CN110697868A - 一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置及利用其处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米‑可见光响应型光催化废水处理装置及利用其处理污水的方法，它涉及一种废水处理装置及污水处理方法。本发明的目的是要解决光催化剂在降解废水后难以循环回收利用、规模化生产比较困难的问题。纳米‑可见光响应型光催化废水处理装置包括电机、污水盛放装置、光催化剂装置、废水监测装置、密封装置、传动轴、水位监测装置和若干LED灯；方法：一、依据污水盛放装置实际载水体积确定光催化剂装置表面纳米纤维膜的负载量；二、启动装置处理废水，当有机污染物降解率达到90％以上排除处理后污水；三、重复步骤二操作。本发明主要用于处理废水中有机污染物。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置及污水处理方法。
背景技术
在1972年日本的学者Fujishima和Honda二人在Nature上发表关于TiO2电极在紫外灯下分解水制氢的报道，这一重大发现标志着光催化新时代的开启。继而在1976年，Carey等人发现TiO2可光催化降解水中的氰化物。这使得光催化技术在降解污染物方面开启一个新篇章，从此人们对光催化技术的应用有了一个新的认识。
光催化技术是一种新型的化学氧化法，主要是利用半导体物质在光照条件下产生的光生电子和空穴，空穴可以和H2O、OH-等反应生成·OH自由基等活性基团，这些活性基团可以氧化有机污染物使其发生降解生成二氧化碳、水等。这种技术拥有易操作、减少二次污等优点，是有很好发展前景的技术之一。但要将光催化技术应用于实际大规模处理含有难降解有机污染物的废水时，却有着光催化剂活性仍有待提高、在降解废水后难以循环回收利用等问题。
发明内容
本发明的目的是要解决光催化剂在降解废水后难以循环回收利用、规模化应用比较困难的问题，而提供一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置及利用其处理污水的方法。
纳米-可见光响应型光催化废水处理装置包括电机、污水盛放装置、光催化剂装置、废水监测装置、密封装置、传动轴、水位监测装置和若干LED灯；
光催化剂装置设置在污水盛放装置中，在污水盛放装置内底部设置废水监测装置，在污水盛放装置内上部和底部设置若干LED灯，在污水盛放装置中设置水位监测装置；
所述光催化剂装置由滚轴和纳米纤维膜组成，纳米纤维膜负载在滚轴表面，电机的转抽通过传动轴与滚轴连接，且保证电机的转抽的轴线、传动轴的轴线与和滚轴的轴线重合，传动轴与污水盛放装置的接触处设置密封装置。
利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置处理污水的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、确定污水盛放装置中实际载水体积为V mL，确定光催化剂装置表面纳米纤维膜的质量为M mg，且V:M＝30mL:(6～15)mg；
二、通过废水口向污水盛放装置中注入废水，当水位监测装置检测载水体积达到VmL时停止注入废水；启动电机，使光催化剂装置以40rpm～60rpm进行转动，依据光强检测装置，当检测太阳光的光强≥80lux时，以太阳光作为光源进行降解，当检测太阳光的光强＜80lux时，开启LED灯，以LED灯作为光源进行降解，废水监测装置实时监测废水水质，当有机污染物降解率达到90％以上时，关闭电机，打开出水口排除处理后污水，当水位监测装置检测污水盛放装置载水体积为0mL时，关闭出水口；
三、重复步骤二操作，采用间歇式处理方法，利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置持续处理废水，当单次持续降解达到3h时，有机污染物降解率仍然小于90％，更换光催化剂装置。
本发明优点：一、本发明使用静电纺丝技术，在高压静电场的作用下使熔融状态的光催化剂或光催化剂溶液形成纳米纤维，然后将纳米纤维制成纳米纤维膜负载在滚轴表面，该方法具有设备简单、成本低廉、可操作性强等优点；二、将光催化剂制成纳米纤维膜负载在滚轴表面，得到光催化剂装置，解决光催化剂在降解废水后难以循环回收利用的问题，进而实现规模化生产。三、以罗丹明b浓度为10mg/L的染料废水作为降解对象，当染料废水体积为100mL时，光催化剂装置表面纳米纤维膜的质量为50mg，以LED灯作为光源降解30min，罗丹明b的降解率为97％；而将50mg固体光催化剂时，以LED灯作为光源降解30min，罗丹明b的降解率仅为60％。
附图说明
图1是本发明纳米-可见光响应型光催化废水处理装置的结构示意图，图中1表示电机，2表示污水盛放装置，3表示光催化剂装置，4表示废水监测装置，5表示密封装置，6表示传动轴，7表示水位监测装置，8表示LED灯，9表示废水口，10表示出水口。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，它包括电机1、污水盛放装置2、光催化剂装置3、废水监测装置4、密封装置5、传动轴6、水位监测装置7和若干LED灯8；
光催化剂装置3设置在污水盛放装置2中，在污水盛放装置2内底部设置废水监测装置4，在污水盛放装置2内上部和底部设置若干LED灯8，在污水盛放装置2中设置水位监测装置7；
所述光催化剂装置3由滚轴和纳米纤维膜组成，纳米纤维膜负载在滚轴表面，电机1的转抽通过传动轴6与滚轴连接，且保证电机1的转抽的轴线、传动轴6的轴线与和滚轴的轴线重合，传动轴6与污水盛放装置2的接触处设置密封装置5。
本实施方式采用静电纺丝技术，原理：将颗粒光催化剂制成光催化剂溶液或光催化剂熔体，将光催化剂溶液或光催化剂熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的效果下在毛细管的Taylor锥极点被加快。当电场力足够大时，光催化剂溶液或光催化剂熔体的液滴战胜外表张力构成喷发细流。细流在喷发进程中溶剂蒸腾或固化，终究落在接纳设备(滚轴)上，在接纳设备上构成纳米纤维膜，得到光催化剂装置3。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述纳米-可见光响应型光催化废水处理装置还包括废水口9和出水口10，所述废水口9设置在污水盛放装置2的上部，所述出水口10设置在污水盛放装置2的下部。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述污水盛放装置2的材质为透光玻璃。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述光催化剂装置3滚轴两端设置转动杆，在污水盛放装置2内壁上设置轴承，光催化剂装置3一端的转动杆卡接在轴承内；光催化剂装置3另一端的转动杆卡接在轴承内，且与传动轴6连接。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述纳米-可见光响应型光催化废水处理装置还包括光强检测装置，所述光强检测装置设置在污水盛放装置2外部侧壁上。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式是利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置处理污水的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、确定污水盛放装置2中水位监测装置7以下实际载水体积为V mL，确定光催化剂装置3表面纳米纤维膜的质量为M mg，且V:M＝30mL:(6～15)mg；
二、通过废水口9向污水盛放装置2中注入废水，当水位监测装置7检测载水体积达到V mL时停止注入废水；启动电机1，使光催化剂装置3以40rpm～60rpm进行转动，依据光强检测装置，当检测太阳光的光强≥80lux时，以太阳光作为光源进行降解，当检测太阳光的光强＜80lux时，开启LED灯8，以LED灯8作为光源进行降解，废水监测装置4实时监测废水水质，当有机污染物降解率达到90％以上时，关闭电机1，打开出水口10排除处理后污水，当水位监测装置7检测污水盛放装置2载水体积为0mL时，关闭出水口10；
三、重复步骤二操作，采用间歇式处理方法，利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置持续处理废水，当单次持续降解达到3h时，有机污染物降解率仍然小于90％，更换光催化剂装置3。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，它包括电机1、污水盛放装置2、光催化剂装置3、废水监测装置4、密封装置5、传动轴6、水位监测装置7和8个LED灯8；
光催化剂装置3设置在污水盛放装置2中，在污水盛放装置2内底部设置废水监测装置4，在污水盛放装置2内上部和底部均布设置8个LED灯8，在污水盛放装置2中设置水位监测装置7；
所述光催化剂装置3由滚轴和纳米纤维膜组成，纳米纤维膜负载在滚轴表面，电机1的转抽通过传动轴6与滚轴连接，且保证电机1的转抽的轴线、传动轴6的轴线与和滚轴的轴线重合，传动轴6与污水盛放装置2的接触处设置密封装置5。
所述纳米-可见光响应型光催化废水处理装置还包括废水口9和出水口10，所述废水口9设置在污水盛放装置2的上部，所述出水口10设置在污水盛放装置2的下部。
所述污水盛放装置2的材质为透光玻璃。
所述光催化剂装置3滚轴两端设置转动杆，在污水盛放装置2内壁上设置轴承，光催化剂装置3一端的转动杆卡接在轴承内；光催化剂装置3另一端的转动杆卡接在轴承内，且与传动轴6连接。
实施例2：利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置处理污水的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、确定污水盛放装置2实际载水体积为3L，确定光催化剂装置3表面纳米纤维膜的质量为1.5g；光催化剂装置3表面纳米纤维膜的材质为PAN-BiOI；
二、通过废水口9向污水盛放装置2中注入废水，当水位监测装置7检测载水体积达到3L时停止注入废水；启动电机1，使光催化剂装置3以50rpm进行转动，开启LED灯8，LED灯的瓦数为150W，以LED灯8作为光源进行降解，所述废水为染料废水，染料废水中罗丹明b浓度为10mg/L；废水监测装置4实时监测废水水质，当罗丹明b的降解率达到97％时，关闭电机1，打开出水口10排除处理后污水，记录降解时间为30min。
实施例3：对比试验：
将光催化剂装置3从污水盛放装置2取出，向污水盛放装置2中注入3L废水，并加入1.5mg固体光催化剂，开启LED灯8，LED灯的瓦数为150W，以LED灯8作为光源进行降解30min，通过废水监测装置4检测可知，罗丹明b的降解率仅为60％。
Claims (6)
1.一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，其特征在于纳米-可见光响应型光催化废水处理装置包括电机(1)、污水盛放装置(2)、光催化剂装置(3)、废水监测装置(4)、密封装置(5)、传动轴(6)、水位监测装置(7)和若干LED灯(8)；
光催化剂装置(3)水平设置在污水盛放装置(2)中，在污水盛放装置(2)内底部设置废水监测装置(4)，在污水盛放装置(2)内上部和底部设置若干LED灯(8)，在污水盛放装置(2)中设置水位监测装置(7)；
所述光催化剂装置(3)由滚轴和纳米纤维膜组成，纳米纤维膜负载在滚轴表面，电机(1)的转抽通过传动轴(6)与滚轴连接，且保证电机(1)的转抽的轴线、传动轴(6)的轴线与和滚轴的轴线重合，传动轴(6)与污水盛放装置(2)的接触处设置密封装置(5)。
2.根据权利要求1所述的一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，其特征在于所述纳米-可见光响应型光催化废水处理装置还包括废水口(9)和出水口(10)，所述废水口(9)设置在污水盛放装置(2)的上部，所述出水口(10)设置在污水盛放装置(2)的下部。
3.根据权利要求1所述的一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，其特征在于所述污水盛放装置(2)的材质为透光玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，其特征在于所述光催化剂装置(3)滚轴两端设置转动杆，在污水盛放装置(2)内壁上设置轴承，光催化剂装置(3)一端的转动杆卡接在轴承内；光催化剂装置(3)另一端的转动杆卡接在轴承内，且与传动轴(6)连接。
5.根据权利要求1所述的一种纳米-可见光响应型光催化废水处理装置，其特征在于所述纳米-可见光响应型光催化废水处理装置还包括光强检测装置，所述光强检测装置设置在污水盛放装置(2)外部侧壁上。
6.利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置处理污水的方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、确定污水盛放装置(2)中实际载水体积为V mL，确定光催化剂装置(3)表面纳米纤维膜的质量为M mg，且V:M＝30mL:(6～10)mg；
二、通过废水口(9)向污水盛放装置(2)中注入废水，当水位监测装置(7)检测载水体积达到V mL时停止注入废水；启动电机(1)，使光催化剂装置(3)以40rpm～60rpm进行转动，依据光强检测装置，当检测太阳光的光强≥80lux时，以太阳光作为光源进行降解，当检测太阳光的光强＜80lux时，开启LED灯(8)，以LED灯(8)作为光源进行降解，废水监测装置(4)实时监测废水水质，当有机污染物降解率达到90％以上时，关闭电机(1)，打开出水口(10)排除处理后污水，当水位监测装置(7)检测污水盛放装置(2)载水体积为0mL时，关闭出水口(10)；
三、重复步骤二操作，采用间歇式处理方法，利用纳米-可见光响应型光催化废水处理装置持续处理废水，当单次持续降解达到3h时，有机污染物降解率仍然小于90％，更换光催化剂装置(3)。
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