应，提高光催化反应效率。该装置结构简单合理，安装和拆卸方便，调整和清洗方便，维护运行费用低廉，除污种类多，效率高，且运行稳定，管理简单，适用于各类废水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备，具体涉及一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器。
背景技术
光催化反应器是发生光催化反应的场所，设计高效、便于使用的反应器，对光催化反应的科学研究和实际应用具有十分重要的作用。20世纪80年代以来，纳米半导体材料多相光催化在环境保护领域获得越来越多的关注。光催化反应在室温下就能进行深度反应，将多种有机污染物彻底矿化去除，特别是在生物难降解的有毒有害物质的去除方面表现出突出的能力，被认为是一项极有前途的环境污染深度净化技术。光催化反应器作为光催化反应发生的场所，其设计要求高效利用光源能量且便于使用。在液相光催化反应中，按照催化剂的存在方式，大致可以分为旋浆体反应器、固定床反应器和流化床反应器三类，其中固定床反应器种类较多，又可以分为薄膜型、填充床型和载体导光型等类型。
以上所提到的各种反应器均具有各自的优点和设计目的，但也存在对光源能量利用率不高、催化剂与反应液接触面积小、催化剂利用不充分，难以回收、处理效率与效果不好等缺点。而且，由于现有的光催化反应器反应效率低，处理水量小的问题，导致光催化反应器一直以来还仅局限于实验室研究，规模放大后废水处理效率和效果达不到实际要求，难以应用于工业生产中。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明充分考虑到光催化在环境污染领域的研究与应用，拟提供一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，用于高效处理各类工业废水。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，在光催化反应器内衬附有石英套管(1)的灯管(9)，石英套管(1)与反应器同轴，反应器底部至顶部设有以石英套管(1)为轴的螺旋上升状的塔板(2)，多个催化剂托盘(3)悬挂在上下塔板(2)之间，进水口(4)设在光催化反应器的下部，出水口(5)设置在光催化反应器的上部。
进一步地，所述的催化剂托盘(3)为网状，均匀地呈螺旋状地由挂钩悬挂在光催化反应器中塔板(2)。
进一步地，所述的催化剂托盘(3)为圆状结构或多边形结构，为不锈钢材料滤网制作而成。
进一步地，所述的光催化反应器的形状为圆柱体或长方体或正方体，为不锈钢材料制作而成。
进一步地，所述的光催化反应器的形状为长方体，缩小了设备的体积，便于节省空间。
进一步地，所述的光催化反应器顶部还设有捕沫器(7)和排气孔(8)。
进一步地，所述的进水口为2个，分别设直在光催化反应器的底部进水口(42)及下侧部进水口(41)，在距反应器顶部8-10cm侧面处设有一个出水口(5)。
进一步地，为了增加光催化反应器的反应效率，所述的2个以上的光催化反应器通过并联、串联或串并联的方式组成光催化反应组。
通过阀门的开闭，可以控制2个以上的光催化反应器或光催化反应器组的串联、并联、和串并联工作。
工作原理：
内扩散是分子扩散的一种形式，主要是指反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散以及产物从内表面扩散到外表面这两个过程。反应物的从外表面向催化剂的孔道内部扩散以及产物从内表面扩散到外表面这两个“内扩散”过程中，不需要外部水压(有压力，会产生相反的作用，阻碍反应物催化剂的孔道扩散过程，降低实际反应效率)。本发明将“内扩散”和“平推流”结合在一起，让平推流与内扩散之间相互配合，满足“内扩散”过程分子扩散的需求，使废水与催化剂接触反应过程都不被打搅、中断，让每次反应都彻底完整，最大限度地节约时间，实际工业级生产效率。
工作时，将待处理的废水利用电磁阀控制进入光催化反应器中，废水从下至上流入，随水位逐渐上升，液面逐渐浸过光催化反应器中各层催化剂托盘3及其中的催化剂，打开电源，紫外灯管9开始工作，紫外灯管9发出的光源与废水中的有机物充分反应，螺旋式的多塔板2结构起到引导水流方向作用；同时，废水自下而上上升，遇到螺旋式多塔板2的阻挡会使螺旋式多塔板2之间的废水中的有机物与催化剂托盘3中的催化剂充分反应，提高反应效率和反应效果。
本装置通过控制电磁阀控制进入光催化反应器内的废水流速，催化剂托盘3结构围绕灯管9设置，有利于提高光源的利用效率，在光催化反应器内的螺旋式多塔板以及悬挂在多塔板之间的呈螺旋状分布的催化剂托盘共同配合下，螺旋式多塔板2起到引导水流的作用，使催化剂托盘3中的催化剂与污水反应充分，提高光催化反应效率，反应完毕后，经出水口5排出。
本光催化反应器为平推流反应器，在污水流动方向上完全不会出现回流或漩涡，让正在发生的光催化反应不被打断，反应更充分；而在垂直于流动方向的平面上达到最大程度的混合，进一步地提高每层催化剂的光催化反应效率。本装置在多层催化剂托盘3内置有催化剂，催化剂托盘3设计成网状，便于待处理水与催化剂接触，催化剂托盘3围绕紫外灯管9而设，故将该反应装置置于反应器内就能催化反应进行。
本发明棒状催化剂的密度较大，置于催化剂托盘3内在水处理过程中并不会漂浮或松软。催化剂托盘3由不锈钢制滤网封闭，载体间用支架衔接，在光催化水处理反应器内呈纵向排列。当需要添加催化剂时，取出支架，打开不锈钢制滤网，放入催化剂后关闭不锈钢滤网，然后将支架放入反应器中；催化剂失活后，需要取出催化剂时，取出支架，打开不锈钢滤网，取出催化剂。采用催化剂托盘3，能够有效的防止光催化材料的悬浮、松软或流失，实现催化材料的回收再利用，大大降低催化材料的活性丧失速度的同时还确保了设备的处理能力。
根据所处理的废水的特点，可以在光催化反应器顶端设置捕沫器和排气孔。
为了提高光催化反应器的效率及出水量，2个以上的光催化反应器通过光催化反应组之间的串联、并联或者以串并联连接方式连接，组成光催化反应罐组。通过在底部进水口处设置的阀门，来任意组装光催化反应器，构成光催化反应器之间串联、并联或串并联连接方式，从而提高废水处理的速度和效率，缩短了反应时间，同时通过多级连续反应，提高了废水处理的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明采用负载催化剂的载体，能够有效的防止光催化材料的流失，实现催化材料的回收再利用，大大降低催化材料的活性丧失速度的同时还确保了设备的处理能力。
2.本发明的光催化反应器利用螺旋式多塔板起到引导水流的作用，与塔板上悬挂的催化剂托盘共同配合，使多塔板之间的催化剂托盘中的催化剂与污水充分反应，提高光催化反应效率。
3.选用高效的光催化污水处理反应器，使处理后的水达到排放指标，实现水资源的循环利用。
4.通过本装置的并联与串联、串并联，组成光催化反应组，提高光催化反应处理的效率。
附图说明
图1为光催化反应器内部结构立体示意图；
图2为图1的主视图；
图3为光催化反应器水流示意图；
图4为2个光催化反应器连接的结构示意图；
图5为光催化反应器组结构示意图；
图6为多个光催化反应器连接的结构示意图；
图7为多个光催化反应器组连接的结构示意图；
其中图中标记：1-石英套管，2-塔板，3-催化剂托盘，41-下侧部进水口，42-底部进水口，5-出水口，7-捕沫器，8-排气孔，9-灯管。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步描述，实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1-7所示，一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，在光催化反应器内衬附有石英套管1的灯管9，石英套管1与反应器同轴，反应器底部至顶部设有以石英套管1为轴的螺旋上升状的塔板2，多个催化剂托盘3悬挂在上下塔板2之间的间隙空间内，进水口4设在光催化反应器的下部，出水口5设置在光催化反应器的上部。所述的催化剂托盘3为网状，均匀地呈螺旋状地由挂钩悬挂在光催化反应器中塔板2。所述的催化剂托盘3为圆状结构或多边形结构，为不锈钢材料滤网制作而成。所述的光催化反应器的形状为圆柱体或长方体或正方体，为不锈钢材料制作而成。所述的光催化反应器的形状为长方体，缩小了设备的体积，便于节省空间。所述的光催化反应器顶部还设有捕沫器7和排气孔8。所述的进水口为2个，分别设直在光催化反应器的底部进水口42及下侧部进水口41，在距反应器顶部8-10cm侧面处设有一个出水口5。所述的光催化反应器的底部进水口42处还设有阀门。通过阀门的开闭，控制2个以上的光催化反应器或光催化反应器组的串联、并联、和串并联。
如图4-7所示，为了增加光催化反应器的反应效率，所述的2个或2个以上的光催化反应器通过控制阀门以并联或串联的方式组成光催化反应组。
工作时，将待处理的废水利用电磁阀控制进入光催化反应器中，废水从下至上流入，从下部进水口4向上进水，随水位逐渐上升，液面逐渐浸过各层催化剂托盘3及安装在其中的催化剂，打开电源，35-1000W紫外灯管9开始工作，紫外灯管9与废水中的有机物充分反应，螺旋式多塔板2起到引导水流方向螺旋上升的作用，同时，废水自下而上上升，遇到塔板2的阻挡会让上下层塔板2之间的废水中的有机物与催化剂托盘3中的催化剂充分反应，提高反应效率和反应效果，反应完毕后，经出水口5排出。
本装置通过控制电磁阀控制进入光催化反应器内的废水的流速，通过控制电磁阀控制进入光催化反应器内的废水的流速，催化剂托盘3围绕灯管9设置，有利于提高光源的利用效率，在光催化反应器内的螺旋式多塔板2以及悬挂在多塔板之间的呈螺旋状分布的催化剂托盘的配合下，螺旋式多塔板2起到引导水流的作用，使催化剂托盘3中的催化剂与污水充分反应，提高光催化反应效率。本光催化反应器为平推流反应器，在流动方向上完全没有返混，而在垂直于流动方向的平面上达到最大程度的混合，进一步地提高光催化反应的效率。
本装置在多层催化剂托盘3内置有催化剂，催化剂托盘3设计成网状，便于待处理水与催化剂接触，催化剂托盘3围绕紫外灯管9而设，故将该反应装置置于反应器内就能催化反应进行。棒状催化剂的密度较大，置于催化剂托盘内在水处理过程中并不会漂浮或松软。催化剂托盘3由不锈钢制滤网封闭，载体间用支架衔接，在光催化水处理反应器内呈纵向排列，当需要加催化剂时，取出支架，打开不锈钢制滤网，放入催化剂后关闭不锈钢滤网，然后将支架放入反应器中；催化剂失活后，需要取出催化剂时，取出支架，打开不锈钢滤网，取出催化剂。采用催化剂托盘3，能够有效的防止光催化材料的悬浮、松软或流失，实现催化材料的回收再利用，大大降低催化材料的活性丧失速度的同时还确保了设备的处理能力。
根据所处理的废水的特点，可以在光催化反应器顶端设置捕沫器和排气孔。
为了提高光催化反应器的效率及出水量，2个以上的光催化反应器通过光催化反应男友组之间的串并联连接方式连接，组成光催化反应罐组。通过阀门将光催化反应器之进行串联、并联或串并联，提高废水处理的速度和效率，缩短了反应时间，同时通过多级连续反应，提高了废水处理的效果。
为了避免进入光催化反应器中的废水中的悬浮物多，阻塞设备，在引入光催化反应器前，可预先将废水引入到过滤沉淀池，经沉淀后再汇入絮凝池；污水进入絮凝池后加入絮凝剂、促凝剂，絮凝池中部设有机械搅拌器，使污水与絮凝剂、促凝剂充分混合，从而去除污水中的部分悬浮物，经絮凝沉淀处理后的上清液由污水处理泵泵入光催化反应处理系统中的光催化反应器中进行光催化处理。
Claims (8)
1.一种多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：光催化反应器内衬附有石英套管(1)的灯管(9)，石英套管(1)与反应器同轴，反应器底部至顶部设有以石英套管(1)为轴的螺旋上升状的塔板(2)，多个催化剂托盘(3)悬挂在上下塔板(2)之间的空间内，进水口(4)设在光催化反应器的下部，出水口(5)设置在光催化反应器的上部。
2.根据权利要求1所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的催化剂托盘(3)为网状，数个催化剂托盘(3)均匀地呈螺旋状地由挂钩悬挂在光催化反应器中上下塔板(2)之间的空间内。
3.根据权利要求1所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的催化剂托盘(3)为圆状结构或多边形结构，为不锈钢滤网制成。
4.根据权利要求1所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的光催化反应器的形状为圆柱体或长方体或正方体，为不锈钢材料制作而成。
5.根据权利要求4中所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的光催化反应器的形状为长方体，缩小了设备的体积，便于节省空间。
6.根据权利要求1所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的光催化反应器顶部还设有捕沫器(7)和排气孔(8)。
7.根据权利要求1所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的进水口为2个，分别设直在光催化反应器的底部进水口(42)及下侧部进水口(41)，在距反应器顶部8-10cm侧面处设有一个出水口(5)。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的多塔板上布流内扩散竖式推流光催化反应器，其特征在于：所述的2个以上的光催化反应器通过并联、串联或者串并联组合的方式组成光催化反应组。
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