CN114314740A - 基于三相分离的声光催化反应装置及水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三相分离的声光催化反应装置及水处理工艺，包括反应池、超声换能器、曝气管、三相分离组件、灯源，反应池上端封闭，所述灯源安装在反应池内中部，三相分离组件安装在反应池内上部，曝气管安装在反应池内下部，若干超声换能器安装在反应池周侧外壁，超声换能器包括低频超声波换能器、高频超声波换能器，超声换能器与超声波发生器电性连接，反应池下部设置有进水口、反应池上部周侧设有出水口，反应池底部设置有排泥口；所述灯灯源安装在石英护管内，三相分离组件包括集气罩、沉降斜面、溢流堰，集气罩与反应池内液面之间形成气室，本装置具有声光催化功能，催化活性高、高效节能，能够连续有效的处理难降解污染物。

Description

基于三相分离的声光催化反应装置及水处理工艺

技术领域

本发明涉及一种基于三相分离的声光催化反应装置及水处理工艺。

背景技术

随着经济的发展，现代工业废水中普遍含有大量有毒有害、难生物降解的污染物，若此类废水直接排入水体中，会造成严重的水体污染，因此，对污染的废水进行脱色和净化处理就变得至关重要。声光催化技术以光能和超声波为能源，具有操作简单、反应条件温和、没有二次污染等优点，在水处理领域得到了较快的发展。

同光催化反应相似，声催化需要在反应池中投加催化剂，纳米催化剂在水中往往会发生团聚现象，且不易分离。催化剂和负载的耦合可以有效的解决上述问题。现有的负载材料种类繁多，包括天然有机物、玻璃、吸附剂、陶瓷等，其中效果最佳者多为多孔吸附类材料，如沸石、活性炭等。沸石是一种天然矿物，比较廉价，但不同的产地的沸石规格不一，性能有好有坏，不是一种理想的载体材料。活性炭（AC）具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、表面非极性化学性质以及强吸附特性，是种非常优秀的载体材料，但其价格相对较高。而污泥制做的陶粒成本较低，孔隙发达，且技术成熟，是一种适合工业化的载体材料。但是如何让声催化剂和液体有效分离，达到污水的连续处理，成为限制其应用。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种基于三相分离的声光催化反应装置及水处理工艺，可用于印染废水、医药废水、造纸废水等难降解有机废水的降解领域。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种基于三相分离的声光催化反应装置，包括反应池、超声换能器、曝气管、三相分离组件、灯源，反应池上端封闭，所述灯源安装在反应池内中部，三相分离组件安装在反应池内上部，曝气管安装在反应池内下部，若干超声换能器安装在反应池周侧外壁，超声换能器包括低频超声波换能器、高频超声波换能器，超声换能器与超声波发生器电性连接，反应池下部设置有进水口、反应池上部周侧设有出水口，反应池底部设置有排泥口；所述灯源为无极紫外灯，灯源安装在石英护管内，所述三相分离组件包括集气罩、沉降斜面、溢流堰，所述集气罩安装在反应池中部，集气罩经管路连通反应池上端的排气口，沉降斜面为套设在集气罩为的倒锥形筒，溢流堰位于沉降斜面上方，溢流堰设置在出水口输入端，倒锥形筒、溢流堰均安装在反应池侧壁，集气罩与反应池内液面之间形成气室。

进一步的，所述反应池底呈圆筒状，其下端为倒四棱锥形，排泥口设置在反应池下底中部。

进一步的，所述排泥口经带有阀门的排放管连接沉淀池。

进一步的，所述石英护管内安装至少一个灯源，所述石英护管设置至少一个，设置多个时，其在反应池内均匀分布。

进一步的，所述超声换能器于反应池外周侧壁等间距分布。

进一步的，位于反应池外周侧壁左侧及前侧的超声换能器为低频超声波换能器，低频超声波换能器与低频超声波发生器电性连接，位于反应池外周侧壁右侧及后侧的超声换能器为高频超声波换能器，高频超声波换能器与高频超声波发生器电性连接。

进一步的，所述曝气管上各个输出口均安装有微孔曝气头，曝气管的输入端经带有阀门的进气管连空压机。

进一步的，所进水口经装有阀门及水泵的进水管连接水箱。

一种水处理工艺，包括以下步骤：

步骤1：向反应池内注入催化剂颗粒材料，开启灯源和超声发生器；

步骤2：打开进水管上的阀门，通过水泵将废水送入反应池内；

步骤3：打开进气管上的阀门，通过空压机向曝气管中送入压缩空气，压缩空气经微孔曝气头送入反应池内，废水中的难降解有机物在反应池内通过催化剂的声光催化作用下得到降解，处理后的废水中的空气通过集气罩收集后排出反应池，固体物经沉降斜面通过重力作用向下沉降，液体则经溢流堰由出水口送出。

进一步的，催化剂负载材料为污泥制备而得的陶粒，所选陶粒粒径均匀、大小可调。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单、操作维修简便，具有声光催化功能，催化活性高、高效节能，能够连续有效的处理难降解污染物，矿化大部分有机物，净化水质。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本装置的结构示意图。

图中：1-水箱；2-水泵；3-超声发生器；4-超声换能器；5-集气罩；6-气室；7-沉降斜面；8-石英护管；9-反应池；10-灯源；11-空压机；12-曝气管；13-沉淀池；14-溢流堰；15-压力表。

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。

如图1所示，一种基于三相分离的声光催化反应装置，包括反应池9、超声换能器4、曝气管12、三相分离组件、灯源10，反应池上端封闭，所述灯源安装在反应池内中部，三相分离组件安装在反应池内上部，曝气管安装在反应池内下部，若干超声换能器安装在反应池周侧外壁，超声换能器包括低频超声波换能器、高频超声波换能器，超声换能器与超声波发生器3电性连接，反应池下部设置有进水口、反应池上部周侧设有出水口，反应池底部设置有排泥口；所述灯源为无极紫外灯，灯源安装在石英护管8内，石英护管上下端用密封圈封好，避免进水，所述三相分离组件包括集气罩5、沉降斜面7、溢流堰14，所述集气罩安装在反应池中部，集气罩经管路连通反应池上端的排气口，沉降斜面为套设在集气罩为的倒锥形筒，溢流堰位于沉降斜面上方，溢流堰设置在出水口输入端，倒锥形筒、溢流堰均安装在反应池侧壁，集气罩与反应池内液面之间形成气室6。

在本实施例中，曝气管通过曝气使催化剂在液体中均匀分布，同时充入的氧气有助于空化气泡的形成，从而增强声催化的降解作用；三相分离组件用于气、液、固三相分离，实现固体催化剂的有效分离，避免催化剂的外流；超声换能器包括低频超声波换能器、高频超声波换能器，以保证反应池中的超声场处于活跃状态，增加空化气泡成核数量；超声换能器安装在反应池外壁，可有效的降低水体发热，避免对催化剂催化活性的影响，也可避免水中具有氧化性物质的腐蚀。

在本实施例中，所述反应池底呈圆筒状，其下端为倒四棱锥形，排泥口设置在反应池下底中部。

在本实施例中，所述排泥口经带有阀门的排放管连接沉淀池13，沉淀池有利于沉淀收集反应池底部废水中的固体催化剂，便于催化剂的回收再利用。

在本实施例中，所述石英护管内安装至少一个灯源，所述石英护管设置至少一个，设置多个时，其在反应池内均匀分布。

在本实施例中，所述超声换能器于反应池外周侧壁等间距分布。

在本实施例中，位于反应池外周侧壁左侧及前侧的超声换能器为低频超声波换能器，频率为30 kHz，低频超声波换能器与低频超声波发生器电性连接，位于反应池外周侧壁右侧及后侧的超声换能器为高频超声波换能器，频率为100 kHz，高频超声波换能器与高频超声波发生器电性连接。

在本实施例中，所述曝气管上各个输出口均安装有微孔曝气头，用于搅拌液体，使催化剂分布均匀，并向液体中充入空气，提高空化气泡的产生，曝气管的输入端经带有阀门的进气管连空压机11。

在本实施例中，所进水口经装有阀门及水泵2的进水管连接水箱1。

一种水处理工艺，包括以下步骤：

步骤1：向反应池内注入催化剂颗粒材料，开启灯源和超声发生器；

步骤2：打开进水管上的阀门，通过水泵将废水送入反应池内；在超声和光源的激发下，催化剂产生具有强氧化性的活性物质，以实现混合废水的高效处理；

步骤3：打开进气管上的阀门，通过空压机向曝气管中送入压缩空气，压缩空气经微孔曝气头送入反应池内，鼓入的空气可以使催化剂分布均匀，同时可以提升空化气泡成核数量，进一步提高有机物的降解速率，同时，超声空化产生的微射流和湍流避免催化剂团聚现象，增加催化剂可使用的活性位点，提高声催化活性，在超声场的作用下，超声空化作用产生的微射流和局部湍流可以使催化剂和有机物充分接触，同时空化作用产生的声致发光也有效的提升了催化剂的催化活性，增加了光生电子和光生空穴的产出率，可以有效的提高废水的降解效率，废水中的难降解有机物在反应池内通过催化剂的声光催化作用下得到降解，处理后的废水中的空气通过集气罩收集后排出反应池，固体物经沉降斜面通过重力作用向下沉降，液体则经溢流堰由出水口送出。

在本实施例中，催化剂负载材料为污泥制备而得的陶粒，所选陶粒粒径均匀、大小可调。

本装置采用超声波的振动、空化和微射流联合作用，催化剂发生电子跃迁的途径增加，产生的氧化活性物质明显增加；本装置采用微纳米级光催化剂颗粒物在溶液中能保持良好的分散性能，可以明显改善固体声光催化剂与液体界面之间的传质效率；细小的催化剂颗粒物也不容易粘附石英管外壁上，从而保证了光源的有效辐射效果，这些叠加而产生的协同作用可以有效提高废水的降解效率；

本装置采用三相分离器用于分离催化剂可以节省能源，避免催化剂的流失；本装置通过曝气装置鼓入的空气不仅可以使催化剂分布均匀，还可以提高空化气泡的产生，加速有机物的降解速率。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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专利，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专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：包括反应池、超声换能器、曝气管、三相分离组件、灯源，反应池上端封闭，所述灯源安装在反应池内中部，三相分离组件安装在反应池内上部，曝气管安装在反应池内下部，若干超声换能器安装在反应池周侧外壁，超声换能器包括低频超声波换能器、高频超声波换能器，超声换能器与超声波发生器电性连接，反应池下部设置有进水口、反应池上部周侧设有出水口，反应池底部设置有排泥口；所述灯源为无极紫外灯，灯源安装在石英护管内，所述三相分离组件包括集气罩、沉降斜面、溢流堰，所述集气罩安装在反应池中部，集气罩经管路连通反应池上端的排气口，沉降斜面为套设在集气罩为的倒锥形筒，溢流堰位于沉降斜面上方，溢流堰设置在出水口输入端，倒锥形筒、溢流堰均安装在反应池侧壁，集气罩与反应池内液面之间形成气室。

2.根据权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：所述反应池底呈圆筒状，其下端为倒四棱锥形，排泥口设置在反应池下底中部。

3.根据权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：所述排泥口经带有阀门的排放管连接沉淀池。

4.根据权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：所述石英护管内安装至少一个灯源，所述石英护管设置至少一个，设置多个时，其在反应池内均匀分布。

5.根据权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：所述超声换能器于反应池外周侧壁等间距分布。

6.根据权利要求5所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：位于反应池外周侧壁左侧及前侧的超声换能器为低频超声波换能器，低频超声波换能器与低频超声波发生器电性连接，位于反应池外周侧壁右侧及后侧的超声换能器为高频超声波换能器，高频超声波换能器与高频超声波发生器电性连接。

7.根据权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：所述曝气管上各个输出口均安装有微孔曝气头，曝气管的输入端经带有阀门的进气管连空压机。

8.根据权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于：所进水口经装有阀门及水泵的进水管连接水箱。

9.一种水处理工艺，采用如权利要求1所述的基于三相分离的声光催化反应装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：向反应池内注入催化剂颗粒材料，开启灯源和超声发生器；

步骤2：打开进水管上的阀门，通过水泵将废水送入反应池内；

步骤3：打开进气管上的阀门，通过空压机向曝气管中送入压缩空气，压缩空气经微孔曝气头送入反应池内，废水中的难降解有机物在反应池内通过催化剂的声光催化作用下得到降解，处理后的废水中的空气通过集气罩收集后排出反应池，固体物经沉降斜面通过重力作用向下沉降，液体则经溢流堰由出水口送出。

10.根据权利要求9所述的水处理工艺，其特征在于：催化剂负载材料为污泥制备而得的陶粒，所选陶粒粒径均匀、大小可调。

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