CN109399754A - 一种光解系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光解系统及方法，涉及水处理技术领域。该光解系统包括紫外灯和套管，紫外灯与套管竖立放置，光解时将紫外灯插入套管中，不存在漏水问题，避免使用箍紧装置进而避免了密封问题，同时防止装置老化漏水、漏电。紫外灯与套管之间包括水样空间。光解系统的各部件独立，方便清洗。光解方法包括在套管内放入待光解的水样，将紫外灯插入水样中，紫外灯与套管之间的水样空间让光解系统中的水样呈薄层状态有助于更好的利用真空紫外，高效的矿化分解有机物。

Description

一种光解系统及方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种光解系统及方法。

背景技术

真空紫外(VUV)是波长在200nm以下的一系列紫外光，可以高效的矿化分解水中有机物。具体机理一方面是VUV的波长短，能量高，可直接使有机物化学键断裂产生分解；另一方面是水分子和水中的氧气等其它物质可以在VUV作用下会产生一系列具有强氧化性或强还原性的自由基，如羟基自由基、水和电子、超氧根自由基等，这些自由基可以将水中有机物矿化分解。

因为VUV波长短，能量强，所以物质对其的吸光度都很高，容易造成VUV的损失。例如水对VUV有很强的吸收性，所以VUV在水中会迅速衰减，经过5.5毫米的传播距离VUV光强的损失率就会超过95％。

现有技术在低压汞灯外面加一个带箍紧装置的单层套管，通过灯的外壁和套管内壁形成的空间容纳待光解水样，水样可以直接跟灯接触。但存在箍紧装置容易老化漏水的问题，并且普通的低压汞灯的外壁有连接灯两端电极的电线，在光解过程中直接将电线放置在光解水样中，容易发生事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种光解系统及方法，解决了装置容易发生漏电的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光解系统，包括：紫外灯和套管；所述紫外灯为U型低压汞灯，所述套管为U型套管；

所述紫外灯与所述套管竖立放置，光解时将所述紫外灯插入所述套管内，与所述套管之间形成水样空间，所述水样空间用于放置待光解的水样。

可选的，所述紫外灯包括：灯管、灯座和电线；

所述灯管与所述灯座固定连接；

所述灯管包括正电极端和负电极端，所述正电极端和所述负电极端均位于所述U型低压汞灯的开口处，所述正电极端为所述紫外灯的正电极，所述负电极端为所述紫外灯的负电极，所述正电极和所述负电极均与所述电线连接，所述正电极、所述负电极与所述电线的连接处位于所述灯座内，所述电线用于将所述正电极和所述负电极分别对应连接到供电电源的两端。

可选的，所述灯管伸入所述套管内，光解时与所述水样直接接触；

所述灯座位于所述套管的外侧。

可选的，所述灯管内包括汞蒸气，所述灯管的材料为石英玻璃。

可选的，所述灯管和所述灯座的接口处采用熔融的玻璃密封。

可选的，所述套管包括：石英层、镜面层和外保护层；

所述石英层的内表面与所述水样空间接触；所述石英层的外表面与所述镜面层的内表面接触，所述镜面层的外表面与所述外保护层的内表面接触。

可选的，所述石英层为透明的石英玻璃；

所述镜面层为银或铝；

所述外保护层为复合材料。

可选的，所述复合材料为透光材料。

一种光解方法，应用于一种卤代有机物的光解系统；所述光解系统包括：紫外灯和套管；所述紫外灯为U型低压汞灯，所述套管为U型套管；

所述光解方法包括：在所述套管内放入待光解的水样；

调节所述水样的氢离子浓度指数；

将所述紫外灯插入所述水样中；

将所述紫外灯与电源接通，所述紫外灯通电后，所述紫外灯的正电极和负电极发热，所述紫外灯灯管内的汞蒸气产生紫外光。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种光解系统及方法；该光解系统包括紫外灯和套管，紫外灯与套管竖立放置，光解时将紫外灯插入套管中，不存在漏水问题，避免使用箍紧装置进而避免了密封问题，同时防止装置老化漏水，也防止现有技术中将紫外灯外壁的电线包裹在待光解水样中易发生漏电的问题；通过热熔玻璃将灯管与灯座的接口密封可以保证防水效果；灯管接口处防水，可以让光解系统内充满液体，避免空气存在产生臭氧。紫外灯与套管之间包括水样空间。通过直插式U型灯管与套管组成的薄层空间以及套管的镜面反射，提高了光解效率，薄层空间废水光催化氧化安全、易用、高效。本发明还包括以下技术效果：

1、光解系统的各部件独立，方便清洗；

2、采用固定水样光解方式，对于复杂的、多样的不同水样，可以通过对水样长时间光解达到更高的转化效率，可以任意调节水样的光解时间；

3、光解方法包括在套管内放入待光解的水样，将紫外灯插入水样中；在光解前将水样的pH值调节为大于10.5，可通过一个光解过程实现氯代有机物、溴代有机物、碘代有机物的同时矿化分解，并且一价氯离子、溴离子、碘离子的回收率达到95％以上；

4、便于对光解系统进行验证；便于确定设备的稳定性；便于确定不同水样是否已彻底光解；提高了整个检测流程的准确性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例光解系统的结构图；

图2为本发明实施例紫外灯的结构图；

图3为本发明实施例套管的俯视图；

图4为本发明实施例套管的剖视图；

图5为本发明实施例光解方法的流程图。

其中，1、紫外灯；2、套管；3、水样空间；4、灯管；5、灯座；6、电线；7、石英层；8、镜面层；9、外保护层；10、接口处。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种光解系统。图1为本发明实施例光解系统的结构图。参见图1，该光解系统包括：紫外灯1和套管2；紫外灯1为U型低压汞灯，套管2为U型套管。

紫外灯1与套管2竖立放置，光解时将紫外灯1插入套管2内，与套管2之间形成水样空间3，水样空间3用于放置待光解的水样。

图2为本发明实施例紫外灯1的结构图。参见图2，紫外灯1包括：灯管4、灯座5和电线6。

灯管4包括正电极端和负电极端，正电极端和负电极端均位于U型低压汞灯的开口处，正电极端为紫外灯1的正电极，负电极端为紫外灯1的负电极，正电极和负电极均与电线6连接，正电极、负电极与电线6的连接处位于灯座5内，电线6用于将正电极和负电极分别对应连接到供电电源的两端。

灯管4与灯座5固定连接。灯管4和灯座5的接口处10采用熔融的玻璃密封。

灯管4内包括汞蒸气，灯管4的材料为石英玻璃。

灯管4伸入套管2内，光解时与水样直接接触，灯座5位于套管2的外侧。

图3为本发明实施例套管2的俯视图；图4为本发明实施例套管2的剖视图。参见图3及图4，套管2包括：石英层7、镜面层8和外保护层9。

石英层7的内表面与水样空间3接触；石英层7的外表面与镜面层8的内表面接触，镜面层8的外表面与外保护层9的内表面接触。

石英层7为透明的石英玻璃，镜面层8为银或铝，外保护层9为复合材料，复合材料可以选用透光材料。

实施例2

本实施例提供一种光解方法。图5为本发明实施例光解方法的流程图。参见图5，该光解方法，应用于一种光解系统；光解系统包括：紫外灯和套管。紫外灯为U型低压汞灯，套管为U型套管。

步骤201，在套管内放入待光解的水样。

步骤202，调节水样的氢离子浓度指数。

步骤203，将紫外灯插入水样中。

步骤204，将紫外灯与电源接通，紫外灯通电后，紫外灯的正电极和负电极发热，紫外灯灯管内的汞蒸气产生紫外光。

由于不同水样需要的光解时间是不一样的，对于复杂样品，需要更长时间光解(如污水处理厂的出水需光解3小时以上)来保证有机物被充分光解。而现有技术采用连续流动的光解方式，对于不同水样适用性不好。本发明采用固定谁养的光解方式对于复杂的、多样的不同水样，可以通过对水样进行长时间的光解，已到达更高的转化效率。

实施例3

本实施例提出一种光解系统，包括紫外灯和套管。紫外灯与套管竖立放置，光解时将紫外灯插入套管内，与套管之间形成水样空间，水样空间用于放置待光解的水样。

紫外灯为U型低压汞灯。紫外灯包括：灯管、灯座和电线。灯管与灯座固定连接，灯管和灯座的接口处采用熔融的玻璃密封。常规灯管此处不防水，直接接触水样易漏电引发危险。通过热熔玻璃将接口密封可以保证防水效果。现有技术中185nm波长紫外的光解因无法避免反应器中存在空气，光解时会产生大量臭氧，需在通风的环境中进行光解，无法在常规实验条件下使用。本实施例的灯管与灯座的接口处密封防水，可以让套管内充满液体，避免空气存在产生臭氧。

U型低压汞灯的灯管包括两端，两端均位于U型低压汞灯的开口处，一端为正电极，另一端为负电极。正电极和负电极均与电线连接，正电极、负电极与电线的连接处位于灯座内，电线用于将正电极和负电极分别对应连接到供电电源的两端。

光解时灯管伸入套管内，与水样直接接触。灯座位于套管的外侧。

低压汞灯产生紫外光的原理是灯管两端的电极发热，激发汞蒸气发光。因为普通的低压汞灯是圆柱形，电极在灯的两端，为了方便连接，需要在低压汞灯的外壁引出两根电线将电极集中在灯的一端。

U型灯就是将直的灯管弯折成U型，将电极集中在灯座内，因此U型低压汞灯灯管的外壁没有额外连接两电极的电线。因为没有裸露的电线，U型灯管直接插入水样中，避免了现有技术使用低压汞灯时需要外加一层石英套管的情况，从而减少了紫外光的损失。

套管为U型套管，套管包括：石英层、镜面层和外保护层。由内至外依此为石英层、镜面层、外保护层。石英层的材料优选透明的石英玻璃，镜面层的材料优选银或铝，外保护层的材料优选复合材料，复合材料为透光材料。

光解时，在套管内放入待光解的水样。

调节水样的氢离子浓度指数(PH值)。

将紫外灯插入水样中。

将紫外灯与电源接通，紫外灯通电后，紫外灯的正电极和负电极发热，紫外灯灯管内的汞蒸气产生紫外光。紫外光对水样进行光解。

光解时在套管内放入待光解的水样，将紫外灯插入水样中；在光解前将水样的pH值调节为大于10.5，可通过一个光解过程实现氯代有机物、溴代有机物、碘代有机物的同时矿化分解，并且一价氯离子、溴离子、碘离子的回收率达到95％以上。由于不同水样需要的光解时间是不一样的，对于复杂样品，需要更长时间光解(如污水处理厂的出水需光解3小时以上)来保证有机物被充分光解。而现有技术采用连续流动的光解方式，对于不同水样适用性不好。本发明采用固定谁养的光解方式对于复杂的、多样的不同水样，可以通过对水样进行长时间的光解，已到达更高的转化效率。

现有光解装置包括：圆柱形低压汞灯、套管和不锈钢反应器。不锈钢反应器为两端封闭的圆筒形。不锈钢反应器上设置有进水口和出水口，进水口和出水口位于不锈钢反应器外表面的同一切面上。不锈钢反应器的两端还设置有两个开口，两个开口用于将圆柱形低压汞灯插入不锈钢反应器内。套管为携带箍紧装置的单层套管。箍紧装置通过夹紧装置和密封圈配合，使光解装置密闭，避免水样流出。

现有光解装置在光解时，先将套管套在圆柱形低压汞灯外面，然后将套管插入不锈钢反应器内，箍紧装置将套管和不锈钢反应器的两个接口进行密封。将待光解的水样从进水口通入不锈钢反应器内，给圆柱形低压汞灯通电进行光解。

圆柱形低压汞灯的电极在灯的两端，为了方便连接，需要在低压汞灯的外壁引出两根电线将电极集中在灯的一端，所以圆柱形低压汞灯无法直接与水样接触，需要将低压汞灯套在套管内。而套在套管内的低压汞灯发出的紫外光先接触空气再接触水样，会衰减紫外光，降低光解效率。

本实施例光解系统的U型紫外灯和U型套管之间的薄层空间作为放置光解水样的水样空间，水样空间的薄层结构可以提高了光解效率。紫外灯可以直接和水样接触，与现有技术低压汞灯透过套管再与水样接触相比，减少了紫外光经过套管时的损失，提高了光解效率。

本实施例光解系统的U型套管包括镜面层，可反射未被水样吸收的紫外光，对紫外光进行再次利用，提高了光解效率。

现有光解装置的箍紧装置中的密封圈直接接触灯壁，容易老化变质，引起密封不良、漏水等安全隐患，而且带箍紧装置的套管清洗不方便。本实施例的光解系统的各部件独立，清洗方便，而且本实施例的紫外灯和套管竖立放置，开口向上，将紫外灯插入到套管中，在紫外灯和套管的间隙放置待光解的水样，因此不存在漏水的问题，所以本实施例的光解系统从原理上避免了因密封产生的问题。

本实施例的光解系统在光解前将水样的pH调节为大于10.5，可以直接进行一价氯溴碘离子的回收，可通过一个光解过程实现氯代有机物、溴代有机物、碘代有机物的同时矿化分解，并且一价氯离子、溴离子、碘离子的回收率达到95％以上。而现有光解装置将有机物矿化后，无法同时回收一价卤素离子。

本实施例还提供一种光解系统验证方式。在光解系统中添加在线电阻率检测仪；光解前，紫外灯在装有超纯水的试管中光解10分钟，根据前后水电阻率变化，确定灯管干净、可用，保证光解实验稳定性。光解中，设定在光解结束前10分钟时和光解结束时分别测量水样电阻率，如果两次检测的水样电阻率不变，表示水样已彻底光解。因此，本实施例的光解系统可以方便的了解设备稳定性；可方便的确定不同水样是否已彻底光解，提高整个检测流程准确性和稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种光解系统，其特征在于，包括：紫外灯和套管；所述紫外灯为U型低压汞灯，所述套管为U型套管；

所述紫外灯与所述套管竖立放置，光解时将所述紫外灯插入所述套管内，与所述套管之间形成水样空间，所述水样空间用于放置待光解的水样；

所述紫外灯包括：灯管、灯座和电线；

所述灯管与所述灯座固定连接；

所述灯管包括正电极端和负电极端，所述正电极端和所述负电极端均位于所述U型低压汞灯的开口处，所述正电极端为所述紫外灯的正电极，所述负电极端为所述紫外灯的负电极，所述正电极和所述负电极均与所述电线连接，所述正电极、所述负电极与所述电线的连接处位于所述灯座内，所述电线用于将所述正电极和所述负电极分别对应连接到供电电源的两端；

所述灯管和所述灯座的接口处采用熔融的玻璃密封。

2.根据权利要求1所述的光解系统，其特征在于，

所述灯管伸入所述套管内，光解时与所述水样直接接触；

所述灯座位于所述套管的外侧。

3.根据权利要求2所述的光解系统，其特征在于，所述灯管内包括汞蒸气，所述灯管的材料为石英玻璃。

4.根据权利要求1所述的光解系统，其特征在于，所述套管包括：石英层、镜面层和外保护层；

所述石英层的内表面与所述水样空间接触；所述石英层的外表面与所述镜面层的内表面接触，所述镜面层的外表面与所述外保护层的内表面接触。

5.根据权利要求4所述的光解系统，其特征在于，所述石英层为透明的石英玻璃；

所述镜面层为银层或铝层；

所述外保护层为复合材料。

6.一种光解方法，其特征在于，应用于一种光解系统；所述光解系统包括：紫外灯和套管；所述紫外灯为U型低压汞灯，所述套管为U型套管；

所述光解方法包括：在所述套管内放入待光解的水样；

调节所述水样的氢离子浓度指数；

将所述紫外灯插入所述水样中；

将所述紫外灯与电源接通，所述紫外灯通电后，所述紫外灯的正电极和负电极发热，所述紫外灯灯管内的汞蒸气产生紫外光。