CN113072128B - 含Cr(VI)废水光化学处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

含Cr(VI)废水光化学处理装置和方法，前述含Cr(VI)废水光化学处理装置包括蛇形管、光源和光源控制系统，在蛇形管的弯曲段开设导光孔，在蛇形管的直段开设两个间隔一段距离的监测孔并安装光线感应装置；于光化学反应开始时，调节光源功率使监测孔处的光照强度处在预设范围之内，在光化学反应过程中，根据监测孔与导光孔的距离、两个监测孔之间的距离以及所检测到两个监测孔处的光照强度变化情况来计算当前较反应开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的监测孔处光照强度上升或下降值，并据此调节光源的功率，使监测孔处光照强度保持在预设范围之内。上述含Cr(VI)废水光化学处理装置较传统光化学反应装置整体功效与工作可靠性更高，更适合推广应用。

Description

含Cr(VI)废水光化学处理装置和方法

技术领域

本发明涉及重金属废水处理技术领域，特别涉及一种含Cr(VI)废水光化学处理装置和方法。

背景技术

铬一般以Cr(VI)（六价铬）和Cr(III)（三价铬）两种较稳定的价态存在，其中Cr(VI)是一种剧毒的重金属污染物，含Cr(VI)废水的处理技术很多，其中，光催化法是在光的辐射下，利用光催化剂催化Cr(VI)还原为Cr(III)，然后通过调节pH形成沉淀去除Cr(VI)。光催化法去除Cr(VI)被认为是一种具有发展前景、节能环保的绿色处理方法。

现有的光化学反应设备大多类似于中国专利文献CN107073433A中图1所示的结构，即在反应槽中心处设置透明套管，于透明套管内再设置整体呈长条形的光源。目前利用光催化法去除工业污水中Cr(VI)时，也会用到类似于上述结构的光化学反应设备。由于光源被集中设置在反应腔中心处，而污水成分多元，在反应初期透明度较差，反应腔中心与边缘处的光照强度差异明显，为保证边缘处光照强度达到反应要求，只能提高光源的发光功率，这样反过来又会导致反应腔中心处光照强度过高，而光照强度过高有时反而会导致光化学反应效率降低且浪费能源，设备总体功效偏低。另外，随着污水反应过程的持续进行，在透明套管表面还会逐渐形成一层沉积物，导致套管透光率下降，对于工业化生产设备而言，其反应槽不可能像实验仪器一样采用透明玻璃制作而成，工人往往难以直接观察到套管表面沉积物附着情况，容易出现沉积物清理不及时导致反应效果降低的情况，因此，传统设备在光化学反应过程中的工作可靠性也有待提高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种功效与工作可靠性更高的含Cr(VI)废水光化学处理装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含Cr(VI)废水光化学处理装置，包括光化学反应单元、光源和光源控制系统，所述光化学反应单元包括蛇形管，所述蛇形管的两端开口，所述光源设置在蛇形管的外部，所述蛇形管包括成排平行设置的直管以及相应数量用于将直管按顺序依次连接的U形弯管；

在所述U形弯管的弯曲段的外弧面上开设有导光孔，在所述导光孔处设有用于将光源与蛇形管内的反应液隔离开来的第一透明隔离部件，所述光源发出的光线经第一透明隔离部件射入蛇形管，在某些直管的侧壁上同时开设有第一监测孔和第二监测孔，所述第一监测孔与第二监测孔在相应直管的轴线方向上间隔有一段距离，于所述第一监测孔和第二监测孔处设有第二透明隔离部件，在所述第二透明隔离部件的外侧安装有用于检测该处光照强度的光线感应装置，通过所述第二透明隔离部件将光线感应装置与蛇形管内的反应液隔离开来；

在对含Cr(VI)废水进行光化学处理时，于光化学反应刚开始时，调节所述光源的功率使第一监测孔处的光照强度处在预设范围之内，在光化学反应过程中，籍由所述光源控制系统根据第一监测孔与导光孔的距离、位于同一根直管上的第一监测孔和第二监测孔的间隔距离以及第一监测孔和第二监测孔处光线感应装置所检测到的光照强度变化情况来计算当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度上升或下降值，并根据所述当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度上升或下降值来调节光源的功率，使所述第一监测孔处的光照强度保持在预设范围之内。

其中，所述光源包括发光器件以及与发光器件相连的第一导光光纤，通过所述第一导光光纤将发光器件发出的光传导至导光孔并经第一透明隔离部件射入蛇形管内。

进一步地，在所述导光孔的内壁设有内螺纹并通过螺纹固定安装有光纤固定组件，所述光纤固定组件包括定位套、光纤夹紧片和压紧套，所述第一透明隔离部件为光纤保护头；

所述定位套的外周面上设有与导光孔内壁所设置的内螺纹相匹配的外螺纹，所述定位套的内孔下部直径小于其上部直径，从而在所述定位套的内壁上形成承托台阶，所述定位套上部内壁设有内螺纹，所述定位套的顶部沿径向延展变大形成能够用扳手卡住的旋拧部；

所述压紧套轴向开设有与第一导光光纤直径相适应的通孔，所述压紧套的外周面上设有与定位套内壁所设置的内螺纹相匹配的外螺纹，所述压紧套的顶部其径向延展变大也形成能够用扳手卡住的旋拧部；

所述光纤保护头包括底端封闭且外径尺寸与定位套内孔下部直径相适应的套筒，所述光纤保护头的顶端沿径向延展变大形成限位台阶，所述光纤保护头的内孔直径与第一导光光纤直径相适应且其底端透明；

所述光纤夹紧片包括一个垫圈，所述垫圈为碟型垫圈或者所述垫圈中靠近其内圈的部位相较于其它部位倾斜翘起，所述垫圈上环形间隔开设多条切口，所述切口自垫圈的内圈沿径向往外延伸；

所述定位套通过螺纹连接于导光孔中，所述第一导光光纤从压紧套的内孔、光纤夹紧片的内圈中依次穿过且其头端插入光纤保护头的内孔中并抵靠住光纤保护头的底端，所述光纤保护头则插入定位套的内孔中且其限位台阶抵靠住定位套的承托台阶，所述压紧套通过螺纹连接在定位套的内孔中，所述光纤夹紧片位于光纤保护头与压紧套之间，所述压紧套的底端压住光纤夹紧片以使其抵靠住光纤保护头的顶端，所述光纤夹紧片被压紧套压平整后，其内圈直径变小，进而夹紧从所述内圈中穿过的第一导光光纤。

其中，所述光线感应装置包括第二导光光纤和光线感应器，所述光线感应器设置在蛇形管外部；

在所述第一监测孔和第二监测孔的内壁设有内螺纹并且也通过螺纹固定安装有光纤固定组件，所述第二透明隔离部件也为光纤保护头，所述第二导光光纤也通过相应的光纤固定组件中被压平整的光纤夹紧片夹紧，通过所述第二导光光纤将光线传导至光线感应器，对所述第一监测孔和第二监测孔处的光照强度进行检测。

在本发明的一个实施例中，上述含Cr(VI)废水光化学处理装置还包括进水集束器和出水集束器，所述光化学反应单元的数量为多个；

所述进水集束器包括进水主管，所述进水主管上设有总进水口以及多个进水分接头，所述进水分接头与光化学反应单元的蛇形管的进水端一一连接；所述出水集束器包括出水主管，所述出水主管上设有总出水口以及多个出水分接头，所述出水分接头与光化学反应单元的蛇形管的出水端一一连接。

优选地，所述光化学反应单元的数量为多个，各个光化学反应单元的蛇形管由上往下层叠设置并依次串联，含Cr(VI)废水从最上层光化学反应单元的蛇形管前端流入，处理后的水从最下层光化学反应单元的蛇形管末端流出。

更进一步地，上述含Cr(VI)废水光化学处理装置还包括光化学反应箱体，所有光化学反应单元的蛇形管和光纤固定组件均设置在光化学反应箱体中，所述第一导光光纤和第二导光光纤从光化学反应箱体的侧壁穿出，所述进水集束器和出水集束器分别设置在光学反应箱体的前侧和后侧。

在本发明的一个实施例中，上述含Cr(VI)废水光化学处理装置还包括管道清洗系统，所述管道清洗系统包括清洗控制模块、用于往蛇形管中注入清洗液的清洗液供应泵及用于切断含Cr(VI)废水流入蛇形管的电磁阀，所述清洗液供应泵与电磁阀与清洗控制模块连接并由清洗控制模块控制，所述清洗控制模块与光源控制系统通信连接；

在含Cr(VI)废水于蛇形管内进行光化学反应的过程中，所述光源控制系统还判定当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度下降值是否已大于最大限值，若大于最大限值，则所述光源控制系统向清洗控制模块发送管道清洗请求，所述清洗控制模块控制电磁阀闭合切断含Cr(VI)废水流入蛇形管并控制清洗液供应泵往蛇形管中注入清洗液进行清洗以去沉积物；

在管道清洗过程中，所述光源控制系统还判定当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度下降值是否已小于最小限值，若小于最大限值，则所述光源控制系统向清洗控制模块发送停止管道清洗请求，所述清洗控制模块关闭清洗液供应泵以停止往蛇形管中注入清洗液，并控制电磁阀打开使得含Cr(VI)废水流入蛇形管继续进行光化学反应。

另外，本发明还涉及一种含Cr(VI)废水光化学处理方法，是通过将含Cr(VI)废水注入上述所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置进行处理。

进一步地，在对含Cr(VI)废水进行光化学处理的过程中，上述含Cr(VI)废水光化学处理装置中的光源控制系统根据下式计算当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度的上升或下降值ΔI：

ΔI=ΔI_h-ΔI_l （1）；

式（1）中，若ΔI值大于0，则为当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度上升值，若ΔI值小于0，则为当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔处光照强度下降值；ΔI_h为当前第一监测孔处所检测到的光照强度减去反应刚开始时第一监测孔处所检测到的光照强度的差值，ΔI_l为当前导光孔与第一监测孔间反应液所致光照强度下降值减去反应刚开始时导光孔与第一监测孔间反应液所致光照强度下降值；其中，ΔI_l通过下式计算得到：

ΔI₁=ΔI_n-ΔI_i (2)；

式（2）中，ΔI_n为当前导光孔与第一监测孔间反应液所致光照强度下降值，ΔI_i为反应刚开始时导光孔与第一监测孔间反应液所致光照强度下降值, ΔI_n与ΔI_i的值均为负数；

其中，ΔI_n和分别通过以下式（3）和（4）计算得到：

ΔI_n=-( |ΔI_b |/d₂)*d₁ (3)；

ΔI_i=-(|ΔI_a |/d₂)*d₁ (4)；

式（3）中，|ΔI_b |为当前第一监测孔与第二监测孔处所检测到的光照强度之差的绝对值；式（4）中，|ΔI_a |为反应刚开始时第一监测孔与第二监测孔处所检测到的光照强度之差的绝对值；式（3）和式（4）中，d₂为第一监测孔与第二监测孔的间隔距离，d₁为第一监测孔与导光孔的间隔距离。

与现有技术中的光化学反应装置不同，首先，本发明采用蛇形管作为反应腔，光源发射的光线通过设置在蛇形管的U形弯管上的导光孔引入蛇形管内腔中对反应液进行光催化，分布式的光源布置能够让反应液更充分、均匀地接受辐照，可有效减轻现有光化学反应装置因光源置于反应腔中心而导致的反应腔中心处光照强度过高、边缘处光照强度偏低的问题，功效更高。其次，由于导光孔分布设置在蛇形管的U形弯管处，反应液在蛇形管内流动的过程中，当其靠近导光孔处时，反应液所受光辐照强度相对较高（可以理解为进入明亮区），而远离导光孔时所受光辐照强度降低（可以理解为进入黑暗区），如此交替反复，反应液类似于受到间歇式光照，而现有技术中已有文献指出合适周期的间歇式光照对于光催化效率的提高也有所帮助（在实际生产应用时可以通过控制反应液流速来调节间歇式光照的周期）。此外，本发明通过在蛇形管的直管上设置两个监测孔（第一监测孔和第二监测孔），并在光化学反应过程中，可根据监测孔与导光孔的距离、两个监测孔之间的距离以及两个监测孔处光线感应装置所检测到的光照强度变化情况计算出因沉积物覆盖状况变化所导致的监测孔处光照强度上升或下降值，进而及时调节光源功率，使监测孔处的光照强度保持在预设范围之内，从而避免传统光反应设备在实际生产过程中因沉积物堆积未及时发现和清理导致的反应效果降低的情况，能够更好地保证设备在含Cr(VI)废水处理过程中的工作可靠性。

附图说明

图1为实施例1中含Cr(VI)废水光化学处理装置的立体结构示意图；

图2为实施例3中含Cr(VI)废水光化学处理装置的结构框图；

图3为图1所示含Cr(VI)废水光化学处理装置的内部结构示意图；

图4为多个光化学反应单元通过集束器并联的立体结构示意图；

图5为光纤固定组件与蛇形管的连接结构爆炸示意图；

图6为蛇形管的立体结构示意图；

图7为光纤固定组件的立体结构示意图；

图8为图7的爆炸图；

图9为光纤通过图7所示光纤固定组件进行固定的结构示意图；

图10为定位套的立体结构示意图；

图11为压紧套的立体结构示意图；

图12为光纤保护头的立体结构示意图；

图13为光纤夹紧片的立体结构示意图。

图中：

1——蛇形管 2——第一导光光纤 3——光纤固定组件

4——进水集束器 5——出水集束器 6——光化学反应箱体

1a——直管 1b——U形弯管 3a——定位套

3b——光纤夹紧片 3c——压紧套 3d——光纤保护头

4a——进水主管 4b——进水分接头 5a——出水主管

5b——出水分接头 1a1——第一监测孔 1a2——第二监测孔

1b1——导光孔 3a1——承托台阶 3b1——垫圈

3b2——切口 3d1——套筒 3d2——限位台阶

4a1——总进水口 5a1——总出水口。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明所涉及的含Cr(VI)废水光化学处理装置及其工作远离作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

需要强调的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

实施例1

见图1和图3所示，在本实施例中，含Cr(VI)废水光化学处理装置包括光源、光源控制系统和光化学反应单元。其中，光化学反应单元包括如图6所示的蛇形管1，蛇形管1的两端开口，光源设置在蛇形管1的外部，前述蛇形管1包括成排平行设置的直管1a以及相应数量用于将直管1a按顺序依次连接的U形弯管1b。

在U形弯管1b的弯曲段的外弧面（即图中U形弯管1b的外侧顶部）上开设有导光孔1b1，在导光孔1b1处设有用于将光源与蛇形管1内的反应液隔离开来的第一透明隔离部件，光源发出的光线经第一透明隔离部件射入蛇形管1，在某些直管1a的侧壁上同时开设有第一监测孔1a1和第二监测孔1a2。实际实施时，也可以在每根直管1a都开设第一监测孔1a1和第二监测孔1a2，当然，也可以如图6所示仅在其中一根直管1a同时开设第一监测孔1a1和第二监测孔1a2，而在其余直管1a上仅开设第一监测孔1a1，同时开设第一监测孔1a1和第二监测孔1a2的数量及其在蛇形管1中所处的前后位置都可以根据需要进行调整。

需要注意的是，第一监测孔1a1与第二监测孔1a2在相应直管1a的轴线方向上应当间隔一段距离，同时于第一监测孔1a1和第二监测孔1a2处还设有第二透明隔离部件，在第二透明隔离部件的外侧安装有用于检测该处光照强度的光线感应装置，第二透明隔离部件的作用是将光线感应装置与蛇形管1内的反应液隔离开来。

上述光化学处理装置的工作原理为：在对含Cr(VI)废水进行光化学处理时，于光化学反应刚开始时，调节光源的功率使第一监测孔处1a1的光照强度处在预设范围之内，在光化学反应过程中，籍由光源控制系统根据第一监测孔1a1与导光孔1b1的距离、位于同一根直管上的第一监测孔1a1和第二监测孔1a2的间隔距离以及第一监测孔1a1和第二监测孔1a2处光线感应装置所检测到的光照强度变化情况来计算当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度上升或下降值，并根据当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度上升或下降值来调节光源的功率，使第一监测孔处1a1的光照强度保持在预设范围之内。

具体而言，在光化学反应过程中，计算当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度的上升或下降值ΔI的方法为：

ΔI=ΔI_h-ΔI_l （1）；

上述式（1）中，若ΔI值大于0，则ΔI为当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度上升值，若ΔI值小于0，则ΔI为当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度下降值。

式（1）中，ΔI_h为当前第一监测孔1a1处所检测到的光照强度减去反应刚开始时第一监测孔1a1处所检测到的光照强度的差值，ΔI_l为当前导光孔1b1与第一监测孔1a1间反应液所致光照强度下降值减去反应刚开始时导光孔1b1与第一监测孔1a1间反应液所致光照强度下降值。其中，ΔI_l通过下式计算得到：

ΔI₁=ΔI_n-ΔI_i (2)；

式（2）中，ΔI_n为当前导光孔1b1与第一监测孔1a1间反应液所致光照强度下降值，ΔI_i为反应刚开始时导光孔1b1与第一监测孔1a1间反应液所致光照强度下降值, ΔI_n与ΔI_i的值均为负数。

其中，ΔI_n和分别通过以下式（3）和（4）计算得到：

ΔI_n=-( |ΔI_b |/d₂)*d₁ (3)；

ΔI_i=-(|ΔI_a |/d₂)*d₁ (4)；

式（3）中，|ΔI_b |为当前第一监测孔1a1与第二监测孔1a2处所检测到的光照强度之差的绝对值。式（4）中，|ΔI_a |为反应刚开始时第一监测孔1a1与第二监测孔1a2处所检测到的光照强度之差的绝对值。式（3）和式（4）中，d₂为第一监测孔1a1与第二监测孔1a2的间隔距离，d₁为第一监测孔1a1与导光孔1b1的间隔距离。

在本实施例中，光源包括发光器件（例如可以是LED灯珠、半导体激光器等）以及与发光器件相连的第一导光光纤2，本领域技术人员，这里所谓的与发光器件相连应当理解为形成光通路，而应当不局限为机械连接。通过第一导光光纤2就能将发光器件发出的光传导至导光孔1b1并经第一透明隔离部件射入蛇形管1内。

为便于对第一导光光纤2进行安装和固定，如图5所示，本实施例在导光孔1b1的内壁设有内螺纹并通过螺纹固定安装有光纤固定组件3，如图7和图8所示，光纤固定组件3包括定位套3a、光纤夹紧片3b和压紧套3c，所述第一透明隔离部件为光纤保护头3d。

其中，定位套3a的结构见图10所示，在定位套3a的外周面上设有与导光孔1b1内壁所设置的内螺纹相匹配的外螺纹，定位套3a的内孔下部直径小于其上部直径，从而在定位套3a的内壁上形成承托台阶3a1，定位套3a上部内壁设有内螺纹，定位套3a的顶部沿径向延展变大形成能够用扳手卡住的旋拧部。

压紧套3c的结构见图11所示，压紧套3c轴向开设有与第一导光光纤2直径相适应的通孔，压紧套3c的外周面上设有与定位套3a内壁所设置的内螺纹相匹配的外螺纹，压紧套3c的顶部其径向延展变大也形成能够用扳手卡住的旋拧部。

光纤保护头3d的结构见图12所示，其包括底端封闭且外径尺寸与定位套3a内孔下部直径相适应的套筒3d1，光纤保护头3d的顶端沿径向延展变大形成限位台阶3d2，光纤保护头3d的内孔直径与第一导光光纤2直径相适应且至少其底端透明，以达到透过的目的。

图13示出了光纤夹紧片3b的整体结构，其包括一个垫圈3b1，该垫圈3b1为碟型垫圈（当然该垫圈3b1也可以不采用碟型垫圈，而是让该垫圈3b1中靠近其内圈的部位相较于其它部位倾斜翘起，同样能够满足需求），另外，在垫圈3b1上还环形间隔开设多条切口3b2，切口3b2自垫圈3b1的内圈沿径向往外延伸。

上述光纤固定组件3中各部件的连接结构见图9所示，在将定位套3a通过螺纹连接于导光孔1b1中之后，将第一导光光纤2从压紧套3c的内孔、光纤夹紧片3b的内圈中依次穿过且其头端插入光纤保护头3d的内孔中并抵靠住光纤保护头3d的底端，光纤保护头3d则插入定位套3a的内孔中且其限位台阶3d2抵靠住定位套3a的承托台阶3a1，压紧套3c通过螺纹连接在定位套3a的内孔中，光纤夹紧片3b位于光纤保护头3d与压紧套3c之间，压紧套3c的底端压住光纤夹紧片3b以使其抵靠住光纤保护头3d的顶端，在压紧套3c所施加的压力作用下，光纤夹紧片3b被压平整，且其内圈直径变小，进而夹紧从内圈中穿过的第一导光光纤2。上述对第一导光光纤2进行安装固定所用到的光纤固定组件3结构简单，安装方便。需要指出的是，本领域技术人员应当明白，为防止光纤固定组件3内部及其与导光孔1b1之间发生反应液渗漏，在实际进行生产应用时，可以根据对在相应的部位作密封处理（例如设置密封圈等）。

进一步地，在本实施例中，光线感应装置包括第二导光光纤和光线感应器，光线感应器设置在蛇形管1外部，为便于对第二导光光纤进行安装固定，在第一监测孔1a1和第二监测孔1a2的内壁设有内螺纹并且也通过螺纹固定安装有光纤固定组件3，与第一透明隔离部件一样，第二透明隔离部件通常采用图12所示的光纤保护头3d，第二导光光纤也通过相应的光纤固定组件3中被压平整的光纤夹紧片3b夹紧，籍由前述第二导光光纤将光线传导至光线感应器，来对第一监测孔1a1和第二监测孔1a2处的光照强度进行检测。

为进一步提高上述光化学反应装置的生产效率，见图4所示，其还包括进水集束器4、出水集束器5以及多个并联的光化学反应单元。

如图4所示，进水集束器4包括进水主管4a，进水主管4a上设有总进水口4a1以及多个进水分接头4b，进水分接头4b与光化学反应单元的蛇形管1的进水端一一连接。出水集束器5包括出水主管5a，出水主管5a上设有总出水口5a1以及多个出水分接头5b，出水分接头5b与光化学反应单元的蛇形管1的出水端一一连接。

此外，见图1和图3所示，本实施例中的含Cr(VI)废水还包括光化学反应箱体6，这样的话，上述所有光化学反应单元的蛇形管1和光纤固定组件3就可以都设置在光化学反应箱体6中，另外，在光化学反应箱体6箱体内还可以设置加热和/或制冷装置，以此来调节光化学反应的环境温度，使反应过程处于最合适的环境温度中，至于第一导光光纤2和第二导光光纤则可以从光化学反应箱体6的侧壁穿出，进水集束器4和出水集束器5可以分别设置在光学反应箱体6的前侧和后侧。

与传统的光化学反应装置不同，本实施例采用蛇形管1作为反应腔，光源发射的光线通过设置在蛇形管1的U形弯管1b上的导光孔1b1引入蛇形管1内腔中对反应液进行光催化，分布式的光源能够让反应液更充分、均匀地接受辐照，可有效减轻现有光化学反应装置因光源置于反应腔中心而导致的反应腔中心处光照强度过高、边缘处光照强度偏低的问题，理论上来说，这样的装置的整体功效会更高。其次，由于导光孔1b1分布设置在蛇形管1的U形弯管1b处，反应液在蛇形管1内流动的过程中，当其靠近导光孔1b1处时，反应液所受光辐照强度相对较高（可以理解为进入明亮区），而远离导光孔1b1时所受光辐照强度降低（可以理解为进入黑暗区），如此交替反复，反应液类似于受到间歇式光照，而现有技术中已有文献指出合适周期的间歇式光照对于光催化效率的提高也有所帮助（在实际生产应用时可以通过控制反应液流速来调节间歇式光照的周期）。此外，本实施例通过在蛇形管1的直管1a上设置两个监测孔（第一监测孔1a1和第二监测孔1a2），并在光化学反应过程中，可根据监测孔与导光孔1b1的距离、两个监测孔之间的距离以及两个监测孔处光线感应装置所检测到的光照强度变化情况计算出因沉积物覆盖状况变化所导致的监测孔处光照强度上升或下降值，进而及时调节光源功率，使监测孔处的光照强度保持在预设范围之内，从而避免传统光反应设备在实际生产过程中因沉积物堆积未及时发现和清理导致的反应效果降低的情况，能够更好地保证设备在含Cr(VI)废水处理过程中的工作可靠性。

实施例2

与实施例1类似，在本实施例所涉及的含Cr(VI)废水光化学处理装置中，光化学反应单元的数量也为多个，与图4不同，本实施例中各个光化学反应单元的蛇形管1由上往下层叠设置并依次串联到一起，本领域技术人员应当明白，本实施例中蛇形管1同样可以采用图6所示的结构，本实施例与实施例1的关键区别在于实施例1中各蛇形管1是并联，本实施例中各蛇形管1是串联，其它的例如光源、光线感应装置等的结构及其与蛇形管1的连接方式以及整个光化学处理装置的工作原理均可以参考实施例1，在此不再赘述。在本实施例中，含Cr(VI)废水可以从最上层光化学反应单元的蛇形管1前端流入，处理后的水从最下层光化学反应单元的蛇形管1末端流出，反应液仅依靠自身重力就能从上层的蛇形管1流至下层的蛇形管1中，无需施加外部动力，更利于节省能耗。

实施例3

本实施例是在实施例1、2基础上作出的进一步改进，在实施例1和2的基础上，见图2所示，本实施例中的含Cr(VI)废水光化学处理装置还包括管道清洗系统，管道清洗系统包括清洗控制模块、用于往蛇形管1中注入清洗液的清洗液供应泵及用于切断含Cr(VI)废水流入蛇形管的电磁阀，清洗液供应泵与电磁阀与清洗控制模块连接并由清洗控制模块控制，清洗控制模块与光源控制系统通信连接。

在含Cr(VI)废水于蛇形管1内进行光化学反应的过程中，光源控制系统还判定当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度下降值是否已大于最大限值，若大于最大限值，则光源控制系统向清洗控制模块发送管道清洗请求，清洗控制模块控制电磁阀闭合切断含Cr(VI)废水流入蛇形管1并控制清洗液供应泵往蛇形管1中注入清洗液进行清洗以去沉积物。

在管道清洗过程中，光源控制系统判定当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔1a1处光照强度下降值是否已小于最小限值，若小于最大限值，则光源控制系统向清洗控制模块发送停止管道清洗请求，清洗控制模块关闭清洗液供应泵以停止往蛇形管1中注入清洗液，并控制电磁阀打开使得含Cr(VI)废水流入蛇形管1继续进行光化学反应。

与实施例1、2不同，本实施例增加上述与光源控制系统通信的管道清洗系统，当沉积物覆盖量超标时（因沉积物覆盖导致光通量下降超标），系统会自动对反应生成的沉积物进行清理，自动化程度更高，生产过程中无需安排人员值守，更利于推广应用。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (10)

1.含Cr(VI)废水光化学处理装置，包括光源、光源控制系统和光化学反应单元，其特征在于：所述光化学反应单元包括蛇形管（1），所述蛇形管（1）的两端开口，所述光源设置在蛇形管（1）的外部，所述蛇形管（1）包括成排平行设置的直管（1a）以及相应数量用于将直管（1a）按顺序依次连接的U形弯管（1b）；

在所述U形弯管（1b）的弯曲段的外弧面上开设有导光孔（1b1），在所述导光孔（1b1）处设有用于将光源与蛇形管（1）内的反应液隔离开来的第一透明隔离部件，所述光源发出的光线经第一透明隔离部件射入蛇形管（1），在某些直管（1a）的侧壁上同时开设有第一监测孔（1a1）和第二监测孔（1a2），所述第一监测孔（1a1）与第二监测孔（1a2）在相应直管（1a）的轴线方向上间隔有一段距离，于所述第一监测孔（1a1）和第二监测孔（1a2）处设有第二透明隔离部件，在所述第二透明隔离部件的外侧安装有用于检测该处光照强度的光线感应装置，通过所述第二透明隔离部件将光线感应装置与蛇形管（1）内的反应液隔离开来；

在对含Cr(VI)废水进行光化学处理时，于光化学反应刚开始时，调节所述光源的功率使第一监测孔（1a1）处的光照强度处在预设范围之内，在光化学反应过程中，籍由所述光源控制系统根据第一监测孔（1a1）与导光孔（1b1）的距离、位于同一根直管上的第一监测孔（1a1）和第二监测孔（1a2）的间隔距离以及第一监测孔（1a1）和第二监测孔（1a2）处光线感应装置所检测到的光照强度变化情况来计算当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度上升或下降值，并根据所述当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度上升或下降值来调节光源的功率，使所述第一监测孔处（1a1）的光照强度保持在预设范围之内。

2.根据权利要求1所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于： 所述光源包括发光器件以及与发光器件相连的第一导光光纤（2），通过所述第一导光光纤（2）将发光器件发出的光传导至导光孔（1b1）并经第一透明隔离部件射入蛇形管（1）内。

3.根据权利要求2所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于：在所述导光孔（1b1）的内壁设有内螺纹并通过螺纹固定安装有光纤固定组件（3），所述光纤固定组件（3）包括定位套（3a）、光纤夹紧片（3b）和压紧套（3c），所述第一透明隔离部件为光纤保护头（3d）；

所述定位套（3a）的外周面上设有与导光孔（1b1）内壁所设置的内螺纹相匹配的外螺纹，所述定位套（3a）的内孔下部直径小于其上部直径，从而在所述定位套（3a）的内壁上形成承托台阶（3a1），所述定位套（3a）上部内壁设有内螺纹，所述定位套（3a）的顶部沿径向延展变大形成能够用扳手卡住的旋拧部；

所述压紧套（3c）轴向开设有与第一导光光纤（2）直径相适应的通孔，所述压紧套（3c）的外周面上设有与定位套（3a）内壁所设置的内螺纹相匹配的外螺纹，所述压紧套（3c）的顶部其径向延展变大也形成能够用扳手卡住的旋拧部；

所述光纤保护头（3d）包括底端封闭且外径尺寸与定位套（3a）内孔下部直径相适应的套筒（3d1），所述光纤保护头（3d）的顶端沿径向延展变大形成限位台阶（3d2），所述光纤保护头（3d）的内孔直径与第一导光光纤（2）直径相适应且其底端透明；

所述光纤夹紧片（3b）包括一个垫圈（3b1），所述垫圈（3b1）为碟型垫圈或者所述垫圈（3b1）中靠近其内圈的部位相较于其它部位倾斜翘起，所述垫圈（3b1）上环形间隔开设多条切口（3b2），所述切口（3b2）自垫圈（3b1）的内圈沿径向往外延伸；

所述定位套（3a）通过螺纹连接于导光孔（1b1）中，所述第一导光光纤（2）从压紧套（3c）的内孔、光纤夹紧片（3b）的内圈中依次穿过且其头端插入光纤保护头（3d）的内孔中并抵靠住光纤保护头（3d）的底端，所述光纤保护头（3d）则插入定位套（3a）的内孔中且其限位台阶（3d2）抵靠住定位套（3a）的承托台阶（3a1），所述压紧套（3c）通过螺纹连接在定位套（3a）的内孔中，所述光纤夹紧片（3b）位于光纤保护头（3d）与压紧套（3c）之间，所述压紧套（3c）的底端压住光纤夹紧片（3b）以使其抵靠住光纤保护头（3d）的顶端，所述光纤夹紧片（3b）被压紧套（3c）压平整后，其内圈直径变小，进而夹紧从所述内圈中穿过的第一导光光纤（2）。

4.根据权利要求3所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于：所述光线感应装置包括第二导光光纤和光线感应器，所述光线感应器设置在蛇形管（1）外部；

在所述第一监测孔（1a1）和第二监测孔（1a2）的内壁设有内螺纹并且也通过螺纹固定安装有光纤固定组件（3），所述第二透明隔离部件也为光纤保护头（3d），所述第二导光光纤也通过相应的光纤固定组件（3）中被压平整的光纤夹紧片（3b）夹紧，通过所述第二导光光纤将光线传导至光线感应器，以此检测所述第一监测孔（1a1）和第二监测孔（1a2）处的光照强度。

5.根据权利要求4所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于：还包括进水集束器（4）和出水集束器（5），所述光化学反应单元的数量为多个；

所述进水集束器（4）包括进水主管（4a），所述进水主管（4a）上设有总进水口（4a1）以及多个进水分接头（4b），所述进水分接头（4b）与光化学反应单元的蛇形管（1）的进水端一一连接；所述出水集束器（5）包括出水主管（5a），所述出水主管（5a）上设有总出水口（5a1）以及多个出水分接头（5b），所述出水分接头（5b）与光化学反应单元的蛇形管（1）的出水端一一连接。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于：所述光化学反应单元的数量为多个，各个光化学反应单元的蛇形管（1）由上往下层叠设置并依次串联，含Cr(VI)废水从最上层光化学反应单元的蛇形管（1）前端流入，处理后的水从最下层光化学反应单元的蛇形管（1）末端流出。

7.根据权利要求5所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于：还包括光化学反应箱体（6），所有光化学反应单元的蛇形管（1）和光纤固定组件（3）均设置在光化学反应箱体（6）中，所述第一导光光纤（2）和第二导光光纤从光化学反应箱体（6）的侧壁穿出，所述进水集束器（4）和出水集束器（5）分别设置在光学反应箱体（6）的前侧和后侧。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置，其特征在于：还包括管道清洗系统，所述管道清洗系统包括清洗控制模块、用于往蛇形管（1）中注入清洗液的清洗液供应泵及用于切断含Cr(VI)废水流入蛇形管的电磁阀，所述清洗液供应泵与电磁阀与清洗控制模块连接并由清洗控制模块控制，所述清洗控制模块与光源控制系统通信连接；

在含Cr(VI)废水于蛇形管（1）内进行光化学反应的过程中，所述光源控制系统还判定当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度下降值是否已大于最大限值，若大于最大限值，则所述光源控制系统向清洗控制模块发送管道清洗请求，所述清洗控制模块控制电磁阀闭合切断含Cr(VI)废水流入蛇形管（1）并控制清洗液供应泵往蛇形管（1）中注入清洗液进行清洗以去沉积物；

在管道清洗过程中，所述光源控制系统还判定当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度下降值是否已小于最小限值，若小于最小限值，则所述光源控制系统向清洗控制模块发送停止管道清洗请求，所述清洗控制模块关闭清洗液供应泵以停止往蛇形管（1）中注入清洗液，并控制电磁阀打开使得含Cr(VI)废水流入蛇形管（1）继续进行光化学反应。

9.含Cr(VI)废水光化学处理方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任意一项所述的含Cr(VI)废水光化学处理装置对含Cr(VI)废水进行处理。

10.根据权利要求9所述的含Cr(VI)废水光化学处理方法，其特征在于：

在对含Cr(VI)废水进行光化学处理的过程中，所述光源控制系统根据下式计算当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度的上升或下降值ΔI：

ΔI=ΔI_h-ΔI_l （1）；

式（1）中，若ΔI值大于0，则为当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度上升值，若ΔI值小于0，则为当前较反应刚开始时因沉积物覆盖状况变化所导致的第一监测孔（1a1）处光照强度下降值；ΔI_h为当前第一监测孔（1a1）处所检测到的光照强度减去反应刚开始时第一监测孔（1a1）处所检测到的光照强度的差值，ΔI_l为当前导光孔（1b1）与第一监测孔（1a1）间反应液所致光照强度下降值减去反应刚开始时导光孔（1b1）与第一监测孔（1a1）间反应液所致光照强度下降值；其中，ΔI_l通过下式计算得到：

ΔI₁=ΔI_n-ΔI_i (2)；

式（2）中，ΔI_n为当前导光孔（1b1）与第一监测孔（1a1）间反应液所致光照强度下降值，ΔI_i为反应刚开始时导光孔（1b1）与第一监测孔（1a1）间反应液所致光照强度下降值, ΔI_n与ΔI_i的值均为负数；

其中，ΔI_n和分别通过以下式（3）和（4）计算得到：

ΔI_n=-( |ΔI_b |/d₂)*d₁ (3)；

ΔI_i=-(|ΔI_a |/d₂)*d₁ (4)；

式（3）中，|ΔI_b |为当前第一监测孔（1a1）与第二监测孔（1a2）处所检测到的光照强度之差的绝对值；式（4）中，|ΔI_a |为反应刚开始时第一监测孔（1a1）与第二监测孔（1a2）处所检测到的光照强度之差的绝对值；式（3）和式（4）中，d₂为第一监测孔（1a1）与第二监测孔（1a2）的间隔距离，d₁为第一监测孔（1a1）与导光孔（1b1）的间隔距离。

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