CN108328694A - 紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：包括反应器，所述反应器立式设置，所述反应器的上部和下部分别设有出水口和进水口，所述反应器的内壁设有纳米二氧化钛涂层，所述反应器内设有紫外灯，所述紫外灯沿反应器的轴线方向延伸。本发明的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，利用紫外光和二氧化钛协同作用，有效提高杀菌消毒效率，解决阴影区消毒不彻底问题，将紫外光无法分解掉的病毒内部有毒复合物直接分解为二氧化碳和水。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种用于处理医院废水的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，及使用该装置进行废水处理的方法。
背景技术
医院废水(或污水)是指医院向自然环境或城市管道排放的污水，医院废水中含有传染性的寄生卵、病原菌和病毒等病原微生物，特别是肝炎等传染病病房排出的污水，须经消毒后才能排放。目前医院废水常用的消毒方法有臭氧消毒、紫外光消毒和加氯消毒等。目前的这些处理方式均与各自的局限性，臭氧消毒基建费用高，吨水成本高；加氯消毒的方式对医院废水中腐殖质类及烃类有机物有一定氧化作用，产生较多致癌物、致突变类的卤代烃类有机物，因此大多数医院在尾水杀菌消毒方法的选择时，多数采用紫外光杀菌消毒的方法。但是，目前市场上的紫外光杀菌消毒装置存在一定不足，紫外线杀菌通过紫外线对微生物的照射改变及破坏微生物的组织结构(DNA)导致结构突变，病菌丧失复制繁殖能力从而达到消毒杀菌的目的，但是紫外线并不能处理病菌内部的有毒复合物。同时，紫外光箱体安装时，多为横置安装，导致在长期的运行过程中，水中的SS在重力作用下，在紫外灯管表面聚集结垢，使紫外光灯的投射性受到影响，进行影响整体的杀菌消毒效果。另外，传统的紫外光杀菌消毒设备采用潜没式箱体结构，不易做到在整个处理空间内辐射均匀，存在照射的阴影区，使杀菌效果不彻底。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，能够有效提高紫外光的杀菌效率，具有安全、高效、节能的特点；同时解决了紫外灯结垢问题及照射阴影区问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，包括反应器，所述反应器立式设置，所述反应器的上部和下部分别设有出水口和进水口，所述反应器的内壁设有纳米二氧化钛涂层，所述反应器内设有紫外灯，所述紫外灯沿反应器的轴线方向延伸。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述紫外灯外设有石英管罩。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述反应器的底部设有曝气头，所述反应器的顶部设有排气口。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述纳米二氧化钛涂层中作为光催化剂使用的纳米二氧化钛用量为1～2g/L。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述纳米二氧化钛进行光催化剂作用的时间为15～30min。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述紫外灯照射的紫外线波长为200～400nm，辐照强度为16.5*100uW/cm2。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述曝气头的曝气量为1L/min。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒的方法，使用以上结构的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，废水从进水口进入反应器，在反应器内紫外灯照射的紫外光对废水杀菌消毒；纳米二氧化钛层中作为光催化剂的纳米二氧化钛颗粒吸收紫外光波发生光催化反应，氧化分解废水中的有毒复合物；经紫外光耦合纳米二氧化钛处理后的废水从出水口中输出。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述反应器底部的曝气头曝气，废水中的溶解氧与纳米二氧化钛表面产生的光生电子发生反应，产生超氧自由基和羟基自由基，加快光催化反应的反应速率。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述反应器内光催化反应的时间为15～30min，紫外灯照射的紫外线波长为200～400nm，辐照强度为16.5*100uW/cm2，曝气头的曝气量为1L/min，作为光催化剂使用的纳米二氧化钛用量为1～2g/L。
其一、本发明的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，利用紫外光和二氧化钛协同作用，有效提高杀菌消毒效率，解决阴影区消毒不彻底问题，将紫外光无法分解掉的病毒内部有毒复合物直接分解为二氧化碳和水。
其二、纳米级二氧化钛具有吸收、反射和散射紫外光的作用，使200nm～300nm的紫外光波在反应器内进行反射和散射，有效提高了杀菌效率；另一方面，纳米级二氧化钛吸收紫外光波发生光催化反应，有效提高杀菌消毒效果，同时将水中不可被分解的病菌内部的有毒复合物直接氧化为水和二氧化碳。
附图说明
图1是本发明优选实施例中杀菌消毒装置的结构示意图。
其中：2-反应器，4-出水口，6-进水口，8-纳米二氧化钛层，10-紫外灯，12-石英管罩，14-曝气头,16-排气口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，包括反应器2，本实施例技术方案中，上述反应器2优选使用圆柱状结构，整体采用316不锈钢材质。上述反应器2立式设置，上述反应器2的上部和下部分别设有出水口4和进水口6，上述反应器2的内壁设有纳米二氧化钛涂层8，上述反应器2内设有紫外灯10，上述紫外灯10外设有石英管罩12，上述紫外灯10沿反应器2的轴线方向延伸。上述紫外灯10用石英管罩12密闭垂直安装在圆柱形反应器中间位置。
需要处理的废水从进水口6进入反应器2，在反应器2内紫外灯10照射的紫外光对废水杀菌消毒；纳米二氧化钛层8中作为光催化剂的纳米二氧化钛颗粒吸收紫外光波发生光催化反应，氧化分解废水中的有毒复合物；经紫外光耦合纳米二氧化钛处理后的废水从出水口4中输出。
反应器2立式设置相较于传统的横置放置，能够减少紫外灯表面的结垢。同时，紫外灯10密封设置在石英管罩12内，避免与废水接触，石英管罩12能够缓解废水对紫外灯10的冲击力，同时保护紫外灯10不会结垢，延长紫外灯10的使用寿命，减少后期维护成本。
本实施例技术方案中，利用紫外光和二氧化钛协同作用，紫外光本身很好的杀菌作用，同时纳米二氧化钛层中包含的纳米级二氧化钛颗粒具有吸收、反射及散射紫外光的作用，使200nm～300nm的紫外光波在反应器2内进行反射和散射，有效提高紫外光对废水的杀菌效率。同时，纳米级二氧化钛吸收紫外光波发生光催化反应，有效提高杀菌消毒效果，同时将水中不可被分解的病菌内部有毒复合物直接氧化为水和二氧化碳。
本实施例中，上述纳米二氧化钛涂层中作为光催化剂使用的纳米二氧化钛用量为1～2g/L，此处的1～2g/L意为处理1L废水纳米二氧化钛的用量为1～2g。当纳米二氧化钛用量为1～2g/L时，能够最大程度的加快光催化反应速率，并且确保紫外灯10照射到的紫外光不会以漫反射的形式损失掉，紫外光一旦以漫反射的形式损失掉会不利于光子的有效作用。
紫外灯照射的紫外线波长在200～400nm时具有最好的杀菌能力，其中以260nm的杀菌力最强。为了提高杀菌效率，本实施例技术方案中，上述紫外灯照射的紫外线波长为365nm，辐照强度为16.5*100uW/cm2，且光催化剂作用的时间为15～30min。
作为本发明的进一步改进，上述反应器2的底部设有曝气头14，上述反应器2的顶部设有排气口16，通过曝气头14向反应器2内曝气，控制曝气量为1L/min，即一分钟曝气1升，排气口16用来排放未溶解的气体，使反应器2内外压强一致。向反应器2内曝气，一方面对石英管罩12起到冲刷作用，有效防止沉积物在石英管罩12表面结垢，影响紫外光的投射性。另一方面，曝气后废水中含有溶解氧，溶解氧直接作用于纳米二氧化钛颗粒表面，与纳米二氧化钛颗粒表面产生的光生电子发生反应，产生活性更高的超氧自由基和羟基自由基，随着反应液中氧气的增加，氧气吸附到纳米二氧化钛颗粒的表面，有利于光生电子e-的转移，使得空穴电子W和光生电子e-有效地进行分离，从而抑制他们的复合，随之生成更多的超氧自由基和羟基自由基，加速纳米二氧化钛的光催化氧化反应速率，同时增加反应液的混合程度。本实施例技术方案中，优选曝气量为1L/min，能够最优加快纳米二氧化钛的光催化氧化反应速率的同时，曝气头14的功耗最小。
另，曝气充氧的同时，氧气吸附在纳米二氧化钛表面，更有利于超氧自由基和羟基自由基的产生，进一步加强杀菌消毒的作用，使杀菌更彻底。
实施例二
本实施例公开了一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒的方法，使用以上结构的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，废水从进水口6进入反应器2，在反应器2内，紫外灯10照射的紫外光对废水杀菌消毒，控制紫外灯照射的紫外线波长为200～400nm，辐照强度为16.5*100uW/cm2；纳米二氧化钛层8中作为光催化剂的纳米二氧化钛颗粒吸收紫外光波发生光催化反应，控制光催化反应的时间为15～30min、纳米二氧化钛用量为1～2g/L，氧化分解废水中的有毒复合物，上述反应器2底部的曝气头14曝气，控制曝气量为1L/min废水中的溶解氧与纳米二氧化钛表面产生的光生电子发生反应，产生超氧自由基和羟基自由基，加快光催化反应的反应速率；经紫外光耦合纳米二氧化钛处理后的废水从出水口4中输出。
本实施例技术方案中，利用紫外光和二氧化钛协同作用，紫外光本身很好的杀菌作用，同时纳米二氧化钛层中包含的纳米级二氧化钛颗粒具有吸收、反射及散射紫外光的作用，使200nm～300nm的紫外光波在反应器2内进行反射和散射，有效提高紫外光对废水的杀菌效率。同时，纳米级二氧化钛吸收紫外光波发生光催化反应，有效提高杀菌消毒效果，同时将水中不可被分解的病菌内部有毒复合物直接氧化为水和二氧化碳。
向反应器2内曝气，一方面对石英管罩12起到冲刷作用，有效防止沉积物在石英管罩12表面结垢，影响紫外光的投射性。另一方面，曝气后废水中含有溶解氧，溶解氧直接作用于纳米二氧化钛颗粒表面，与纳米二氧化钛颗粒表面产生的光生电子发生反应，产生活性更高的超氧自由基和羟基自由基，随着反应液中氧气的增加，氧气吸附到纳米二氧化钛颗粒的表面，有利于光生电子e-的转移，使得空穴电子W和光生电子e-有效地进行分离，从而抑制他们的复合，随之生成更多的超氧自由基和羟基自由基，加速纳米二氧化钛的光催化氧化反应速率，同时增加反应液的混合程度。
与此同时，曝气充氧的同时，氧气吸附在纳米二氧化钛表面，更有利于超氧自由基和羟基自由基的产生，进一步加强杀菌消毒的作用，使杀菌更彻底。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：包括反应器，所述反应器立式设置，所述反应器的上部和下部分别设有出水口和进水口，所述反应器的内壁设有纳米二氧化钛涂层，所述反应器内设有紫外灯，所述紫外灯沿反应器的轴线方向延伸。
2.如权利要求1所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：所述紫外灯外设有石英管罩。
3.如权利要求1所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：所述反应器的底部设有曝气头，所述反应器的顶部设有排气口。
4.如权利要求1所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：所述纳米二氧化钛涂层中作为光催化剂使用的纳米二氧化钛用量为1～2g/L。
5.如权利要求4所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：所述纳米二氧化钛进行光催化剂作用的时间为15～30min。
6.如权利要求1所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：所述紫外灯照射的紫外线波长为200～400nm，辐照强度为16.5*100uW/cm2。
7.如权利要求2所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，其特征在于：所述曝气头的曝气量为1L/min。
8.一种紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒的方法，其特征在于：使用权利要求1-7任一项所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒装置，废水从进水口进入反应器，在反应器内紫外灯照射的紫外光对废水杀菌消毒；纳米二氧化钛层中作为光催化剂的纳米二氧化钛颗粒吸收紫外光波发生光催化反应，氧化分解废水中的有毒复合物；经紫外光耦合纳米二氧化钛处理后的废水从出水口中输出。
9.如权利要求8所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒的方法，其特征在于：所述反应器底部的曝气头曝气，废水中的溶解氧与纳米二氧化钛表面产生的光生电子发生反应，产生超氧自由基和羟基自由基，加快光催化反应的反应速率。
10.如权利要求8所述的紫外光耦合二氧化钛杀菌消毒的方法，其特征在于：所述反应器内光催化反应的时间为15～30min，紫外灯照射的紫外线波长为200～400nm，辐照强度为16.5*100uW/cm2，曝气头的曝气量为1L/min，作为光催化剂使用的纳米二氧化钛用量为1～2g/L。
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