CN112010388A - 一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置，反应室的竖直的内壁上设置有多个分隔板，多个分隔板相互平行并在反应室内交错设置，以使反应室内部形成供废水流通的蛇形水流通道，每个子反应腔内交错设置有多个竖直方向的折流挡板，折流挡板分别与子反应腔的顶端内壁或底端内壁固装，在每相邻的两个折流挡板之间插设有多个光催化网；存储室的顶部开设有进水口以用于废水输送至存储室内。光催化网上采用电气石/TiO2复合光催化剂纳米薄膜，增大单位体积光催化面积，分隔板纵向分隔出蛇形折流通道，折流挡板横向分隔出蛇形折流通道，废水能够在反应室内充分湍动，反应室单位体积内的停留时间长，光催化处理效率高。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，尤其是涉及一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置及其使用方法。
背景技术
根据化学实验室废水的化学性质，可以将实验室废水分为无机废水、有机废水及综合废水。高校实验室的废水一般为有机废水，对于有机废水来说，其主要包括有机酸、油脂、微量高分子化合物及有机溶剂。对于浓度较高的有机废水，通常采用Fenton试剂法，能够将废水当中的化学需氧量降低30％以上。Fenton试剂法适用于工业化的大规模废水处理，其占地面积大、设备投资高，废水处理工艺复杂。在化学实验室中的废水具有成分复杂、浓度高、排量小及间歇性生成等特点，不适用于大规模的工业化处理，一般通常采用集中收集贮存、送往专业化废水处理工厂进行集中处理的方式。但是，这种废水处理方式，其收集贮存缓慢，废水的处理周期过长，长时间大量储存和运输容易出现泄漏、变性等危险，化学实验室的安全性低。
光催化氧化作为一种高级氧化技术，因其设备简单、易于控制、氧化能力强，处理对象集中，几乎所有的有机物在光催化的作用下可以完全转化为CO2、H2O等简单有机物，无二次污染的特性，被首选用于处理废水的过程中。纳米Ti02的外层电子结构的特殊性造成其价带能级较深，其具有高活性和强氧化性。纳米Ti02的导带成功捕获高活性光生电子(e-)是光催化反应的关键。传统的TiO2光催化反应器，光催化剂易于脱落、流失，且光催化剂与废水的接触面积较小。目前，市面上的折流式光催化反应器，在反应器内采用填料片基光催化剂，催化剂间隙大，单位体积有效光催化面积小，并且填料片会遮挡光源，需要采用更多的紫外灯管来提供光源。
因此，为了解决上述技术问题，需要设计一种体积小、生产成本低、能够在实验室中随时处理有机废水的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、操作简单、占地面积小、废水处理效率高、安全性高的实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置。
本发明的技术方案如下：
一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置，包括用于盛装并处理废水的装置本体，所述装置本体内通过一竖直设置的隔板分隔为存储室和反应室；
所述反应室的竖直的内壁上设置有多个分隔板，多个分隔板相互平行并在反应室内交错设置，以使反应室内部形成供废水流通的蛇形水流通道，多个所述分隔板将反应室分隔为多个反应通道，每个反应通道内固装有两个竖直设置的支撑网板，每个反应通道内的两个支撑网板之间形成一子反应腔，两个所述支撑网板为子反应腔的左右两侧内壁且相对设置，每个子反应腔内交错设置有多个竖直方向的折流挡板，折流挡板分别与子反应腔的顶端内壁或底端内壁固装，以将子反应腔的内部分隔成供折流通道，在每相邻的两个所述折流挡板之间插设有多个光催化网，每个所述子反应腔内安装有一水平设置的紫外灯管，所述紫外灯管贯穿光催化网及折流挡板，且该紫外灯管的两端对应与该子反应腔内的两个所述支撑网板连接；
所述存储室的顶部开设有进水口以用于废水输送至存储是内，所述存储室内设有一过滤层以用于将存储室分隔为过滤腔和设置在过滤腔下方的输水腔，所述输水腔的内侧底部设有一循环泵，所述循环泵通过输水管与反应室内最底层的反应通道连通以用于将废水由下至上沿蛇形水流通道流动，所述输水腔与反应室内最顶层的反应通道之间设有循环水管，所述循环水管的一端与最顶层的反应通道连通，另一端与输水腔连通以使反应室与存储室内的废水循环。
在上述技术方案中，所述折流挡板上开设有通孔以用于所述紫外灯管穿过。
在上述技术方案中，相邻的两个所述折流挡板之间的距离为60mm-120mm。
在上述技术方案中，多个所述光催化网均匀竖直分布在相邻的两个折流挡板之间，每个所述光催化网的中心开设有安装孔，且该安装孔与紫外灯管相配合。
在上述技术方案中，所述光催化网为表面上设有电气石/TiO2复合光催化剂纳米薄膜的金属网，所述光催化网的厚度为0.2-0.5mm，每相邻的两个所述光催化网的间距为5mm-10mm。
在上述技术方案中，所述存储室的底部设有一排液口以用于向外排出处理后的废水，所述反应室的底部设有一排残液口以用于辅助排出反应室内的残液。
在上述技术方案中，所述分隔板水平交错设置在反应室内，所述分隔板的一端与反应室的内部固装，另一端与反应室的内壁之间的距离为50mm-100mm。
在上述技术方案中，所述排液口和排残液口上均设有阀门，所述排液口通过管路与外部的化学需氧量COD监测仪连接，用于检测废水的COD值。
在上述技术方案中，所述过滤层的厚度为40mm-80mm，所述过滤层为活性碳过滤层以用于过滤废水中的固体杂质。
本发明的另一个目的是提供一种基于所述实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将化学实验室的有机废水从进水口倒入过滤腔中，经过过滤层进入输水腔，在循环泵的作用下通过输水管进入反应室，从底部向顶部按照蛇形水流通道流动；
(2)废水进入底部的子反应腔内，在循环泵的作用下由下至上流动，并在每个子反应腔内部在折流挡板的作用下沿蛇形流动，同时启动紫外灯管；
(3)废水处理30min-60min，通过排液口对废水进行采样检测，当使用外部的COD监测仪检测废水的COD值符合排出标准后，关闭循环泵，打开排液口和排残液口，将反应室与存储室内的废水排出，完成废水的处理。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.光催化网上采用电气石/TiO2复合光催化剂纳米薄膜，单位体积有效光催化面积大，通过分隔板将反应室内纵向分隔出折流通道，通过多个折流挡板将反应室内横向分隔出折流通道，使得对反应室内的废水实现横向及纵向双折流，废水能够在反应室内充分湍动，增强废水在反应室单位体积内的停留时间长，光催化处理效率高，处理后废水符合排放标准。
2.子反应腔的顶部与底部设有卡槽，以使光催化网对应插装在卡槽内，同时相邻的折流挡板能够限位光催化网，每个光催化网之间具有一定间距，不会遮挡紫外灯管的光源。
附图说明
图1是本发明的废水处理装置的结构示意图；
图2是本发明中反应室的侧视图；
图3是本发明中折流挡板的局部放大图。
图中：
1、装置本体 2、反应室
4、支撑网板 5、光催化网 6、折流挡板
7、紫外灯管 8、排残液口 9、排液口
10、循环泵 11、输水腔 12、过滤层
13、过滤腔 14、循环水管 15、输水管
16、分隔板 17、安装孔 18、子反应腔
19、卡槽
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。
实施例1
如图所示，本发明的一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置，包括：用于盛装并处理废水的装置本体1，所述装置本体1内通过一竖直设置的隔板分为存储室和反应室2；
所述反应室2的竖直的内壁上设置有三个分隔板16，三个分隔板16相互平行并在反应室2内交错设置，以使反应室2的内部形成用于废水流通的蛇形水流通道，三个所述分隔板16将反应室2分隔为四个反应通道，在每个反应通道内固装有2个竖直设置的支撑网板4，每个反应通道内的2个支撑网板4之间形成一子反应腔18，两个所述支撑网板4为子反应腔18的左右两侧内壁且相对设置，每个子反应腔18内交错设置有6个竖直方向的折流挡板6，折流挡板6分别与子反应腔18的顶端内壁或底端内壁固装，以用于将子反应腔18的内部分隔形成折流通道，在每相邻的两个折流挡板6之间插设有多个光催化网5(图1中未示出)，每个所述子反应腔18内安装有一水平设置的紫外灯管7，所述紫外灯管7贯穿光催化网5及折流挡板6，且该紫外灯管7的两端与该子反应腔18内的两个所述支撑网板4连接；
所述存储室的顶部开设有进水口(图中未示出)以用于废水加入至存储室内，所述存储室内设有一过滤层12(活性碳过滤层12)以用于将存储室分隔为过滤腔13和设置在过滤腔13下方的输水腔11，所述输水腔11的内侧底部设有一循环泵10(采用耐腐蚀潜水泵)，所述循环泵10通过输水管15与反应室2最底层的反应通道连通以用于将废水由下至上沿蛇形水流通道流动，所述输水腔11与反应室2内最顶层的反应通道之间设有循环水管14，所述循环水管14的一端与最顶层的反应通道连通，另一端与输水腔11连通以用于反应室2内的废水循环。
进一步地说，四个子反应腔18由下至上依次为第一子反应腔、第二子反应腔、第三子反应腔和第四子反应腔，所述输水管15与第一子反应腔所在反应通道连通，所述第四反应腔所在反应通道通过循环水管14与输水腔11连通。
进一步地说，所述折流挡板6上开设有通孔以供所述紫外灯管7穿过该折流挡板6。
进一步地说，相邻的两个所述折流挡板6之间的距离为60mm。
进一步地说，每个所述子反应腔的顶部与底部对应开设有卡槽，以用于光催化网的顶部与底部插装在该卡槽内，多个所述光催化网5均匀竖直分布在相邻的两个折流挡板6之间，每个所述光催化网5的中心开设有安装孔17，且该安装孔17与紫外灯管7相配合。
进一步地说，所述光催化网5为表面设有电气石/TiO2复合光催化剂纳米薄膜的金属网，所述光催化网5的厚度为0.3mm，相邻的两个光催化网之间的间距为5mm，每相邻的两个折流挡板6之间的所述光催化网的数量是12片。
进一步地说，所述存储室的底部设有一排液口9以用于向外排出处理后的废水，所述反应室2的底部设有一排残液口8以用于辅助排出反应室2内的残液。
进一步地说，所述分隔板16水平交错设置在反应室2内，所述分隔板16的一端与反应室2的内壁固装，另一端与反应室2的内壁之间的距离为50mm。
进一步地说，所述反应室2的尺寸为400*200*400mm。
实施例2
在实施例1的基础上，所述排液口9和排残液口8上均设有阀门，所述排液口9与外部的化学需氧量COD监测仪连接，用于检测废水的COD值是否符合标准(《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准)。
实施例3
在实施例1的基础上，使用实施例1所述的废水处理装置处理10L化学需氧量COD为400mg/L的实验室有机废水，其废水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将化学实验室的有机废水从进水口倒入过滤腔13中，经过过滤层12(活性碳过滤层12)进入输水腔11，在循环泵10的作用下通过输水管15进入反应室2，从底部向顶部按照蛇形水流通道流动；
(2)废水进入底部的子反应腔18内，在循环泵10的作用下由下至上流动，并在每个子反应腔18内部在折流挡板6的作用下沿蛇形流动，同时启动紫外灯管7；
(3)废水处理30min，通过排液口9对废水进行采样检测，当使用外部的化学需氧量COD监测仪检测废水的COD值，其COD值为25mg/L，符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准后(COD≤60mg/L)，关闭循环泵10，打开排液口9和排残液口8，将反应室2与存储室内的废水排出，完成废水的处理。
实施例4
本发明的一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置，包括：用于盛装待处理废水的装置本体1，所述装置本体1内通过一竖直设置的隔板分为存储室和反应室2，
所述反应室2的竖直的内壁上设置有五个分隔板16，五个分隔板相互平行并在反应室内交错设置，以使反应室2的内部形成用于废水由下至上流通的蛇形水流通道，5个所述分隔板16将反应室2分隔为6个反应通道，，每个反应通道内固装有两个竖直设置的支撑网板4，每个反应通道内的两个支撑网板之间形成一子反应腔18，两个支撑网板4为子反应腔18的左右两侧内壁且相对设置，每个子反应腔18的内交错设置有8个竖直方向的折流挡板6，折流挡板6分别与子反应腔18的顶端内壁或底端内壁固装，以用于将子反应腔18的内部分隔形成折流通道，在每相邻的两个折流挡板6之间内插设有多个光催化网5(图1中未示出)，每个所述子反应腔18内安装有一水平设置的紫外灯管7，所述紫外灯管7贯穿光催化板及折流挡板6，且该紫外灯管7的两端与该子反应腔内的两个所述支撑网板4固定；
所述存储室与反应室2之间设有循环水管14和输水管15，所述存储室的顶部开设有进水口以用于废水加入至存储室内，所述存储室内设有一过滤层12(活性碳过滤层12)以用于将存储室分隔为过滤腔13和设置在过滤腔13下方的输水腔11，所述输水腔11的内侧底部设有一循环泵10，所述循环泵10通过输水管15与反应室2最底层的反应通道连通以用于将废水由下至上沿蛇形水流通道进行反应，所述循环水管14的一端与最顶层的反应通道连通，另一端与输水腔11连通以用于反应室2内的废水循环。
进一步地说，所述折流挡板6上开设有通孔以供所述紫外灯穿过该折流挡板6。
进一步地说，相邻的两个所述折流挡板6之间的距离为80mm。
进一步地说，每个所述子反应腔的顶部与底部对应开设有卡槽，以用于光催化网的顶部与底部插装在该卡槽内，多个所述光催化网5均匀竖直分布在相邻的两个折流挡板6之间，每个所述光催化网5的中心开设有安装孔17，且该安装孔17与紫外灯管7相配合。
进一步地说，所述光催化网5上开设有均匀分布的透水孔，所述光催化网5的厚度为0.3mm，相邻的两个光催化网的间距为8mm。
进一步地说，所述存储室的底部设有一排液口9以用于向外排出处理后的废水，所述反应室2的底部设有一排残液口8以用于辅助排出反应室2内的残液。
进一步地说，所述分隔板16水平交错设置在反应室2内，所述分隔板16的一端与反应室2的内壁固装，另一端与反应室2的内壁距离为80mm。
进一步地说，所述反应室2的尺寸为880*200*600mm。
在使用实施例4所述的废水处理装置时，处理15L化学需氧量COD为40mg/L的实验室有机废水，废水处理30min，通过排液口9对废水进行采样检测，化学需氧量COD为23mg/L，符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置，其特征在于：包括用于盛装并处理废水的装置本体，所述装置本体内通过一竖直设置的隔板分隔为存储室和反应室；
所述反应室的竖直的内壁上设置有多个分隔板，多个分隔板相互平行并在反应室内交错设置，以使反应室内部形成供废水流通的蛇形水流通道，多个所述分隔板将反应室分隔为多个反应通道，每个反应通道内固装有两个竖直设置的支撑网板，每个反应通道内的两个支撑网板之间形成一子反应腔，两个所述支撑网板为子反应腔的左右两侧内壁且相对设置，每个子反应腔内交错设置有多个竖直方向的折流挡板，折流挡板分别与子反应腔的顶端内壁或底端内壁固装，以将子反应腔的内部分隔成供折流通道，在每相邻的两个所述折流挡板之间插设有多个光催化网，每个所述子反应腔内安装有一水平设置的紫外灯管，所述紫外灯管贯穿光催化网及折流挡板，且该紫外灯管的两端对应与该子反应腔内的两个所述支撑网板连接；
所述存储室的顶部开设有进水口以用于废水输送至存储是内，所述存储室内设有一过滤层以用于将存储室分隔为过滤腔和设置在过滤腔下方的输水腔，所述输水腔的内侧底部设有一循环泵，所述循环泵通过输水管与反应室内最底层的反应通道连通以用于将废水由下至上沿蛇形水流通道流动，所述输水腔与反应室内最顶层的反应通道之间设有循环水管，所述循环水管的一端与最顶层的反应通道连通，另一端与输水腔连通以使反应室与存储室内的废水循环。
2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：所述折流挡板上开设有通孔以用于所述紫外灯管穿过。
3.根据权利要求2所述的废水处理装置，其特征在于：相邻的两个所述折流挡板之间的距离为60mm-120mm。
4.根据权利要求3所述的废水处理装置，其特征在于：多个所述光催化网均匀竖直分布在相邻的两个折流挡板之间，每个所述光催化网的中心开设有安装孔，且该安装孔与紫外灯管相配合。
5.根据权利要求4所述的废水处理装置，其特征在于：所述光催化网为表面上设有电气石/TiO2复合光催化剂纳米薄膜的金属网，所述光催化网的厚度为0.2-0.5mm，每相邻的两个所述光催化网的间距为5mm-10mm。
6.根据权利要求5所述的废水处理装置，其特征在于：所述存储室的底部设有一排液口以用于向外排出处理后的废水，所述反应室的底部设有一排残液口以用于辅助排出反应室内的残液。
7.根据权利要求6所述的废水处理装置，其特征在于：所述分隔板水平交错设置在反应室内，所述分隔板的一端与反应室的内部固装，另一端与反应室的内壁之间的距离为50mm-100mm。
8.根据权利要求7所述的废水处理装置，其特征在于：所述排液口和排残液口上均设有阀门，所述排液口通过管路与外部的化学需氧量COD监测仪连接，用于检测废水的COD值。
9.根据权利要求8所述的废水处理装置，其特征在于：所述过滤层的厚度为40mm-80mm，所述过滤层为活性碳过滤层以用于过滤废水中的固体杂质。
10.一种基于权利要求9所述的实验室用光催化降解有机污染物的废水处理装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)将化学实验室的有机废水从进水口倒入过滤腔中，经过过滤层进入输水腔，在循环泵的作用下通过输水管进入反应室，从底部向顶部按照蛇形水流通道流动；
(2)废水进入底部的子反应腔内，在循环泵的作用下由下至上流动，并在每个子反应腔内部在折流挡板的作用下沿蛇形流动，同时启动紫外灯管；
(3)废水处理30min-60min，通过排液口对废水进行采样检测，当使用外部的COD监测仪检测废水的COD值符合排出标准后，关闭循环泵，打开排液口和排残液口，将反应室与存储室内的废水排出，完成废水的处理。
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