CN111704197A - 多仓室光催化-循环流化床装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多仓室光催化‑循环流化床装置。该装置包括多仓室光催化反应器和与其连通的循化流化床，多仓室光催化反应器包括箱体，内部设透光隔板，将箱体分成多个连通的仓室和一个出水渠，仓室内设有紫外光源，箱体下设有进水口，底部设有与仓室对应的第一进气口；循环流化床包括上行床和下行床，上下分别通过连接管道和循环管道连通，上行床内设有紫外光源，上行床下方设有第二进气口，下行床设有出水口和斜板沉淀池，循环管道下方设有第三进气口。本发明将流化床反应器用于光催化氧化反应中并设置多仓室进行光催化反应，有效地提高了光的利用率和污染物的去除率，有效地实现了固液分离和光催化剂的循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及光催化反应装置技术领域，特别是涉及一种多仓室光催化-循环流化床装置。
背景技术
光催化对纺织印染、造纸、制药等行业会产生大量有机废水，虽优于传统的水处理方法，如吸附、沉淀方法等，但是，由于涉及光催化反应，会涉及到光的传播率及利用率的问题。具体地，光催化反应存在光源在反应器内辐射强度分布不均，光强衰减严重等问题；同时还需要考虑到光源优化利用、催化剂颗粒和气泡对辐射的散射、吸收等的影响。
流化床因其具有良好的传质传热性能，广泛应用于石油、化工、材料、冶金、能源、环境等领域，利于改善流体与颗粒间的接触与传递效果。
目前，在水处理领域中，流化床较多的是分为流化床结晶反应器和流化床生物反应器，例如，中国专利1：CN1304884A，公开了一种外循环三相生物流化床水处理技术与设备，设备包括通过连通管上下连通的主床和副床，主床下部设进水口与进气口，副床上部设出水口，通过设计各参数来加快循环速度提高废水处理效率。该技术方案存在的问题：一是以生物处理技术为主，生物处理方法不能承担较大的污染物负荷和水力冲击负荷；二是装置设计为“圆桶”状，流体和载体的循环阻力较大，影响处理效率。中国申请2：CN108467135A，公开了一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，其采用化学结晶法去除水中在Ca2+、Mg2+等。该技术方案存在的问题：其设置有药剂投加单元和pH调节单元，这些都需要向水中投加药剂，易造成水体二次污染。
而将光催化反应与流化床相结合的相关报道并不多，主要有光催化微小反应器、光催化液-固微小流化床以及光催化气-液微小鼓泡塔反应器，但是，以上微小反应器存在体积小，处理能力受限，光的利用率低，催化剂无法有效循环利用等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多仓室光催化-循环流化床装置，以解决现有技术中水处理设备的抗冲击能力弱，光利用率低，处理效率低，会造成二次污染，催化剂无法有效循环利用等问题。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，本发明提供的一种多仓室光催化-循环流化床装置，包括多仓室光催化反应器和与其连通的循化流化床，其中，
所述多仓室光催化反应器包括箱体，所述箱体内部纵向设有透光隔板，所述透光隔板将箱体的内部分隔成多个连通的仓室和一个出水渠，所述出水渠与上行床下部连通，每个仓室内设有紫外光源，所述箱体下部设有进水口，所述箱体的底部设置有多个与仓室一一对应的第一进气口；
所述循环流化床包括上行床和下行床，所述上行床和下行床的上部通过连接管道连通，所述上行床和下行床的下部通过循环管道连通，所述上行床的内部设有紫外光源，下部设有第二进气口，所述下行床设置有出水口和用于固液分离的斜板沉淀池，所述循环管道的下方设有第三进气口；分离后光催化剂固体颗粒在所述第三进气口进气的作用下被吹回至上行床，以完成光催化剂在循环流化床中的循环。
优选地，所述透光隔板的中部设置有开口，开口下方的透光隔板上设置有导流板，所述导流板的仰角为30～50°。更优选地，所述开口设置在所述透光隔板的中上部。更优选地，所述导流板的仰角为45°。
优选地，所述透光隔板采用石英材质制成。
优选地，所述斜板沉淀池设置在下行床的下部，用于进行固液分离；所述出水口设置在所述下行床侧壁上，且位置高于所述斜板沉淀池。通过斜板沉淀池分离后的液体可以从出水口排出，光催化剂固体颗粒沉淀，并在在所述第三进气口进气作用下回到上行床，以完成固体颗粒在循环流化床中循环过程。
优选地，所述循环管道倾斜设置，且与下行床连接处高于与上行床连接处。
优选地，所述循环管道靠近上行床的位置处设置有缓冲区，所述第三进气口位于所述缓冲区的下方。
优选地，还包括进气装置，所述进气装置通过进气管道与第一进气口、第二进气口和第三进气口连接，所述进气管道上设置有单向阀。更优选地，所述进气装置为鼓风机。
优选地，所述箱体上设置有第一排气口，且所述第一排气口位于出水渠的顶部；所述下行床的顶部设置有第二排气口。
优选地，所述出水渠的下部设置有出口，通过输送管道与上行床的下部连通。
与现有技术相比，本发明将流化床用于光催化氧化反应中，采用箱体设计，将箱体内设置成多仓室结构，增加了光催化反应时间，可以充分地进行光催化反应，增强抗冲击能力，有效地提高光的利用率，提高污染物的去除率；通过流化床完成了光催化剂的有效循环利用，实现了有效地固液分离，而且该装置具有不会二次污染，抗冲击能力较强的优点。
附图说明
图1是本发明多仓室光催化-循环流化床装置的结构示意图。
图1中，10多仓室光催化反应器，11进水口，12第一进气口，13紫外光源，14透光隔板，15开口，16导流板，17输送管道，18第一排气口；20循环流化床，21上行床，211第二进气口，22下行床，23出水口，24斜板沉淀池，25循环管道，251第三进气口，26第二排气口；30进气装置，31单向阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1示意性地示出了本发明多仓室光催化-循环流化床装置的结构。如图1所示，本发明提供的一种多仓室光催化-循环流化床装置，包括：多仓室光催化反应器10、和与其连通的循环流化床20。本发明考虑到光催化反应涉及到光的传播和利用率等问题，同时考虑到流化床反应器具有混合程度强、传质速率高，温度梯度小，反应温度可控等优点，为了提高光催化反应的效率，将流化床反应器用于光催化氧化反应中，形成了本发明具有多仓室结构的光催化-循环流化床装置，从而有效地提高了光的利用率，提高了污染物的去除率，很好的实现了固液分离，实现了光催化剂有效循环利用，且该装置还具有不会造成二次污染，抗冲击能力较强的优点。
本发明中，所述多仓室光催化反应器10包括箱体，所述箱体下部的箱壁上设置有进水口11，箱体底部设置有第一进气口12，箱体的内部纵向设置有一块或多块透光隔板14，该透光隔板14将箱体的内部分隔成多个连通的仓室，和一个出水渠，所述出水渠用于与循环流化床20的上行床21连通。从箱体侧壁进水，从箱体底部进气，可以有效达到气、液、固三相均匀接触，增加去除率，提高光催化反应效率。
所述多仓室光催化反应器10中的每个仓室的内部均设置有紫外光源13，例如可以为紫外灯等，多仓室结构的设置可以增加光催化的反应时间，延长水和催化剂在仓室内停留时间，进而使得光催化反应进行的更充分。而且多个仓室采用透光隔板14分隔，透光隔板14可以采用石英材质制备，这样可以有效透光，即使在不同仓室也可以得到光源，从而提高了光的利用率。
所述第一进气口12的数量与仓室数量可以相同，一一对应设置，这样，一方面可以延长水和催化剂在仓室内的停留时间，使反应进行的更充分；另一方面还可以满足光催化反应对氧气的需求。
在一个可选实施例中，可以通过在每块透光隔板14上设置开口15来使多仓室连通。优选地，开口15可以设置在透光隔板14的中部或中上部，进一步地，可以在开口15下方的透光隔板14上设置导流板16，导流板16与水平方向的夹角(仰角)可以为20～50°，例如可以选择45℃。上述开口15和导流板16的设置，可以增加水力停留时间，从而增加光催化反应时间，进一步提高光催化反应的充分性。
所述出水渠的下部设置有出口，通过输送管道17与循环流化床20的上行床21的下部连通，这样以便于水和光催化剂在上行床21中再次进行光催化反应，来提高了污染物的去除率。
本发明中，所述循环流化床20包括上行床21和下行床22，所述上行床21和下行床22的上部通过连接管道连通，所述上行床21和下行床22的下部通过循环管道25连通，但不限于此，也可以为一体结构。
所述上行床21的内部同样设置有紫外光源13，底部设置有第二进气口211，第二进气口211的设置使得从出水渠输送过来的水和光催化剂可以很快速进入上行床21，并在该上行床21内再一次进行光催化反应，然后在进气推动作用下进入下行床，从而提高了污染物的处理效率，使得出水口23处的污染物降低至最小。
在一个可选实施例中，所述下行床22的下部，即靠近循环管道25处设置有斜板沉淀池24。下行床22的侧壁上设置有出水口23，且该出水口23的高度高于所述斜板沉淀池24，且出水口23位于斜板沉淀池24上方的下行床22侧壁上。可选地，所述下行床22的顶部区域比下部区域内径更大，以便起到缓冲作用。所述循环管道25的下方同样设置有第三进气口251。本发明中，为了避免光催化剂随着出水泄露，在下行床22设置斜板沉淀池24，斜板沉淀池24使被处理的水(或废水)与可沉降的光催化剂(固体颗粒)在沉淀浅层中相互运动并分离，从而使得分离后固体颗粒集中在下行床22内，经过第三进气口251进气，使得颗粒重新回到上行床21，以再次进行光催化反应，从而完成固体颗粒在流化床内的循环过程。
优选地，所述循环管道25倾斜设置，且与下行床22连接处高于与上行床21连接处，以便辅助催化剂颗粒的完成循环。可选地，所述循环管道25靠近上行床21的位置处设置有缓冲区，所述第三进气口251位于所述缓冲区的下方，以避免光催化剂被气流推动而无法向上行床21流动，无法有效循环的问题。
本发明多仓室光催化-循环流化床装置还包括进气装置30，例如可以为鼓风机，所述进气装置30通过进气管道与第一进气口12、第二进气口211和第三进气口251连接，所述进气管道上设置有单向阀31，例如单向气动蝶阀。所述箱体上设置有第一排气口18，且所述第一排气口18位于出水渠的顶部。所述下行床22的顶部设置有第二排气口26。
下面结合附图对该装置工作流程进行详细说明：
通过进气装置30向装置进气，含有污染物的水从进水口11进入多仓室光催化反应器10内部，依次进入第一仓室、第二仓室、第三仓室，其中，催化剂、水和气体在仓室内形成三相流化床反应体系，使催化剂与水中的污染物充分接触，并在光的照射下污染物被有效氧化分解，从而提高了光催化反应对污染物的处理效率；
然后，从第三仓室的开口15流入出水渠，经输送管道17到达上行床21下部，在上行床21内紫外光源13的作用下，继续进行光催化反应，以进一步提高光催化效率；
接着，随着气流的推动，进入到下行床22，下行床22中的斜板沉淀池24将光催化剂(固体颗粒)和水分开，处理后的水从出水口23流出，光催化剂沉淀到斜板沉淀池24下部，光催化剂颗粒集中在下行床22下部的循环管道25内，经第三进气口251再次进气，使得颗粒重新回到上行床21，完成催化剂固体颗粒在循环流化床20内的循环过程。
上述提供的多仓室光催化-循环流化床装置，采用箱体设计，分割多仓室循环，抗冲击能力较强，不仅会增加光照时间，延长水的停留时间，提高污染物的去除率；而且利用斜板沉淀池24的特点，有效沉淀和回流光催化剂到光催化反应区域以再次进行光催化反应，从而减少了光催化剂流失，实现了光催化剂的再利用，该装置可以与其他水处理工艺灵活组合。
Claims (10)
1.一种多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，包括多仓室光催化反应器和与其连通的循化流化床，其中，
所述多仓室光催化反应器包括箱体，所述箱体内部纵向设有透光隔板，所述透光隔板将箱体的内部分隔成多个连通的仓室和一个出水渠，所述出水渠与上行床下部连通，每个仓室内设有紫外光源，所述箱体下部设有进水口，所述箱体的底部设置有与仓室一一对应的第一进气口；
所述循环流化床包括上行床和下行床，所述上行床和下行床的上部通过连接管道连通，所述上行床和下行床的下部通过循环管道连通；其中，所述上行床的内部设有紫外光源，下部设有第二进气口；所述下行床设置有出水口和用于固液分离的斜板沉淀池，所述循环管道的下方设有第三进气口，用于将分离后光催化剂固体颗粒吹回至上行床，以完成光催化剂在循环流化床中的循环。
2.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述透光隔板上设置有开口，开口下方的透光隔板上设置有导流板，所述导流板的仰角为30～50°。
3.根据权利要求2所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述开口设置在所述透光隔板的中上部，所述导流板的仰角为45°。
4.根据权利要求2所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述透光隔板采用石英材质制成。
5.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述斜板沉淀池设置在所述下行床的下部，所述出水口设置在所述下行床的侧壁上，且位置高于所述斜板沉淀池。
6.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述循环管道倾斜设置，且与下行床连接处高于与上行床连接处。
7.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述循环管道靠近上行床的位置处设置有缓冲区，所述第三进气口位于所述缓冲区的下方。
8.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，还包括进气装置，所述进气装置通过进气管道与第一进气口、第二进气口和第三进气口连接，所述进气管道上设置有单向阀。
9.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述箱体上设置有第一排气口，且所述第一排气口位于出水渠的顶部；所述下行床的顶部设置有第二排气口。
10.根据权利要求1所述的多仓室光催化-循环流化床装置，其特征在于，所述出水渠的下部设置有出口，通过输送管道与上行床的下部连通。
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| CN117466361B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-07-16 | 江苏南大华兴环保科技股份公司 | 一种用于废水除碳减毒的高效光催化氧化装备 |
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