CN108238695A - 一种应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置。该装置包括光催化旋流反应器和珠水分离器，其中光催化旋流反应器包括光催化反应室和紫外灯，紫外灯设置在光催化反应室内，紫外灯两端与光催化反应室两端密封连接，光催化反应室下端设旋流进口(11)；珠水分离器包括光催化剂溢出室和沉降室，光催化剂溢出室上端设旋流进口(9)，沉降室下端设出水口和沉淀物排放口；旋流进口(11)通过泵连接光催化剂溢出室的出口以及进水管路；旋流进口(9)通过管路连接光催化反应室上端出口。采用本发明能够使漂浮型光催化剂在应用过程中具备良好的分散性能和光催化性能，同时实现光催化剂的回收循环利用，推动漂浮型光催化剂在水处理中的规模化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置，属于水处理技术领域。
背景技术
相比fenton氧化法、臭氧氧化法、ClO2催化氧化法等几种高级氧化法，光催化法因其最强的氧化能力一直受到学者以及工业应用的广泛关注，尤其是在现代印染、石化及制药等工业发展产生越来越多难降解有机废水的情况下。相关行业废水中的难降解有机物种类增多，降解难度不断加大，对光催化技术有着潜在的巨大需求。
但目前，国内外对光催化技术的研究大多还处于实验室研究阶段，少部分的实际应用则主要是在水或空气消毒领域，把该技术应用于大规模难降解有机废水处理领域的案例极为鲜见。光催化实际应用技术发展缓慢，主要受限于高性能易回收光催化剂的制备和性能稳定的光催化装置的研制。在光催化剂研究方面，鉴于光催化剂价格较贵，光催化剂的易回收性成为当前研究中的重点。为提高光催化剂的回收性能，很多学者将目光投向负载型光催化剂的研制，如将纳米二氧化钛负载于多孔硅胶、矿物、陶瓷、活性炭等物质的表面，负载型光催化剂还避免了纳米光催化粉体易团聚的问题。此外，还有一种非常新颖的负载方式，就是将纳米二氧化钛负载于一种轻质(密度小于水)材料表面，从而制备出静止状态下可漂浮于水面的光催化材料。相比沉水性负载材料，此类密度小于水的漂浮型负载材料(已有相关的授权发明专利)具备更加优良的回收性能。此类漂浮型轻质负载材料包括粉煤灰空心微珠等。
在漂浮型光催化剂研制基础上，与之相匹配光催化装置的设计则成为另一个研究重点，此类光催化装置需具备两个特点：一是可实现光催化剂在废水中均匀分布；二是可实现光催化剂的回收。但目前市场上乃至实验室都缺乏此类光催化装置的设计，因此，亟待设计研制应用于漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置，以推动光催化技术的规模化应用。
发明内容
本发明的目的在于：针对漂浮型光催化剂在水处理中的实际应用需求，开发一种应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置，使漂浮型光催化剂在应用过程中具备良好的分散性能和光催化性能，同时实现光催化剂的回收循环利用，推动漂浮型光催化剂在水处理中的规模化应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置，该装置包括光催化旋流反应器和珠水分离器两个主体部分，其中光催化旋流反应器包括光催化反应室和紫外灯，紫外灯设置在光催化反应室内，紫外灯两端与光催化反应室两端密封连接，光催化反应室下端设旋流进口(11)；珠水分离器包括光催化剂溢出室和沉降室，光催化剂溢出室上端设旋流进口(9)，沉降室下端设出水口和沉淀物排放口；旋流进口(11)通过泵连接光催化剂溢出室的出口以及进水管路；旋流进口(9)通过管路连接光催化反应室上端出口。
优选地，所述紫外灯沿光催化反应室中心径向设置。
优选地，所述光催化反应室、光催化剂溢出室和沉降室的材质为有机玻璃。
优选地，所述光催化剂溢出室底面与水平面呈5°～15°夹角。
优选地，所述沉降室的出水口位置高于沉淀物排放口。
所述紫外光催化水处理装置的使用过程包括以下步骤：
(1)待处理水与漂浮型光催化剂混合，经泵输送并通过光催化反应室下端的旋流进口(11)进入光催化反应室；
(2)漂浮型光催化剂和水从光催化反应室上端出口通过光催化剂溢出室上面的旋流进口(9)进入珠水分离器；
(3)漂浮型光催化剂在水浮力作用下上浮，溢流至光催化剂溢出室，并回流至泵的前端，再次与进水混合进入光催化反应室；
(4)经光催化处理后的水在沉降室中与漂浮型光催化剂分离经沉降室出水口排出，沉降室中产生的少量沉淀物定期经沉淀物排放口排出。
本发明的优点在于：
采用本发明的装置，漂浮型光催化剂与进水的混合物旋流进入光催化反应室，通过控制旋流速度可实现光催化剂在光催化反应室中呈现良好的分散性；紫外灯两端密封并以直接浸没接触的方式作用于待处理水，从而实现待处理水对紫外灯的冷却；漂浮型光催化剂与进水的混合物旋流慢速进入沉降室，并在沉降室中经过浮力作用使漂浮型光催化剂与水分离，实现漂浮型光催化剂的回收循环利用。本发明装置简单，有良好的应用前景。
附图说明
图1为应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置示意图。
图2为旋流进口俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于此。
如图1所示，本发明的应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置包括光催化旋流反应器1和珠水分离器2两个主体部分，其中光催化旋流反应器1包括光催化反应室3和紫外灯4，紫外灯4设置在光催化反应室3内，紫外灯4两端与光催化反应室3两端密封连接，光催化反应室3下端设旋流进口11；珠水分离器2包括光催化剂溢出室5和沉降室6，光催化剂溢出室5上端设旋流进口9，沉降室6下端设出水口7和沉淀物排放口8；旋流进口11通过泵10连接光催化剂溢出室5的出口12以及进水管路；旋流进口9通过管路连接光催化反应室上端出口13。
图2所示为旋流进口俯视结构示意图，通过设置切向流道导引流体沿下一单元反应室内壁切向流入，从而形成旋流流态。
在该装置中，光催化反应室、光催化剂溢出室和沉降室的材质为有机玻璃。紫外灯4沿光催化反应室3的中心径向设置。光催化剂溢出室5底面与水平面呈5°～15°夹角。沉降室的出水口7位置高于沉淀物排放口8。
紫外灯两端与光催化反应室两端应进行严格密封，在确保紫外灯两端电线与水隔绝的前提下，实现紫外灯的水冷，规避了外加耗能冷却装置。
光催化反应室下端设置的旋流进口确保水从反应室内壁切向流入，实现了漂浮型光催化剂在光催化反应室待处理水中的均匀分散。
如图1所示，采用上述装置进行水处理，待处理进水和漂浮型光催化剂首先按一定比例(比例的确定应参照光催化反应室的体积)混合，混合物沿箭头A的方向经泵输送并通过光催化反应室下端的旋流进口11进入光催化反应室，并沿中心紫外灯旋流上升通过光催化反应室上端出口流出，并通过光催化剂溢出室上面的旋流进口9进入沉降室。混合物在沉降室缓缓向下流动过程中，漂浮型光催化剂在水浮力作用下上浮，从而实现和水的分离，并沿沉降室顶端边缘随少部分水溢流至光催化剂溢出室，通过底端斜面低侧的出口沿箭头B的方向回流至泵的前端，再次与新的进水混合进入光催化反应室，实现漂浮型光催化剂的循环利用。经光催化处理后的水在沉降室中与漂浮型光催化剂分离后出水口排出，沉降室中产生的少量沉淀物定期经沉淀物排放口清理排出。
通过上述装置，一方面确保漂浮型光催化剂在光催化反应室中的均匀分散，实现最佳光催化性能；另一方面使漂浮型光催化剂和水易于分离，实现光催化剂的回收循环利用。
实施例
待处理进水为亚甲基蓝溶液，浓度为11.5mg/L，所采用漂浮型光催化剂为粉煤灰空心微珠表面涂覆二氧化钛光催化剂(与水的相对密度约为0.8)，所采用的紫外灯为汞灯，功率为2000W，溶液在光催化反应室中旋流上升，停留时间为5min，亚甲基蓝的浓度下降至6.8mg/L。
Claims (6)
1.一种应用漂浮型光催化剂的紫外光催化水处理装置，其特征在于，该装置包括光催化旋流反应器和珠水分离器两个主体部分，其中光催化旋流反应器包括光催化反应室和紫外灯，紫外灯设置在光催化反应室内，紫外灯两端与光催化反应室两端密封连接，光催化反应室下端设旋流进口(11)；珠水分离器包括光催化剂溢出室和沉降室，光催化剂溢出室上端设旋流进口(9)，沉降室下端设出水口和沉淀物排放口；旋流进口(11)通过泵连接光催化剂溢出室的出口以及进水管路；旋流进口(9)通过管路连接光催化反应室上端出口。
2.根据权利要求1所述的紫外光催化水处理装置，其特征在于，所述紫外灯沿光催化反应室中心径向设置。
3.根据权利要求1所述的紫外光催化水处理装置，其特征在于，所述光催化反应室、光催化剂溢出室和沉降室的材质为有机玻璃。
4.根据权利要求1所述的紫外光催化水处理装置，其特征在于，所述光催化剂溢出室底面与水平面呈5°～15°夹角。
5.根据权利要求1所述的紫外光催化水处理装置，其特征在于，所述沉降室的出水口位置高于沉淀物排放口。
6.根据权利要求1所述的紫外光催化水处理装置，其特征在于，其使用过程包括以下步骤：
(1)待处理水与漂浮型光催化剂混合，经泵输送并通过光催化反应室下端的旋流进口(11)进入光催化反应室；
(2)漂浮型光催化剂和水从光催化反应室上端出口通过光催化剂溢出室上面的旋流进口(9)进入珠水分离器；
(3)漂浮型光催化剂在水浮力作用下上浮，溢流至光催化剂溢出室，并回流至泵的前端，再次与进水混合进入光催化反应室；
(4)经光催化处理后的水在沉降室中与漂浮型光催化剂分离经沉降室出水口排出，沉降室中产生的少量沉淀物定期经沉淀物排放口排出。
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