CN107555525A - 一体化光催化氧化移动处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化光催化氧化移动处理装置，该装置包括：箱体；光催化反应单元，包括污水的进水口、出水口、反应区及催化剂引入口，进水口、出水口及催化剂引入口连通于反应区；光催化剂分离单元，光催化剂分离单元包括：分离腔室、分离膜组件及净水出口，分离膜组件设置在分离腔室内，分离腔室一侧连通于光催化反应单元的出水口，另一侧设置有净水出口；催化剂回流单元，催化剂回流单元包括催化剂收集系统及催化剂回流泵，催化剂收集系统一端伸入分离腔室并均匀布置在腔室底部，另一端连通于催化剂引入口，催化剂回流泵设置在催化剂收集系统上。该装置能够高效的去除污水中的难降解有机物。

Description

一体化光催化氧化移动处理装置

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体地，涉及一种一体化光催化氧化移动处理装置。

背景技术

近几年来，随着国民经济的高速发展，水环境保护是当前人类社会广泛关注的一个问题，随着我国国民经济的快速发展，各种工业废水的达标处理，成为社会、经济发展必须面对的重大问题。然而利用现有的生物处理方法，对可生化性差、污染物成分复杂的工业有机废水处理比较困难，出水难以达到国家相关标准。而高级氧化法(Advanced OxidationProcess,简称AOPs)可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解。因此，高级氧化法水处理工艺在工业废水处理领域内具有很好的应用前景。

Fenton氧化法和臭氧氧化法是目前在污水处理中应用较为广泛的高级氧化法。然而，Fenton氧化法会产生大量氢氧化铁污泥，且药剂的添加量较大，运行费用高；臭氧氧化法同样存在着氧化能力较弱，能耗较高、尾气需要处理等缺点。因此，需要开发一种氧化能力强、运行费用较低、无二次污染的的高级氧化处理技术和设备是十分必要的。

半导体光催化氧化高级氧化技术就是在污染体系中投加一定量的光催化剂，同时结合一定能量的光辐射，使光催化剂在光的照射下激发产生电子空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子、氧化剂等与电子空穴作用，产生羟基自由基等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基接合、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿质化，最终生成CO2、H2O及其它离子。因此，光催化氧化技术能够在不产生二次污染的情况下，可以高效去除水中的酚、氰、烷基苯磺酸钠(ABS)、蛋白质、氨基酸、有机胺、木质素、腐殖质、杂环状化合物及链式不饱和化合物等污染物，对印染、染料、造纸、制药、化工等工业废水具有非常好的处理效果。

该一体化光催化氧化移动处理装置基于光催化氧化技术开发而来，通过独特的设计和优化，实现了光催化氧化技术的工业化应用。该一体化移动处理装置在工业废水处理、有机污染场地地下水处理以及应水体污染应急处理等方面具有广阔的市场前景。

因此有必要研发一种能够高效的去除污水中的难降解有机物的一体化光催化氧化移动处理装置。

发明内容

本发明的目的是提供一体化光催化氧化移动处理装置，该装置通过箱体、光催化反应单元、光催化剂分离单元及催化剂回流单元的设置，实现了光催化氧化技术的设备集成化，能够高效的去除污水中的难降解有机物，并无二次污染产生，是一种新型的高效的水处理装置。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面提供了一体化光催化氧化移动处理装置包括：

箱体，所述箱体内设置有光催化反应单元、光催化剂分离单元及催化剂回流单元；

光催化反应单元，包括污水的进水口、出水口、反应区及催化剂引入口，所述进水口、所述出水口及所述催化剂引入口连通于所述反应区；

光催化剂分离单元，连通于所述光催化反应单元，所述光催化剂分离单元包括：分离腔室、分离膜组件及净水出口，所述分离膜组件设置在所述分离腔室内，所述分离腔室一侧连通于所述光催化反应单元的出水口，另一侧设置有净水出口；

催化剂回流单元，所述催化剂回流单元包括催化剂收集系统及催化剂回流泵，所述催化剂收集系统位于分离腔室底部，通过管路与催化剂回流泵连通，催化剂回流泵另一端连通于所述催化剂引入口

优选地，所述反应区包括：搅拌反应区及折流反应区，搅拌反应区一端连接于所述进水口，另一端连接于所述折流反应区，所述折流反应区包括多个依次连通的多个反应腔室。

优选地，所述多个反应腔室中的每个反应腔室包括搅拌器、紫外灯管、灯管架及导流板，所述搅拌器及所述灯管架设置在所述反应腔室内，所述紫外灯管安装在所述灯管架上，所述导流板设置在所述反应腔室的侧壁上。

优选地，还包括预处理单元，所述预处理单元设置在所述箱体内，所述预处理单元包括入水管道，所述入水管道上设置有水泵及过滤器，所述入水管道的一端伸出所述箱体用于连通污水，另一端连通于所述进水口。

优选地，所述催化剂收集系统包括多个分支管道及主管道，所述多个分支管道均匀分布在分离腔室的底部，介于分离膜组件和腔室底板之间。另一端连通于所述主管道。

优选地，所述净水出口的前后端分别连接有分离膜及抽吸泵。

优选地，还包括加药管道及加药泵，所述加药管道连通于所述分离膜组件。

优选地，所述光催化反应单元及所述光催化剂分离单元底部均设置有排空口。

优选地，还包括曝气管，所述曝气管设置在所述分离膜组件内，所述曝气管一端设置有风机。

优选地，所述光催化反应单元内填充有催化剂，所述催化剂为TiO₂、ZnO、ZrO₂、WO₃及钛酸盐中的至少一种。

本发明的有益效果在于：

1、该一体化光催化氧化移动处理装置中，通过催化剂回流单元的设置，催化剂可以通过光催化剂分离单元与处理后的污水完全分离并回用，从而实现了催化剂的循环利用，大大降低了光催化氧化处理工艺的运行费用。

2、该一体化光催化氧化移动处理装置中的光催化剂分离单元底部安装有催化剂收集系统，催化剂收集系统包括多个分支管道及主管道，催化剂回流泵能够把光催化剂分离单元中的催化剂回流到光催化反应单元，以此保证催化剂不会再光催化剂分离单元的底部淤积，导致系统的反应效率降低。

3、该一体化光催化氧化移动处理装置中的光催化反应单元的折流反应区的直角区域安装有导流板，可以大大增加反应区的传质效率，增加光催化氧化效率，并防止催化剂在边角区域淤积。

4、该一体化光催化氧化移动处理装置可以根据废水中污染物的浓度和种类，灵活调节光催化剂的浓度，并添加适当的助氧化剂，从而真正实现不同废水的专业化处理。。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一体化光催化氧化移动处理装置的示意图。

附图标记说明：

1、光催化反应单元；2、光催化剂分离单元；3、箱体；4、预处理单元；5、反应区；6、折流反应区；7、进水口；8、催化剂引入口；9、排空口；10、出水口；11、搅拌反应区；12、紫外灯管；13、加药泵；14、净水出口；15、分离膜组件；16、催化剂回流泵；17、风机；18、催化剂收集系统；19、水泵；20、过滤器；21、导流板；22、抽吸泵。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明的提供了一种一体化光催化氧化移动处理装置包括：

箱体，箱体内设置有光催化反应单元、光催化剂分离单元及催化剂回流单元；

光催化反应单元，包括污水的进水口、出水口、反应区及催化剂引入口，进水口、出水口及催化剂引入口连通于反应区；

光催化剂分离单元，连通于光催化反应单元，光催化剂分离单元包括：分离腔室、分离膜组件及净水出口，分离膜组件设置在分离腔室内，分离腔室一侧连通于光催化反应单元的出水口，另一侧设置有净水出口；

催化剂回流单元，催化剂回流单元包括催化剂收集系统及催化剂回流泵，所述催化剂收集系统位于分离腔室底部，通过管路与催化剂回流泵连通，催化剂回流泵另一端连通于所述催化剂引入口

具体地，污水经由污水的进水口进入反应区，催化剂经由催化剂引入口进入反应区，污水在反应区内与催化剂进行混合，催化剂产生强氧化性物种(如：空穴、羟基自由基等)，对水中的有机物和还原性污染物质进行氧化去除。污水经过光催化氧化处理后与催化剂，通过出水口进入到分离腔室，处理后净水经由分离膜组件过滤后经由净水出口排出，分离膜组件将催化剂拦截，催化剂经由催化剂收集系统在催化剂回流泵的作用下重新经由催化剂引入口输送至光催化反应单元的反应区进行再次利用。

具体地，催化剂为金属氧化物纳米颗粒。

更优选地，金属氧化物纳米颗粒的粒径为10nm-1000nm。

具体地，通过在箱体内设置有光催化反应单元、光催化剂分离单元及催化剂回流单元使装置设计紧凑、污水处理能力强，占地面积小、能够在工业废水处理、污染地下水处理、污染场地修复等领域得到广泛的应用。

更优选地，箱体的侧面设置有至少一个侧门，箱体底部设置有脚轮，便于装置的移动与维修。

具体地，催化剂通过光催化剂分离单元与处理后的污水完全分离并回用，从而实现了催化剂的循环利用，大大降低了光催化氧化处理工艺的运行费用。

具体地，可以根据废水中污染物的浓度和种类，灵活调节光催化剂的浓度，并添加适当的助氧化剂，从而真正实现不同废水的专业化处理。

具体地，箱体可以为标准集装箱，各组成单元都集成在一个标准箱体中，可通过撬装运输达到水处理现场。

作为优选方案，反应区包括：搅拌反应区及折流反应区，搅拌反应区一端连接于进水口，另一端连接于折流反应区，折流反应区包括多个依次连通的多个反应腔室。

具体地，污水与催化剂通过搅拌反应区进行充分的混合，混合后进入折流反应区，折流反应区增加了污水与催化剂的反应时间，大大提高了污水的净化效率。

更优选地，搅拌反应区内设置有搅拌器、紫外灯管、灯管架及导流板。

作为优选方案，多个反应腔室中的每个反应腔室包括搅拌器、紫外灯管、灯管架及导流板，搅拌器及灯管架设置在反应腔室内，紫外灯管安装在灯管架上，导流板设置在反应腔室的侧壁上。

具体地，通过紫外灯管发出的紫外光激发光催化剂，产生强氧化性的空穴和羟基自由基等物质，对污水中的有机物和还原性物质进行氧化，去除污水中的COD。

具体地，导流板为直板或圆弧状的板，通过导流板的设置防止催化剂在反应腔室中的死角处沉淀、淤积。

具体地，催化剂在折流反应区中，被紫外光照射后，产生的电子和空穴与水分子、氧气、臭氧、双氧水等反应，产生强氧化性物种，进而对废水中的有机物和还原性物质等进行氧化去除，达到高效去除水中难降解污染物的目的。

具体地，紫外灯管通过灯架固定，均匀分布在反应区中，灯管产生的光子波长主要分布在150nm到420nm之间。

作为优选方案，还包括预处理单元，预处理单元设置在箱体内，预处理单元包括入水管道，入水管道上设置有水泵及过滤器，入水管道的一端伸出箱体用于连通污水，另一端连通于进水口。

更优选地，过滤器为碟片式过滤器。

具体地，水泵从前端处理单元或者污染水体取水、污水通过碟片式过滤器过滤水中的泥沙以及SS后，经由污水的进水口进入反应区。

作为优选方案，催化剂收集系统包括多个分支管道及主管道，所述多个分支管道均匀分布在分离腔室的底部，介于分离膜组件和腔室底板之间。另一端连通于所述主管道。

具体地，通过多个分支管道及主管道的设置使管道呈树枝状，通过树枝状管道及催化剂回流泵能够把光催化剂分离区中的光催化剂回流到光催化反应单元，以此保证光催化剂不会在光催化剂分离单元的底部淤积，导致系统的反应效率降低。

作为优选方案，净水出口处设置有分离膜及抽吸泵。

具体地，通过抽吸泵将净水经由净水口抽出一体化光催化氧化移动处理装置。

作为优选方案，还包括加药管道及加药泵，加药管道连通于分离膜组件。

具体地，在长时间使用后，通过加药管道及加药泵为分离膜组件添加清洗药剂，使一体化光催化氧化移动处理装置的使用寿命更长。

作为优选方案，光催化反应单元及光催化剂分离单元底部均设置有排空口。排空口的设置用于在装置不需要使用时排空装置内的污水。

作为优选方案，还包括曝气管，曝气管设置在分离膜组件内，曝气管一端设置有风机。

作为优选方案，光催化反应单元内填充有催化剂，催化剂为TiO₂、ZnO、ZrO₂、WO₃及钛酸盐中的至少一种。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一体化光催化氧化移动处理装置的示意图。

如图1所示，该一体化光催化氧化移动处理装置包括：

箱体3，箱体3内设置有光催化反应单元1、光催化剂分离单元2及催化剂回流单元；

光催化反应单元1，包括污水的进水口7、出水口10、反应区5及催化剂引入口8，污水的进水口7、出水口10及催化剂引入口8连通于反应区5；

光催化剂分离单元2，连通于光催化反应单元1，光催化剂分离单元2包括：分离腔室、分离膜组件15及净水出口14，分离膜组件15设置在分离腔室内，分离腔室一侧连通于光催化反应单元1的出水口10，另一侧设置有净水出口14；

催化剂回流单元，催化剂回流单元包括催化剂收集系统18及催化剂回流泵16，催化剂收集系统18一端伸入分离腔室并均匀分布于分离腔室15底部，另一端连通于催化剂引入口8，催化剂回流泵16设置在催化剂收集系统18上。

其中，反应区5包括：搅拌反应区11及折流反应区6，搅拌反应区11一端连接于污水的进水口7，另一端连接于折流反应区6，折流反应区6包括多个依次连通的多个反应腔室。

其中，多个反应腔室中的每个反应腔室包括搅拌器、紫外灯管12、灯管架及导流板21，搅拌器及灯管架设置在反应腔室内，紫外灯管12安装在灯管架上，导流板21设置在反应腔室的侧壁上。

其中，还包括预处理单元4，预处理单元4设置在箱体3内，预处理单元4包括入水管道，入水管道上设置有水泵19及过滤器20，入水管道的一端伸出箱体3用于连通污水，另一端连通于污水的进水口7。

其中，催化剂收集系统18包括多个分支管道及主管道，多个分支管均匀分布在膜组件和分离腔室15底板之间，另一端连通于主管道。

其中，净水出口处设置有分离膜及抽吸泵22。

其中，还包括加药管道及加药泵13，加药管道连通于分离膜组件15。

其中，光催化反应单元1及光催化剂分离单元2底部设置有排空口9。

其中，还包括曝气管，曝气管设置在分离膜组件15内，曝气管一端设置有风机17。

其中，光催化反应单元1内填充有催化剂，催化剂为TiO₂、ZnO、ZrO₂、WO₃及钛酸盐中的至少一种。

使用时，通过水泵19从前端处理单元或者污染水体取水、污水通过过滤器20过滤水中的泥沙以及SS后，通过污水的进水口7进入到搅拌反应区11中。同时，回流的纳米光催化剂通过催化剂引入口8返回到搅拌反应区11，污水与回流的纳米光催化剂在搅拌反应区11通过搅拌器的作用充分混合后，进入到折流反应区6。折流反应区6中分为5个反应腔室，反应腔室之间有隔板，使各反应区之间形成折流。同时，每个反应腔室都安装有搅拌器、紫外灯管12及灯管架和导流板21，以提高反应区的传质和氧化效，防止催化剂在死角处沉淀、淤积。污水中的纳米光催化剂在折流反应区6中本紫外灯管激发，产生强氧化性物种(如：空穴、羟基自由基等)，对水中的有机物和还原性污染物质进行氧化去除。污水在折流反应区6经过光催化氧化处理后，通过出水口10溢流进入到光催化剂分离单元2，污水中的纳米光催化剂被分离膜组件15截留在光催化剂分离单元2中，而光催化氧化处理后的污水则通过分离膜组件15被抽吸泵22抽取出光催化剂分离单元2进入到清水池或者下一个处理单元，实现了催化剂与水的分离。催化剂回流单元，包含树枝状的催化剂收集系统18和催化剂回流泵16。催化剂回流单元均匀平铺在光催化剂分离单元2的底部，然后通过总管与催化剂回流泵16相连，催化剂回流泵16则通过管路与光催化反应单元1的催化剂引入口8相连。当催化剂回流泵16工作时，光催化剂分离单元2中的含纳米光催化剂的混合液通过催化剂收集系统18及催化剂引入口8，进入到搅拌反应区11，进入到下一个光催化氧化反应的循环。此外，风机17通过曝气管为装置曝气。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

Claims (10)

1.一种一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述一体化光催化氧化移动处理装置包括：

箱体，所述箱体内设置有光催化反应单元、光催化剂分离单元及催化剂回流单元；

光催化反应单元，包括污水的进水口、出水口、反应区及催化剂引入口，所述进水口、所述出水口及所述催化剂引入口连通于所述反应区；

光催化剂分离单元，连通于所述光催化反应单元，所述光催化剂分离单元包括：分离腔室、分离膜组件及净水出口，所述分离膜组件设置在所述分离腔室内，所述分离腔室一侧连通于所述光催化反应单元的出水口，另一侧设置有净水出口；

催化剂回流单元，所述催化剂回流单元包括催化剂收集系统及催化剂回流泵，所述催化剂收集系统位于所述分离腔室底部，通过管路与催化剂回流泵连通，催化剂回流泵另一端连通于所述催化剂引入口。

2.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述反应区包括：搅拌反应区及折流反应区，搅拌反应区一端连接于所述进水口，另一端连接于所述折流反应区，所述折流反应区包括多个依次连通的多个反应腔室。

3.根据权利要求2所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述多个反应腔室中的每个反应腔室包括搅拌器、紫外灯管、灯管架及导流板，所述搅拌器及所述灯管架设置在所述反应腔室内，所述紫外灯管安装在所述灯管架上，所述导流板设置在所述反应腔室的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，还包括预处理单元，所述预处理单元设置在所述箱体内，所述预处理单元包括入水管道，所述入水管道上设置有水泵及过滤器，所述入水管道的一端伸出所述箱体用于连通污水，另一端连通于所述进水口。

5.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述催化剂收集系统包括多个分支管道及主管道，所述多个分支管道均匀分布在分离腔室的底部，介于分离膜组件和腔室底板之间；另一端连通于所述主管道。

6.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述净水出口的前后端分别连接有分离膜及抽吸泵。

7.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，还包括加药管道及加药泵，所述加药管道连通于所述分离膜组件。

8.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述光催化反应单元及所述光催化剂分离单元底部均设置有排空口。

9.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，还包括曝气管，所述曝气管设置在所述分离膜组件内，所述曝气管一端设置有风机。

10.根据权利要求1所述的一体化光催化氧化移动处理装置，其特征在于，所述光催化反应单元内填充有催化剂，所述催化剂为TiO₂、ZnO、ZrO₂、WO₃及钛酸盐中的至少一种。