CN108911023B - 一种循环式异相光催化氧化处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废水处理领域，公开了一种循环式异相光催化氧化处理系统及处理方法，该系统包括：反应池体，设有催化剂投加管、进水管、出水管、管道混合器以及排空管，所述催化剂投加管、所述进水管与所述管道混合器相连；导流墙，设置于所述反应池体中部；矩阵式紫外灯辐照系统，设置于所述反应池体内；催化剂防沉淀系统，设置于反应池体底部，配置有曝气管组；推流搅拌系统，包括至少两台潜水搅拌器，分别设置于导流墙两侧的对角处；催化剂超声溶解投加系统，与所述催化剂投加管相连；自控系统，用于循环式异相光催化氧化处理系统各部分的统一控制。本发明可高效的去除污水中的难降解有机物，且整个处理过程中不会产生二次污染。

Description

一种循环式异相光催化氧化处理系统及处理方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，更具体地，涉及一种循环式异相光催化氧化处理系统及处理方法。
背景技术
随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染，水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。当前水处理中常采用的方法是物化法和生化法，具有工艺成熟，易于大规模工业化应用的优点。然而，这些方法只是将污染物从一相转移到另一相，或是将污染物分离、浓缩，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。这不可避免地带来废料和二次污染，而且适用范围有限，成本也比较高。近年来，有关污染物治理研究方面已逐步转向化学转化法，即通过化学反应使污染物受到破坏而实现无害化。
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、无二次污染的高级氧化处理技术和设备是十分必要的。
光催化过程中产生的·OH是起主要作用的活性氧化物种，氧化能力很强，能有效地氧化分子结构复杂的难降解有机污染物，可广泛应用于有机合成化工废水、染料废水、农药废水、焦化废水、制药废水、造纸废水等难降解有机废水的处理中。光催化反应可使用太阳光或紫外光作为光源，是一种高效节能的废水处理技术。与化学氧化剂不同，光催化氧化反应中没有加入其它化学药剂，因此不会产生二次污染；另外在反应过程中，有机物彻底降解为CO2和H2O，也无须考虑反应产物的后续处置问题。在性能良好的催化剂的作用下，废水中污染物质的降解一般仅需要几分钟到几小时，远小于采用其他传统方法的反应时间。
该光催化氧化处理系统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。该系统在工业废水处理、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光催化氧化处理系统。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供一种循环式异相光催化氧化处理系统及其处理方法，不仅能高效的去除污水中的难降解有机物，且催化剂可以通过后续设备进行沉淀或者过滤后，再到处理系统回用，整个处理过程中不会产生二次污染。
本发明一方面提供一种循环式异相光催化氧化处理系统，该系统包括：
反应池体，设有催化剂投加管、进水管、出水管、管道混合器以及排空管，所述催化剂投加管、所述进水管与所述管道混合器相连；
导流墙，设置于所述反应池体中部；
矩阵式紫外灯辐照系统，设置于所述反应池体内；
催化剂防沉淀系统，设置于反应池体底部，配置有曝气管组；
推流搅拌系统，包括至少两台潜水搅拌器，分别设置于导流墙两侧的对角处；
催化剂超声溶解投加系统，与所述催化剂投加管相连；
自控系统，用于循环式异相光催化氧化处理系统各部分的统一控制。
其中，导流墙设置于反应池中部是为了更好的疏导水流延反应池池壁流动；催化剂防沉淀系统，设置于反应池体底部，配置有曝气管组，曝气管组连接适宜型号的鼓风机，使反应池中的催化剂被吹扫起来；推流搅拌系统即是在导流墙的两侧对角处分别配置一台潜水搅拌器，使水流延池壁及导流墙流动；导流墙、催化剂防沉淀系统以及推流搅拌系统三者配合使用，可使水流能够延池壁及导流墙形成很好的回路，与催化剂及助氧剂充分混合，保证催化剂能够充分接受紫外灯的辐照，使反应更加充分的进行。
根据本发明，优选地，所述反应池体的池壁与所述导流墙上均设有扰流板，所述扰流板倾斜设置，倾斜方向与水流方向一致。导流墙及池壁上设置扰流板是为了更好的搅动水体，增强混合物与紫外光源的接触几率，提高系统的处理效率。扰流板朝向需与水流方向保持一致，可以选择0.5-3.0m长，0.1-0.3m宽的板子，安装时可与池壁保持≤90°的夹角。
根据本发明，优选地，所述曝气管组设置于距离所述反应池体底部10-50cm处，底部开孔，沿管周均匀排布，所述曝气管组与鼓风机相连。本发明中曝气管组的高度以及开孔的设置均是为了将反应池中的催化剂吹扫起来，使其呈良好的悬浮状态，以保证与污水接触的催化剂的有效浓度，维持系统的处理效率。
根据本发明，进一步地，所述矩阵式紫外灯辐照系统包括矩阵式紫外灯组，整流器以及整流器电控箱，所述矩阵式紫外灯组包括不锈钢灯架、紫外灯以及防水密封套管，所述紫外灯通过所述不锈钢灯架固定，均匀分布在所述反应池体中，所述不锈钢灯架设有自清洗装置。矩阵式紫外灯组灯管数量可以根据实际需求从10-100根不等，灯管外配套防水密封套管，并根据需要按照不同序列排列。整体灯架配备自清洗装置，方便对外部石英套管进行维护清理。本发明根据实际需要按照比例可配备不同辐照波长的紫外灯管，主要辐照波长范围≤420nm，优选150nm到420nm之间。
根据本发明，所述循环式异相光催化氧化处理系统还包括外部药剂投加系统，所述外部药剂投加系统可通过助氧剂投加管与所述管道混合器相连。
根据本发明，优选地，所述外部药剂投加系统包括加药泵、搅拌罐、计量泵以及储药罐。
根据本发明，优选地，所述催化剂超声溶解投加系统包括干粉投加器、搅拌罐、超声溶解箱以及计量泵。催化剂超声溶解投加系统是将催化剂超声溶解搅拌均匀后定量投入反应池中，保证反应池的催化剂的有效浓度，提高反应效率。
为了方便观察设备的运行及后期维护清理等相关工作，所述反应池体上方可选择设有走道平台；同时为了便于矩阵式紫外灯组、推流搅拌器等设备的日常检修和更换，反应池体上方也可安装有可移动起吊装置。
根据本发明，优选地，所述自控系统为PLC系统，并设有电控箱。本发明中配备有统一的PLC系统，在旁边配备一个与系统相匹配电控箱(含自控界面)。自控系统主要用于统一控制鼓风机、矩阵式紫外灯组、进水泵、自清洗系统、外部药剂投加系统、催化剂投加及超声溶解系统等。
根据本发明，系统中涉及到的外部药剂投加系统、催化剂超声溶解投加系统及自控系统可统一设置在设备间内。
本发明另一方面提供一种循环式异相光催化氧化处理方法，该循环式异相光催化氧化处理方法在上述循环式异相光催化氧化处理系统中进行，所述方法包括：将催化剂干粉投入催化剂超声溶解投加系统中，经超声溶解后通过催化剂投加管到达管道混合器；污水从进水管进入所述管道混合器，与所述催化剂混合后进入反应池体；在所述反应池体内，混合物与矩阵式紫外灯组接触，激发所述催化剂对污水进行氧化处理，完成净化后，净化水从出水管排出。
本发明中催化剂可选为金属氧化物纳米颗粒，为TiO2、ZnO、ZrO2、WO3及钛酸盐等光催化剂中的至少一种，粒径范围从100nm到1000nm变化不等。所述催化剂还任选包括氧化剂，所述氧化剂为双氧水、硫酸亚铁、及臭氧中的一种或者混合物。同时可以根据废水的水量、污染物的浓度和种类，灵活调节光催化剂的浓度、紫外灯管数量及紫外灯的波长，并添加适当的助氧化剂，真正实现不同废水的专业化处理。
本发明中污水经由进水口进入反应池，催化剂经由催化剂投加系统经进水管路处的管道混合器进入反应池，催化剂与污水在反应池内充分混合。反应池中被紫外光照射后，催化剂产生强氧化性物质(如：空穴、羟基自由基等)，强氧化性物质与水分子、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。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的光催化氧化处理系统中，紫外光组可以根据水量的增加而相应改变，紫外灯的波长也可以根据具体的水质进行变更。通过合理的分布，可实现光源的最大化利用，大大降低光催化氧化处理系统的运行费用；
2、本发明的光催化氧化处理系统中，防催化剂沉淀系统可以通过在反应池底部配备多个曝气支管，缩小反应区搅拌死区，以此保证催化剂不会在底部淤积，提高系统的反应效率；
3、本发明的光催化氧化处理系统中，反应池壁及导流墙上安装有一定尺寸的扰流板，能够使催化剂与污水充分混合，大大增加反应区的传质效率；
4、本发明的光催化氧化处理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，并添加适当的助氧化剂，真正实现不同废水的专业化处理。
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示出了根据本发明实施例1的光催化氧化处理系统俯视图。
图2示出了根据本发明实施例1的光催化氧化处理系统侧视图。
附图标记说明：
1、进水管；2、管道混合器；3、催化剂投加管；4、助氧剂投加管；5、设备间(自控及加药间)；6、走道平台；7、矩阵式紫外灯光辐照系统；8、潜水搅拌器；9、导流墙；10、曝气管；11、排空管；12、出水管；13、反应池体；14、扰流板；15、自控及加药间。
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。
实施例1
采用如图1所示循环式异相光催化氧化处理系统，包括：反应池体13，导流墙9，矩阵式紫外灯辐照系统7，催化剂防沉淀系统，推流搅拌系统，催化剂超声溶解投加系统。反应池体13设有催化剂投加管3、进水管1、出水管12、管道混合器2以及排空管11，催化剂投加管3、进水管1与管道混合器2相连。反应池体13上方设有走道平台6以及可移动起吊装置。反应池体13中部设置导流墙9，反应池体13的池壁与导流墙9上均设有扰流板14，扰流板14倾斜设置，倾斜方向与水流方向一致。推流搅拌系统包括两台潜水搅拌器8，分别设置于导流墙9两侧的对角处。反应池体13内设置有矩阵式紫外灯辐照系统7，矩阵式紫外灯辐照系统7包括矩阵式紫外灯组，整流器以及整流器电控箱，矩阵式紫外灯组包括带有自清洗装置的不锈钢灯架、紫外灯以及防水密封套管，紫外灯通过所述不锈钢灯架固定，均匀分布在所述反应池体13中。反应池体13底部设置有催化剂防沉淀系统，配置有曝气管组，曝气管组设置于距离所述反应池体底部10cm处，底部开孔，沿管周均匀排布，并与鼓风机相连。催化剂超声溶解投加系统，与催化剂投加管3相连，包括干粉投加器、搅拌罐、超声溶解箱以及计量泵。自控系统为PLC系统并设有电控箱。此外还包括外部药剂投加系统，外部药剂投加系统通过助氧剂投加管4与管道混合器2相连，包括加药泵、搅拌罐、计量泵以及储药罐。该系统中涉及到的外部药剂投加系统、催化剂超声溶解投加系统及自控系统均统一设置在设备间5内。
工艺流程如下：
通过水泵将污染水体由进水管1处泵入系统，将催化剂干粉投加入催化剂超声溶解系统中，经超声溶解预处理后由管路3投入管道混合器2内，同时助氧剂由管路4进入管道混合器2，污水从进水管1进入所述管道混合器2，与催化剂、助氧剂混合后进入反应池体13；在反应池体13内，在潜水搅拌器8、导流墙9及底部曝气管10的作用下，催化剂、助氧剂与污染水体充分混合均匀，混合物通过与分布均匀的矩阵式紫外灯架7充分接触，使在反应池13中的纳米光催化剂由紫外灯管7激发产生强氧化性物种，对污水中的有机物和还原性污染物质进行氧化去除，完成净化后，净化水从出水管12排出，进入清水池。该系统会定期由排空管11更换池内的催化剂。
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)

1.一种循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，该循环式异相光催化氧化处理系统包括：
反应池体，设有催化剂投加管、进水管、出水管、管道混合器以及排空管，所述催化剂投加管、所述进水管与所述管道混合器相连；
导流墙，设置于所述反应池体中部；
矩阵式紫外灯辐照系统，设置于所述反应池体内；
催化剂防沉淀系统，设置于反应池体底部，配置有曝气管组；
推流搅拌系统，包括至少两台潜水搅拌器，分别设置于导流墙两侧的对角处；
催化剂超声溶解投加系统，与所述催化剂投加管相连；
自控系统，用于循环式异相光催化氧化处理系统各部分的统一控制。
2.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述反应池体的池壁与所述导流墙上均设有扰流板，所述扰流板倾斜设置，倾斜方向与水流方向一致。
3.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述曝气管组设置于距离所述反应池体底部10-50cm处，底部开孔，沿管周均匀排布，所述曝气管组与鼓风机相连。
4.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述矩阵式紫外灯辐照系统包括矩阵式紫外灯组，整流器以及整流器电控箱，所述矩阵式紫外灯组包括不锈钢灯架、紫外灯以及防水密封套管，所述紫外灯通过所述不锈钢灯架固定，均匀分布在所述反应池体中，所述不锈钢灯架设有自清洗装置。
5.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，还包括外部药剂投加系统，所述外部药剂投加系统通过助氧剂投加管与所述管道混合器相连。
6.根据权利要求5所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述外部药剂投加系统包括加药泵、搅拌罐、计量泵以及储药罐。
7.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述催化剂超声溶解投加系统包括干粉投加器、搅拌罐、超声溶解箱以及计量泵。
8.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述反应池体上方设有走道平台；所述反应池体上方安装有可移动起吊装置。
9.根据权利要求1所述的循环式异相光催化氧化处理系统，其特征在于，所述自控系统为PLC系统，并设有电控箱。
10.一种循环式异相光催化氧化处理方法，该循环式异相光催化氧化处理方法在权利要求1-9中任意一项所述的循环式异相光催化氧化处理系统中进行，所述方法包括：将催化剂干粉投入催化剂超声溶解投加系统中，经超声溶解后通过催化剂投加管到达管道混合器；污水从进水管进入所述管道混合器，与所述催化剂混合后进入反应池体；在所述反应池体内，混合物与矩阵式紫外灯组接触，激发所述催化剂对污水进行氧化处理，完成净化后，净化水从出水管排出；所述催化剂为TiO2、ZnO、ZrO2、WO3及钛酸盐光催化剂中的至少一种，还任选包括氧化剂，所述氧化剂为双氧水、硫酸亚铁、及臭氧中的一种或者混合物。
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