CN1415557A - 一种悬浮光催化氧化水处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种悬浮光催化氧化水处理装置，属于生活及工业水处理技术领域。它主要包括反应器，空气供给装置，进水系统和出水系统；在反应器内设有隔板将反应器分为灯区和膜区两部分；本发明在灯区和膜区底部各设置一个微孔曝气气室，并在膜组件下方设置辅助多孔布气管。通过微孔板的满底曝气和辅助多孔布气管的间歇曝气，防止了粉末催化剂的下沉，同时有利于有机物的高效分解，防止了膜堵塞，有效的延长了处理周期。本发明还在灯区设置了通风装置，解决了由于灯管温度升高所造成灯管表面结垢等问题。具有反应速率高，能长期连续运行的特点，其操作性和安全性也得到了进一步提高。既适用于有机废水的降解，也适用于有机废水中所含有的细菌的灭菌和除菌。

Description

一种悬浮光催化氧化水处理装置
技术领域
本发明属于生活及工业水处理技术领域，特别涉及一种光催化氧化水处理装置的结构设计。
背景技术
光催化氧化水处理方法是一项刚兴起不久的水处理技术，具有氧化有机物彻底、能氧化绝大多数有机物以及反应条件温和等优点，在环境领域有着非常广泛的前景。中国专利申请《与膜分离设备相组合的悬浮光催化氧化水处理方法及其装置》(公开号：CN1262229A)公开了一种悬浮光催化氧化水处理方法及装置，该方法是使具有多孔结构、粉末状的光催化剂颗粒与待处理水混合形成悬浮催化剂的混合液；将混合液送入反应器，并对该混合液进行强制循环。在反应器内设有灯区和膜区两部分，灯区内设有多个紫外灯光源，在膜区内设置膜分离装置，紫外灯产生的光可被催化剂有效利用，使经处理后的水与催化剂颗粒分离，处理水经过膜分离装置过滤后被抽出该反应器，催化剂被截留在反应器内循环使用，使水处理过程实现连续运行。由于采用粉末状的光催化剂，该方法可以增加催化剂颗粒的比表面积及其有效利用率，提高反应速率，同时利用膜进行有效分离催化剂和处理出水，进而实现连续运行。但该专利技术在实际运行过程中存在如下缺陷：
①尽管在反应器内设置导流区及采用强制循环，但并未能使催化剂达到充分搅拌均匀的目的，反应器长期运行以后催化剂浓度出现较大程度上的降低(连续运行一周以后，反应器内催化剂浓度下降了50％)，严重影响了反应器的处理效率。
②尽管膜能有效对催化剂和处理水进行有效的分离，但连续运行中由于催化剂在膜表面积累导致膜污染严重，膜阻力上升较快(膜过滤阻力上升速率为5×105m-1s-1)，为了降低膜阻力，需要定期清洗，使得对膜清洗的周期变短，不利于连续运行。
③连续运行中由于灯的照射使得灯管温度升高，灯管表面结垢，严重影响光的透射效果(运行一周以后，套管壁的光强下降了90％)，大大降低光催化反应速率，从而影响到反应器的处理效率。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是在现有技术的基础上对其装置进行改进，使其具有反应速率高、能长期连续运行，从而进一步提高反应器的处理效率。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种悬浮光催化氧化水处理装置，主要包括反应器，空气供给装置，由进水箱、水泵和进水管组成的进水系统及由出水箱、出水泵组成的出水系统，在所述反应器内设置有隔板将反应器分为灯区和膜区两部分，所述的灯区内布置多个带有套管的紫外灯，其特征在于：在所述反应器的灯区和膜区底部各设置一个微孔曝气气室，该微孔曝气气室的顶部设有微孔曝气板，所述的微孔曝气气室通过管道与所述空气供给装置连接；在所述反应器内的膜组件下方设置一个辅助多孔布气管，该布气管通过管道与空气供给装置连接。在反应器底部通过微孔板的满底曝气，可有效地促进催化剂混合液的混合和循环，并可防止粉末催化剂的下沉。另外通过在膜组件下方设置的辅助多孔该布气管的间歇曝气，可使沉积在膜表面的污染物脱落，防止过滤膜堵塞。
本发明所述的装置还包括一个由鼓风机、气体流量计和通风管组成的通风装置，所述的通风管设置在灯区内并与每个紫外灯套管连接。作为光源的灯管安装在可通风的套管中，利用通风降低套管温度，可有效防止套管表面结垢和泥垢粘附。
本发明的特征还在于在所述的空气供给装置和辅助多孔布气管相连的管路上设置了一个由时间控制器控制的电磁阀以及在两个微孔曝气气室与空气供给装置连接的管路上分别设置了由时间控制器控制的电磁阀。
为了增加灯区的光强，提高反应效率，本发明在所述的反应器灯区内壁贴有反射膜。
该装置还设有报警系统，所述的报警系统是由设置在反应器中的液位控制器和报警器及系统电源组成，以防止反应器由于不正常运转导致反应器中液体溢出。
本发明还在所述的进水系统中设置了液位控制器，用以控制进水泵的开停。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性进步：本发明由于在反应器底部通过微孔板的满底曝气，不仅使反应器中的曝气均匀性得到改善，有效地促进了催化剂混合液的混合和循环，防止粉末催化剂的下沉，而且有利于有机物的高效分解。另外通过在膜组件下方设置的辅助多孔布气管的间歇曝气，使膜的抖动加强，降低了催化剂颗粒在膜丝间的聚积，催化剂浓度降低也较缓慢；可使沉积在膜表面的污染物脱落，防止过滤膜堵塞，延长了处理周期。本发明还在灯区设置了通风装置，从而解决了由于灯的照射使得灯管温度升高，造成灯管表面结垢，影响光的透射效果的问题。总之，本发明有效地解决了现有技术的不足和缺陷，具有反应速率高，并能长期连续运行的特点，同时其操作性和安全性也得到了进一步提高。该装置不仅适用于有机废水的降解，也适用于有机废水中所含有的细菌的灭菌和除菌。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为反应器微孔曝气气室的结构示意图。
图3为设有辅助多孔布气管的反应器膜区的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施。
本发明所提供的悬浮光催化氧化水处理装置主要包括反应器1、空气供给装置55，由进水箱72、水泵71和进水管组成的进水系统以及由出水箱32、出水泵31组成的出水系统。所述的反应器1内部设有隔板2、膜组件3、紫外灯光源4；隔板2将反应器分成灯区和膜区两部分，根据混合液中有机物含量，其设置位置可适当调整，以利于提高有机物的分解效果。在灯区和膜区的底部各设置一个微孔曝气气室5，该微孔曝气气室的顶部设有不锈钢微孔曝气板51，两个微孔曝气气室分别与由时间控制器54控制的电磁阀52、53相连，进而与空气压缩机55相连，时间控制器54通过控制对电磁阀52、53的通断可实现在膜区曝气、灯区曝气或两区同时曝气。微孔曝气板51进行满底曝气，从而防止了混合液中的粉末光催化剂的下沉，使光催化剂均匀地分布在混合液中，通过保持混合液中光催化剂的均匀分散，可保证有机物光催化降解的稳定进行。在所述反应器内的膜组件下方设置一个辅助多孔布气管6，该布气管亦通过管道与空气供给装置连接55。通过辅助多孔布气管6对膜组件3进行间歇曝气，过滤膜上附着的有机物一部分受到气泡的冲刷从过滤膜表面脱落下来，因此可以防止过滤膜的堵塞。
膜组件3通过出水管与出水箱32相连接，出水泵31安装在出水管中间，通过抽吸作用，将混合液经膜过滤，粉末光催化剂(TiO2)被膜截留保持在反应器中，出水则由出水泵31的抽吸进入出水箱32。
紫外灯光源4的形状为棒状，放置在石英套管41的中间，在反应器1的格子区域内安装有多个紫外灯光源4，光源点灯数可根据反应器1内的混合液的处理量由控制器45控制。为了降低套管的温度，本发明设有通风装置，该装置包括鼓风机43、气体流量计44和通风管42，通风管42设置在反应器内与每个石英套管41相连。反应器1的内壁粘贴有反射膜9，可使来自光源4的光线反射回反应器。伴随光的照射可有效地分解有机物，因此能够长期稳定地处理含有机废水。
由设置在膜组件3下方的辅助多孔布气管6与由时间控制器62控制的电磁阀61相连，进而与空气压缩机55相连，由时间控制器62控制反冲时间。
进水时由液位计7控制进水泵71，当反应器内液面低于一定水平时，进水泵71开启，进水由进水箱72经过进水泵71和止回阀73进入反应器，当反应器内液面高于一定水平时，进水泵停止，这样使反应器内的水量始终保持相对恒定。
本发明通过另一液位计8监测反应器中的水位，当水位达到异常值时，警报器82发出警报，同时切断系统总电源81，系统停止运转，这样可增加系统的安全性。
实施例：
本发明基于处理含有初始浓度0.27mmol/L对氯苯钾酸微污染水，光催化剂采用粒径在1～10μm的TiO2。光源采用254nm波长的紫外灯，辅助多孔布气管直径为15mm的聚氯乙烯(PVC)管，一端封闭，在管上钻直径为0.5-1mm的孔，每孔间距2～5mm。不锈钢微孔板微孔孔径为5微米(可以购买成品)。
反应器主体尺寸：0.555×0.45×1.5m3。连续运行40天以上：本发明的主要数据及效果如下：
①反应器中的曝气均匀性得到改善，催化剂沉降由原来的0.03g/l d，变为0.0025g/ld，按照连续运行催化剂浓度降低25％以上就能够明显影响处理效果计算，可以提高反应器连续运行周期120倍。
②降低了催化剂颗粒在膜丝间的聚积及膜表面和膜孔内的污染。在其他处理参数相同情况下，膜阻力由原来的5×105m-1s-1下降为1.3×105m-1s-1，可以延长处理周期3.8倍。同时催化剂浓度降低也较缓慢。
③通风量在0.5m3/h，其他条件保持相同，一周后套管光强下降16％，低于没有通风装置时套管光强下降90％，延长试验周期5倍以上。

Claims (7)

1.一种悬浮光催化氧化水处理装置，主要包括反应器(1)，空气供给装置(55)，由进水箱(72)、水泵(71)和进水管组成的进水系统以及由出水箱(32)、出水泵(31)组成的出水系统，在所述反应器内设置有隔板(2)将反应器分为灯区和膜区两部分，所述的灯区内布置多个带有套管(41)的紫外灯(4)，其特征在于：在所述反应器的灯区和膜区底部各设置一个微孔曝气气室(5)，该微孔曝气气室的顶部设有微孔曝气板(51)，所述的微孔曝气气室通过管道与所述空气供给装置(55)连接；在所述反应器内的膜组件(3)下方设置一个辅助多孔布气管(6)，该布气管通过管道与空气供给装置连接。
2.按照权利要求1所述的悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于：该装置还包括一个由鼓风机(43)、气体流量计(44)和通风管(42)组成的通风装置，所述的通风管(42)设置在灯区内并与每个紫外灯套管(41)连接。
3.按照权利要求1或2所述的悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于：在所述的空气供给装置(55)和辅助多孔布气管(6)相连的管路上设置由时间控制器(62)控制的电磁阀(61)。
4.按照权利要求1或2所述的悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于：在两个微孔曝气气室(5)与空气供给装置(55)连接的管路上分别设置由时间控制器(54)控制的电磁阀(52)、(53)。
5.按照权利要求1所述的悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于：所述的反应器灯区内壁贴有反射膜(9)。
6.按照权利要求1所述的悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于：所述的进水系统还包括液位控制器(7)。
7.按照权利要求1所述的悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于：该装置还包括一个报警系统，所述的报警系统包由设置在反应器(1)中的液位控制器(8)和报警器(82)及系统电源(81)组成。
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