CN108529712A - 一种光催化水处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光催化水处理装置，包括依次连接的光反应区和过滤区，光反应区和过滤区通过管道连通；其中，光反应区包括筒状反应器，反应器顶部设有光电传感器，反应器中心处设有光源，光源外套设有防水套筒，反应器侧壁的剖面呈向外凸的弧形，反应器侧壁采用透光材料制成，反应器内悬浮有负载型光催化剂；所述光反应区外部设有聚光器，聚光器通过转轴与反应器转动连接，聚光器相对反应器呈打开或合拢状；过滤区内设有填料；经光反应区净化后的水经管道流入过滤区内，经填料过滤后排出。本发明装置通过凸透镜型透光外壁和抛物面式聚光器的双重聚光作用，强化了反应器对自然光源和人工光源的吸收和利用效率，增强了装置的光催化反应效率，降低了反应器的能耗。

Description

一种光催化水处理装置
技术领域
本发明涉及一种光催化水处理装置，属于水处理技术领域。
背景技术
光催化氧化法是一种极具前景的绿色水处理方法。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行化学反应，利用太阳光，通过光照射半导体光催化剂使其价带电子跃迁产生具有氧化还原能力的电子-空穴对以及由电子、空穴氧化还原生产的·OH、·O2 -等自由基，通过电子、空穴及自由基进行污染物的氧化降解，具有节能、高效的优点。
由于光催化反应的前提是半导体被光源激发产生电子空穴对，进而产生一系列氧化还原反应，因此光源是影响光催化反应效果非常重要的一个因素。要实现充分利用光源这一目的，一方面要有较高可见光活性及较好稳定性的光催化剂，另一方面，要有满足催化剂激发波长要求的光源及光源强度。而常见的光催化反应器在构造方面并未考虑到光源的利用，造成反应器对光源的吸收和利用率偏低。因此如何提高光催化剂反应器对光源的利用率是光催化技术用于实际水处理中需要解决的一个问题。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种光催化水处理装置，该装置通过凸透镜型透光侧壁和聚光器的双重聚光作用，强化了反应器对自然光源和人工光源的吸收和利用效率，增强了装置的光催化反应效率，降低了反应器的能耗。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种光催化水处理装置，包括依次连接的光反应区和过滤区，所述光反应区和过滤区通过管道连通；其中，光反应区包括筒状反应器，反应器顶部设有光电传感器，反应器中心处设有光源，光源外套设有防水套筒，反应器侧壁的剖面呈向外凸的弧形，反应器侧壁采用透光材料制成，反应器内悬浮有负载型光催化剂；所述光反应区外部设有聚光器，聚光器通过转轴与反应器转动连接，聚光器相对反应器呈打开或合拢状；所述过滤区内设有填料；经光反应区净化后的水经管道流入过滤区内，经填料过滤后排出。
其中，所述聚光器为复合抛物面聚光器，其通过控制装置调节面板的开合状态及开合角度。
其中，反应器侧边外壁呈凸透镜状，其采用有机玻璃或石英玻璃制备而成。
其中，所述反应器还设有进水口和催化剂更换口。
其中，所述反应器底部还设有曝气装置。
其中，所述过滤区顶部设有布水器。
其中，所述填料为石英砂、砾石或活性炭中的任意一种或任意两种以上的组合。
其中，所述负载型光催化剂为将光催化剂通过胶黏法、溶胶凝胶法或浸渍法负载在球形颗粒载体上，载体的直径为1～2mm。
其中，所述光催化剂为可见光催化剂，如g-C3N4、TiO2、Bi2WO6或铜掺杂的氮化碳/WO3复合光催化剂中的任意一种。
其中，还包括用于控制聚光器开合的控制装置以及带动聚光器面板转动的电机。
有益效果：本发明装置可利用太阳光及其他光源如低能耗LED灯等进行废水处理，通过智能开合的反射聚光板，及光催化反应区侧壁安装的弧形透光材料，把自然光引入并聚焦到光催化反应器内，强化自然光的利用；此外，将催化剂负载在球形颗粒状载体上，不仅解决了回收困难的问题，且相对于固定式载体能强化流体流动与传质，减少光在传递中的损失，提高光催化剂效果；本发明装置将光催化反应器与过滤装置结合，经预处理后的废水通过光催化反应区降解后进入过滤区，过滤区能够除去废水中脱落的催化剂及随水流流出的载体；整个装置运行成本低、水处理效果好以及光利用效率高。
附图说明
图1为本发明光催化水处理装置聚光器相对反应器打开时的结构示意图；
图2为本发明光催化水处理装置聚光器相对反应器聚拢时的结构示意图；
图3为本发明光催化水处理装置的俯视图；
图4为抛物面聚光器结构示意图；
图5为电机带动聚光器面板转动的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1～5所示，本发明光催化水处理装置，包括依次连接的光反应区16和过滤区17，光反应区16和过滤区17通过管道10连通；其中，光反应区16包括筒状反应器8，反应器顶部设有盖板5，盖板5上设有排气孔14，盖板5上还设有光电传感器20，反应器8中心处设有光源3，光源3外套设有防水套筒4，反应器侧壁6的剖面呈向外凸的弧形，类似于凸透镜的结构(反应器8侧壁为弧形透光材料)，反应器侧壁6可采用有机玻璃、石英玻璃或其他新型透明透光材料制成，反应器8内悬浮有负载型光催化剂2，负载型光催化剂2为将光催化剂通过胶黏法、溶胶凝胶法或浸渍法负载在球形颗粒载体上，载体的直径为1～2mm；光反应区16外部设有聚光器15，聚光器15包覆在反应器8外围，聚光器15可相对反应器8呈打开状或合拢状，聚光器15为复合抛物面聚光器，聚光器15通过转轴18与反应器8转动连接，转轴18设置在反应器8底部，转轴18与电机19的主轴传动连接，聚光器15可相对反应器8呈打开或合拢状；聚光器15通过整个系统的控制装置控制其开合状态，反应器8顶部设有光电传感器20(光敏电阻)，当光电传感器20检测到自然光线弱时，控制装置驱动电机19转动，电机19转动带动聚光器15面板相对反应器8呈聚拢状态转动；当光电传感器20检测到自然光线强烈时，控制装置驱动电机19转动，电机19转动带动聚光器15面板相对反应器8呈打开状态转动；即本发明装置在利用自然光及外置光源时，聚光器15的面板成展开状态，当利用内置人工光源(即光源3)时，聚光器15的面板成聚拢状态，将内置光源3重新反射进入反应器8内；过滤区17内设有填料12；经光反应区16净化后的水经管道10流入过滤区17内，经填料12过滤后通过排水管13排出装置；其中，反应器8还设有进水口1和催化剂更换口9，反应器8底部还设有曝气装置7，反应器8顶部还设有与其相互配合连接的盖板5；过滤区17顶部设有布水器11，经光反应区16净化后的水经管道10流入过滤区17，水经布水器11均匀喷洒在填料12上，再由填料12对水进行进一步净化；本发明光催化水处理装置还包括用于控制聚光器15(面板)开合的控制装置以及带动聚光器面板转动的电机19；进水管、催化剂更换管道、管道10和排水管上均设有阀门。
光反应器侧壁6采用外侧弧形的凸透镜型透光材料，镜面半径由反应器8尺寸确定，太阳光通过透镜聚焦于反应器8内，增强反应器8内的光强，反应器8外部设有可智能开合以及可调节聚光角度的抛物面式聚光器15，当利用自然光及外置光源时，聚光器15成展开状态，将日光光线反射进入反应器8中，在阴天和自然光弱的情况下，利用内置光源3，聚光器15面板闭合将光线重新反射进入反应器8内，强化光源3的利用。可见光响应光催化剂通过胶黏法、溶胶凝胶法或浸渍法负载在球形颗粒载体上，载体直径为1～2mm，得到负载型光催化剂2，光催化剂优选铜掺杂氮化碳/WO3的复合光催化剂；反应器8内投放有颗粒状负载型光催化剂2，负载型光催化剂2在反应器8底部曝气装置7作用下，实现充分混合、反应；光反应区16通过管道10连接过滤区17，过滤区17顶部设有布水器11均匀布水，预处理后的废水经由顶部进水管进入光反应区16，污染物降解后由连接管道10排出经布水器11均匀进入过滤区17，水流经填料12过滤后由底部排水口13排出，失效的负载型光催化剂2由催化剂更换口9排出更换，负载型光催化剂2通过催化剂更换口9进行定期更换、补充。
本发明光催化水处理装置通过智能开合的反射聚光板，及光催化反应区侧壁安装的弧形透光材料(如凸透镜)，把自然光引入并聚焦到光催化反应器内，强化自然光的利用；并在反应区中心设有防水套管，内置人工光源，在阴天和自然光弱的情况下，把反射聚光板闭合，从而对人工光源进行反射以强化其利用。催化反应区，由颗粒状负载型光催化剂、底部曝气装置组成，预处理后的废水经由顶部进入光催化反应区，降解后由反应区底部排水管排出进入过滤区，过滤区顶部设有布水器均匀布水，水流经填料过滤后由底部排水管收集排出。

Claims (10)

1.一种光催化水处理装置，其特征在于：包括依次连接的光反应区和过滤区，所述光反应区和过滤区通过管道连通；其中，光反应区包括筒状反应器，反应器顶部设有光电传感器，反应器中心处设有光源，光源外套设有防水套筒，反应器侧壁的剖面呈向外凸的弧形，反应器侧壁采用透光材料制成，反应器内悬浮有负载型光催化剂；所述光反应区外部设有聚光器，聚光器通过转轴与反应器转动连接，聚光器相对反应器呈打开或合拢状；所述过滤区内设有填料；经光反应区净化后的水经管道流入过滤区内，经填料过滤后排出。
2.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述聚光器为复合抛物面聚光器。
3.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：反应器侧边外壁呈凸透镜状，其采用有机玻璃或石英玻璃制备而成。
4.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述反应器还设有进水口和催化剂更换口。
5.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述反应器底部还设有曝气装置。
6.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述过滤区顶部设有布水器。
7.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述填料为石英砂、砾石或活性炭中的任意一种或任意两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述负载型光催化剂为将光催化剂通过胶黏法、溶胶凝胶法或浸渍法负载在球形颗粒载体上，载体的直径为1～2mm。
9.根据权利要求8所述的光催化水处理装置，其特征在于：所述光催化剂为g-C3N4、TiO2、Bi2WO6或铜掺杂的氮化碳/WO3复合光催化剂中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于：还包括用于控制聚光器开合的控制装置以及带动聚光器面板转动的电机。
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