CN108892200A - 一种纳米光催化剂投加系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废水处理领域，公开了一种纳米光催化剂投加系统及方法，该纳米光催化剂投加系统包括：依次并列设置的匀化箱体、二级匀化箱体以及储液箱体，所述匀化箱体、所述二级匀化箱体以及所述储液箱体通过溢流管相连；催化剂投加系统、进水管、预混装置以及电控系统。本发明提供的全自动纳米光催化剂匀化投加一体机装置，通过加入超声波换能器等创新设计，实现了纳米光催化剂的均一分散溶解，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，是一种新型的纳米催化剂匀化及投加装置。

Description

一种纳米光催化剂投加系统及方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，更具体地，涉及一种纳米光催化剂投加系统及方法。
背景技术
纳米光催化技术也称光触媒技术，是将附着在有效介质上的纳米光催化剂通过特定光源的照射，与周围的水、空气中的氧发生作用后产生具有极强的氧化、还原能力的“电子一空穴”，这种“电子一空穴”对能在室温下将空气或水中的有机污染物和部分无机污染物予以光解消除。由于纳米光催化剂具有比表面积大、活性稳定、量子效率高等特点，因此在环境净化领域得到了广泛的应用，尤其是水污染治理中。
光催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。
但由于纳米光催化剂颗粒的粒径小，表面能量高，因此遇水易于悬浮或凝聚，不能均一的分散水中，大大降低催化效率、活性损失较大。该纳米光催化剂溶药加药一体机基于光催剂的特性开发而来，通过加入超声波发生器装置，独特的设计和优化，实现了纳米光催化剂的均一分散溶解。该纳米光催化剂溶药加药一体机有助于光催化氧化技术在工业废水处理、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的应用，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明涉及一种纳米光催化剂投加系统，该系统实现了纳米光催化剂的均一分散溶解，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。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种纳米光催化剂投加系统，该纳米光催化剂投加系统包括：依次并列设置的匀化箱体、二级匀化箱体以及储液箱体，所述匀化箱体、所述二级匀化箱体以及所述储液箱体通过溢流管相连；催化剂投加系统，包括料仓、驱动电机、振动电机和螺旋输送器；进水管，所述进水管上设有电磁阀；预混装置，所述预混装置的入口与螺旋输送器和进水管相连，出口位于匀化箱体内；催化剂匀化系统，设置于匀化箱体内，包括第一搅拌机和第一超声波换能器；二级匀化系统，设置于二级匀化箱体内，包括第二搅拌机和第二超声波换能器；匀化液投加系统，设置于储液箱体内，包括第三搅拌机、第三超声波换能器；投加计量泵及出液管，与储液箱体连通；电控系统，用于纳米光催化剂投加系统各部分的统一控制。
本发明的第二方面提供一种纳米光催化剂投加方法，该方法在上述纳米光催化剂投加系统中进行，包括：
将纳米光催化剂投入到料仓中，驱动电机带动螺旋输送器将所述纳米光催化剂送入预混装置，水通过进水管进入所述预混装置内与所述纳米光催化剂进行初步混合，然后进入匀化箱体进行稀释匀化，所述匀化箱体内的水与所述纳米光催化剂的混合物在第一搅拌机和第一超声波换能器装置的作用下均一分散，然后依次通过二级匀化箱体和储液箱体，混合均匀的所述纳米光催化剂随着水从出出液管排出。
本发明中引入超声波换能器装置，且与搅拌机配合使用，通过控制超声波功率大小、控制搅拌器的搅拌速率以及两者的运行时间，来实现纳米催化剂在水中均一分散，同时保证水溶液不发生催化剂析出沉淀。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明中的纳米光催化剂投加系统可配合真空自动吸料机使用，通过多枚传感器、自控系统以及变频微型电机实现催化剂定时定量自动投加，不仅投加量精准，操作简单，节省人力，且投加时清洁卫生、没有二次污染。
2、本发明中的纳米光催化剂投加系统进水管设有电磁阀，连接至预混装置中；当催化剂投加至预混装置时，加入定量的水进行初步混合，防止直接投入匀化箱体中凝聚沉淀，预混后的催化剂进入匀化箱体进行稀释匀化，水通过预混装置进入到匀化箱体内，使预混装置内的残留被冲洗干净，保证了配比浓度。
3、本发明中的纳米光催化剂投加系统中的匀化箱体、二级匀化箱体和储液箱体中均设有搅拌机和超声波换能器装置，催化剂通过搅拌和超声波声波震动能实现均一分散溶解，不会在底部淤积，导致系统的反应效率降低。
4、本发明中的纳米光催化剂投加系统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；也可根据纳米光催化剂的种类及特性，调节搅拌机转速、运行时间及超声波功率、运行时间，实现纳米光催化剂在水中的均一分散溶解。
5、本发明中的纳米光催化剂投加系统设有电控系统，电控系统操作简单，可实现定时定量的进水以及催化剂投加，自动化控制搅拌机的转速、超声波换能器的功率、回流放空，各个设备的运行时间等。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，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方式中，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实施例1的纳米光催化剂投加系统的俯视图。
图2示出了根据本发明的实施例1的纳米光催化剂投加系统的正视图。
图3示出了根据本发明的实施例1的纳米光催化剂投加系统的侧视图。
附图标记说明：
1、料仓；2、驱动电机；3、振动电机；4、进水管；5、电磁阀；6、预混装置；7、匀化箱体；8、第一搅拌机；9、第一超声波换能器；10、第一放空管；11、二级匀化箱体；12、第二搅拌机；13、第二超声波换能器；14、第二放空管；15、储液箱体；16、第三搅拌机；17、第三超声波换能器；18、第三放空管；19、投加计量泵及出液管；20、回流管；21、放空母管；22、电控柜。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，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方式所限制。
本发明一方面公开了一种纳米光催化剂投加系统，该系统包括：
依次并列设置的匀化箱体、二级匀化箱体以及储液箱体，所述匀化箱体、所述二级匀化箱体以及所述储液箱体通过溢流管相连；
催化剂投加系统，包括料仓、驱动电机、振动电机和螺旋输送器；
进水管，所述进水管上设有电磁阀；
预混装置，所述预混装置的入口与螺旋输送器和进水管相连，出口位于匀化箱体内；
催化剂匀化系统，设置于匀化箱体内，包括第一搅拌机和第一超声波换能器；
二级匀化系统，设置于二级匀化箱体内，包括第二搅拌机和第二超声波换能器；
匀化液投加系统，设置于储液箱体内，包括第三搅拌机、第三超声波换能器；
投加计量泵及出液管，与储液箱体连通；
电控系统，用于纳米光催化剂投加系统各部分的统一控制。
当纳米光催化剂投入到料仓中，驱动电机带动振动电机和螺旋输送器，将催化剂送至预混装置，同时通过控制电磁阀向预混装置内加入定量的水进行初步混合，预混后进入匀化箱体进行稀释匀化；预混装置的设置即是为了防止催化剂直接投入匀化箱体中发生凝聚沉淀，不能实现纳米光催化剂的均一分散溶解，同时进水管设置与预混装置相连，在通过预混装置进水时冲洗预混箱中的残留，保证配比浓度。
超声波换能器装置与搅拌机配合使用，通过控制超声波功率大小、控制搅拌器的搅拌速率以及两者的运行时间，可解决现有技术中纳米光催化剂颗粒粒径过小，遇水易于悬浮或凝聚，不能均一的分散水中的缺点，实现纳米催化剂在水中均一分散，同时保证水溶液不发生催化剂析出沉淀。同时储液箱体设有投加计量泵及出液管，通过控制投加计量泵实现催化剂量的精准投加。
根据本发明，进一步地，所述料仓分别与所述驱动电机、所述振动电机连接，所述螺旋输送器设置于所述料仓下部。
根据本发明，进一步地，所述储液箱体设有回流管，所述回流管分别与所述匀化箱体以及所述二级匀化箱体连接。
为了实现催化剂的自动投加，所述纳米光催化剂投加系统优选包括真空自动吸料机，所述真空自动吸料机与所述料仓相连，通过微型变频电机和数字化闭环控制，实现料仓的连续进料，降低催化剂的损耗，改善操作环境。纳米光催化剂为金属氧化物纳米颗粒，为TiO2、ZnO、ZrO2、WO3、钛酸盐等中的至少一种，粒径优选10nm-1000nm，所述纳米光催化剂的投加量可为0-500kg/h，相应的所述储液箱体内的匀化液的催化剂浓度可为1-100g/L。
为了方便撬装运输，所述匀化箱体、二级匀化箱体以及储液箱体优选设置于一个钢制箱体内。
根据本发明，优选地，所述匀化箱体、所述二级匀化箱体以及所述储液箱体内均设有传感器、液位计和放空管，所述放空管与放空母管相连接。液位计的设置是为了监控箱体内液体高度，当匀化箱体内的液位低于下限液位时将自动启动搅拌机和超声波换能器进行匀化进程，当液位高于上限液时将自动停止进水。
根据本发明，优选地，所述电控系统设置于电器柜内，位于所述储液箱体外部上方，所述电控系统包括：催化剂投加控制单元、进水控制单元、箱体水位控制单元、搅拌机控制单元、超声波换能器控制单元。电动系统不仅运行方便，操作简单，还能最大限度的节省人力物力，真正实现全自动化纳米光催化剂投加、匀化。
本发明另一方面公开了一种纳米光催化剂投加方法，该方法包括：
将纳米光催化剂投入到料仓中，驱动电机带动螺旋输送器将所述纳米光催化剂送入预混装置，水通过进水管进入所述预混装置内与所述纳米光催化剂进行初步混合，然后进入匀化箱体进行稀释匀化，所述匀化箱体内的污水与所述纳米光催化剂的混合物在第一搅拌机和第一超声波换能器装置的作用下均一分散，然后依次通过二级匀化箱体和储液箱体，混合均匀的所述纳米光催化剂随着水从出出液管排出。
实施例1
采用如图1所示的纳米光催化剂投加系统，该系统设置于一个钢制箱体内，包括：依次并列设置的匀化箱体7、二级匀化箱体11以及储液箱体15，催化剂投加系统，进水管4、预混装置6、催化剂匀化系统、二级匀化系统、匀化液投加系统、投加计量泵及出液管19和电控系统。
其中，进水管4上设有电磁阀5；催化剂投加系统包括料仓1、驱动电机2、振动电机3和螺旋输送器；料仓1分别与驱动电机2、振动电机3连接，螺旋输送器设置于料仓1下部。
匀化箱体7、二级匀化箱体11以及储液箱体15通过溢流管相连，且三个箱体内均设有传感器、液位计和放空管，放空管与放空母管21相连接；匀化箱体内设置催化剂匀化系统，包括第一搅拌机8和第一超声波换能器9；预混装置6的入口与螺旋输送器和进水管4相连，出口位于匀化箱体7内；二级匀化箱体内11设置二级匀化系统，包括第二搅拌机12和第二超声波换能器13；储液箱体15内设置匀化液投加系统，包括第三搅拌机16、第三超声波换能器17，储液箱体15中还设有回流管20，分别与匀化箱体7以及二级匀化箱体11连接，投加计量泵及出液管19，与储液箱体15连通。
电控系统设置于电器柜22内，位于储液箱体15外部上方，电控系统包括：催化剂投加控制单元、进水控制单元、箱体水位控制单元、搅拌机控制单元、超声波换能器控制单元。
该纳米光催化剂投加系统还包括真空自动吸料机，真空自动吸料机与料仓1相连。
工艺流程如下：
真空自动吸料机以500kg/h的速度向料仓中投入纳米光催化剂，驱动电机2带动螺旋输送器将纳米光催化剂送入预混装置6，同时通过控制电磁阀5向预混装置6内加入定量的水；与水预混后的纳米光催化剂进入匀化箱体7，进水管4通过预混装置6向匀化箱体7内进水，当匀化箱体7内的液位低于下限液位时将自动启动第一搅拌机8和第一超声波换能器9，对纳米光催化剂进行稀释匀化，当液位高于上限液时将自动停止进水。搅拌均匀的液体再依次通过溢流管进入二级匀化箱体11和储液箱体15，二级匀化箱体11内的第二搅拌机12和第二超声波换能器13间歇运行，储液箱体15内的第三搅拌机16低速运行，第三超声波换能器17间歇运行，直至纳米光催化剂均一分散，储液箱体15内的匀化液的催化剂浓度达到100g/L。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种纳米光催化剂投加系统，其特征在于，该纳米光催化剂投加系统包括：
依次并列设置的匀化箱体、二级匀化箱体以及储液箱体，所述匀化箱体、所述二级匀化箱体以及所述储液箱体通过溢流管相连；
催化剂投加系统，包括料仓、驱动电机、振动电机和螺旋输送器；
进水管，所述进水管上设有电磁阀；
预混装置，所述预混装置的入口与螺旋输送器和进水管相连，出口位于匀化箱体内；
催化剂匀化系统，设置于匀化箱体内，包括第一搅拌机和第一超声波换能器；
二级匀化系统，设置于二级匀化箱体内，包括第二搅拌机和第二超声波换能器；
匀化液投加系统，设置于储液箱体内，包括第三搅拌机、第三超声波换能器；
投加计量泵及出液管，与储液箱体连通；
电控系统，用于纳米光催化剂投加系统各部分的统一控制。
2.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，所述料仓分别与所述驱动电机、所述振动电机连接，所述螺旋输送器设置于所述料仓下部。
3.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，所述储液箱体设有回流管，所述回流管分别与所述匀化箱体以及所述二级匀化箱体连接。
4.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，所述纳米光催化剂投加系统还包括真空自动吸料机，所述真空自动吸料机与所述料仓相连。
5.根据权利要求4所述的真空自动吸料机，其特征在于，所述纳米光催化剂的投加量为0-500kg/h。
6.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，所述匀化箱体、二级匀化箱体以及储液箱体设置于一个钢制箱体内。
7.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，所述匀化箱体、所述二级匀化箱体以及所述储液箱体内均设有传感器、液位计和放空管，所述放空管与放空母管相连接。
8.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，所述电控系统设置于电器柜内，位于所述储液箱体外部上方，所述电控系统包括：催化剂投加控制单元、进水控制单元、箱体水位控制单元、搅拌机控制单元、超声波换能器控制单元。
9.根据权利要求1所述的纳米光催化剂投加系统，其特征在于，储液箱体内的匀化液的催化剂浓度为1-100g/L。
10.一种纳米光催化剂投加方法，其特征在于，该方法在权利要求1-9中任意一项所述的纳米光催化剂投加系统中进行，包括：
将纳米光催化剂投入到料仓中，驱动电机带动螺旋输送器将所述纳米光催化剂送入预混装置，水通过进水管进入所述预混装置内与所述纳米光催化剂进行初步混合，然后进入匀化箱体进行稀释匀化，所述匀化箱体内的水与所述纳米光催化剂的混合物在第一搅拌机和第一超声波换能器装置的作用下均一分散，然后依次通过二级匀化箱体和储液箱体，混合均匀的所述纳米光催化剂随着水从出出液管排出。
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