CN200974780Y - 一种集射流流化、沉淀分离为一体的光催化水处理装置 - Google Patents

Abstract

一种集射流流化、沉淀分离为一体的光催化水处理装置，涉及一种光催化水处理装置。集反应器(2)和集水器(8)为一体；集水器(8)的球形封头(11)上有出水阀(10)和放空阀(9)；球形封头(11)与反应器(2)的斗形封头(7)间有壳体支撑(12)；反应器(2)内有筒状隔板(6)与挡板(5)，筒状隔板(6)与斗形封头(7)间有隔板支撑(13)，挡板(5)和反应器(2)的正方形壳体(3)间有斜板沉淀器(4)；集水器(8)顶上有安装紫外灯(14)和射流器(21)的钢架；射流器(21)出水管的底端有使水流形成对射的三通；出水管一旁并排还有进水管。本实用新型节能降耗，结构合理，维修方便，处理效果好，可广泛用于处理水和废水。

Description

一种集射流流化、沉淀分离为一体的光催化水处理装置

技术领域

一种集射流流化、沉淀分离为一体的光催化水处理装置，涉及一种光催化水处理装置。尤其涉及一种可有效去除水中有机物的光催化水处理装置。

背景技术

现代化工业在近几十年的迅速发展，尤其是合成化学工业的突飞猛进，使得人工合成有机化合物的种类和产量猛增。它们通过不同的途径进入人类环境尤其是水环境，使水体的物理化学性发生了显著的变化。据统计，水环境中的有机污染物高达96000种之多，其中很多是有毒和“三致”物质，不仅给环境带来危害，而且对人类的健康也造成了威胁。因此，去除水中的有机污染物已成为水处理的首要任务之一。目前普遍采用的方法是有机物的生物降解法。但是，对于一些高浓度、难降解有机废水，如垃圾渗滤液、制药废水、焦化废水、造纸废水、石油化工废水等，因其含有机物和氨氮的浓度都很高，甚至具有毒性，生物降解性差，传统的生化处理往往难以取得预想效果。

光催化氧化主要利用光源照射TiO₂等光催化剂以产生氧化能力强的自由基来实现对水中有机物的降解，以UV/TiO₂最为常见。其独特的优势在于：(1)能氧化除少数几种有机物之外的绝大多数有机物。(2)可将有机物完全矿化为CO₂和H₂O等简单、对环境无害的无机物。传统的固定膜光催化氧化需要采用一定的方法首先制成TiO₂膜，由于成膜方法复杂、成本高，且成膜的厚度十分有限，造成光催化氧化反应的效率低，难以适应实际工程的要求；另外，光催化剂膜“中毒”后的清洗或更换复杂，这就更加限制了光催化氧化技术向实用型技术的转化。与传统的固定膜光催化反应器比较而言，悬浮相光催化氧化的速率较高，但是，催化剂的分离和连续性运行问题成为该技术向前发展的最大障碍。中国发明专利(98111597)介绍了一种“光催化与膜分离集成的水处理方法”，其主要有两大特征，一是采用泵循环辅以气伴的方式，使反应槽内催化剂呈悬浮状态，增加光催化剂与废水的接触面积，提高光催化降解效率；二是将光催化与膜技术相结合，以便催化剂颗粒的分离回收。但是，由于气伴的混合效果有限，溶液中的悬浮的催化剂易沉积到底部呈现上疏下密的不均匀态，影响降解效果。另外，反应后的水直接进入膜装置，导致光催化剂容易直接沉积在膜表面，加速膜的污染，且频繁的反冲洗也会减少膜的寿命。中国发明专利(00103229.1)也介绍了相关的一种“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”，与上述专利比起来有改进之处，首先是在反应器内设置沉淀区，减轻膜的负荷，从某种程度上解决了反冲洗问题；再者采用空气供给装置、导流装置、搅拌装置加强粉末催化剂与水的混合。但缺点也是显而易见的：(1)沉淀区置于反应区上方，其作用相当于静沉，与反应区的界限不明显，沉淀效果受到置疑。(2)反应器结构复杂，需好几套装置达到良好的混合和曝气效果，将此装置应用于实践有一定的难度。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，设计一种结构简单、制作容易、适用于实际水处理工程需要的、能高效去除水中各种有机物的光催化氧化水处理装置。

为了达到上述目的，本实用新型是这样进行的：该装置集中心的反应器和外围的集水器为一体；集水器由圆柱形器壁和底部的球形封头构成，球形封头上设有出水阀和放空阀；反应器由正方形壳体和底部的斗形封头构成；球形封头与斗形封头之间固有壳体支撑；  反应器内通过筒状隔板分成内圈的反应区和外圈的分离区两部分，筒状隔板与斗形封头之间固有隔板支撑，筒状隔板底部与斗形封头之间留有工艺要求的缝隙，使反应区和分离区既相互分隔又留有小的通道；筒状隔板与正方形壳体之间设有挡板，挡板围绕正方形壳体并与其平行；正方形壳体和挡板之间固有斜板沉淀器，斜板沉淀器由按工艺设定数量的与水平方向成60°的斜板组成；集水器的圆柱形器壁顶端上固有两组钢架，每组钢架由并排的间隙与紫外灯灯管宽度相当的两根钢条组成，两条钢条上固有钢板，钢板开有安装紫外灯的孔；钢条上还固有支架底板，每块支架底板上各焊一根竖起的槽钢，槽钢的顶端共同固结一块开孔的安装射流器的搁板，射流器的出水管穿过搁板的孔并伸入反应器底部，射流器的出水管的底端固有一个使水流形成对射的三通；射流器的出水管一旁并排还设有与进水阀连接的进水管。

本实用新型具有如下的优点：

1.由于本实用新型的光催化反应器上面通过槽钢支架固定安装有射流器，与现有技术比较省掉了空气供给装置、导流装置、搅拌装置，因此本实用新型具有结构简单、制作容易的优点。

2.由于本实用新型的射流器的强烈的混合搅拌和曝气作用，使催化剂处于高悬浮的紊流状态，加强了反应器内催化剂颗粒与紫外灯激发光源和废水中有机物之间的接触，使反应速率大大提高，同时将吸入的空气打入反应液中，形成细小的气泡，在水流得剧烈紊动下，反应液与空气中的氧气接触摩擦，使反应液中的氧气得到充分的补充，因此进一步提高光催化剂的利用率。

3.由于本实用新型设置了斜板沉淀装置，与单纯的自然静沉相比，沉淀效率大大提高，使绝大部分的悬浮态催化剂都能沉下去。同时反应区和分离区的底部的斗形封头利于沉下的催化剂下滑进入反应器，因此本实用新型的沉淀分离效果好，出水中的催化剂含量大大减少，减轻了后续膜处理工艺的负荷，延长膜的使用寿命。

4.由于隔板和挡板简单、合理、巧妙的设计，使光催化反应器的反应区和分离区既相互分隔又留有一定缝隙。反应出水由挡板和隔板引流到分离区，出水中的光催化剂在分离区斜板沉淀器的作用下下沉，并沿着空隙返回反应区继续参与反应。这样，不仅提高了催化剂的利用率，而且也保证了整个工艺能够不间断地连续运行。

5.由于射流器的出水管底端有一个三通，该三通的两头出口弯曲成与斗形封头的斜板平行，使射流泵来的水流分为两路形成对射，有利于水旋流成竖直方向，停留在反应区充分反应，防止进入反应区的水出现短流，即防止待处理水沿着隔板与斗形封头之间的缝隙直接进入分离区，因此有利于提高光催化剂的利用率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图2为本实用新型的俯视图

图3为本实用新型的工作示意图。

其中，图中的图标号说明如下：

1-进水阀；2-反应器；3-正方形壳体；4-斜板沉淀器；5-挡板；6-筒状隔板；7-斗形封头；8-集水器；9-放空阀；10-出水阀；11-球形封头；12-壳体支撑；13-隔板支撑；14-紫外灯；15-螺母；16-钢板；17-钢条；18-支架底板；19-螺栓；20-搁板；21-射流器；22槽钢；23-射流泵；  24-膜前压力表；25-进水控制阀；26-膜分离器放空阀；27-无机膜元件；28-膜分离器；29膜后压力表；30-合格水控制阀；31-合格水流量计；32-回流水控制阀；33-回流水流量计。

具体实施方式

请参阅图1和图2。

本实用新型集中心的反应器2和外围的集水器8为一体；集水器8由圆柱形器壁和底部的球形封头11构成，球形封头11上设有出水阀10和放空阀9；反应器2由正方形壳体3和底部的斗形封头7构成；球形封头11与斗形封头7之间焊有4根壳体支撑12，使两者固定连接；反应器2内通过筒状隔板6分成内圈的反应区和外圈的分离区两部分，筒状隔板6与斗形封头7之间固有4根隔板支撑13，用来固定筒状隔板6，筒状隔板6底部与斗形封头7之间留有工艺要求的缝隙，使反应区和分离区既相互分隔又留有小的通道；筒状隔板6与正方形壳体3之间设有挡板5，挡板5围绕正方形壳体3共4块，可以围成一个四方形，形成上下贯通的四方体；正方形壳体3和挡板5之间固有斜板沉淀器4，斜板沉淀器4由一系列的的斜板4组成，每块斜板都与水平方向成60°，斜板数量按工艺要求设定；集水器8的圆柱形器壁顶端上固有两组钢架，每组钢架由两根并排的，间隙与紫外灯14灯管宽度相当的钢条17组成，在反应区范围内的两根钢条17上通过螺栓19和螺母15固定上、下两块钢板16，钢板16开有能穿插紫外灯14灯管的孔，用来安装紫外灯14；在钢板16外侧的钢条17上还固有支架底板18，每块支架底板18上各焊一根竖起的槽钢22，槽钢22的顶端共同固结一块开孔的搁板20，搁板20上安装有射流器21，射流器21的出水管穿过搁板20的孔并伸入反应器2底部，射流器21的出水管的底端固有一个三通，三通的两头出口弯曲成与斗形封头11平行于的斜板，使出水管水流分为两路形成对射；射流器21的出水管一旁并排还设有与进水阀1连接的进水管。

废水经伸入底部的进水管进入反应区，与光催化剂充分反应后通过挡板5和筒状隔板6之间的通道向下流，进入分离区，随后在分离区斜板沉淀器4的斜板的作用下，光催化剂被羁留，上清液流入集水器8。沉降性能好的光催化剂经斗形封头7的斜板滑入的反应区再与进水混合发生光催化反应。

请参阅图3。

工作时，将本实用新型与带有无机膜元件27的膜分离器28联合起来进行运转。打开进水阀1，使待处理水进入并充满本实用新型。再投加光催化剂粉末至反应区，并打开催化诱发光源紫外灯14，同时打开射流泵23、出水阀10、进水控制阀25和回流水控制阀32，不断地对回流量进行调节，直至反应区内的催化剂充分的悬浮流化。再打开进水阀1与合格水出水阀30，待处理的水不断流入，在反应区与光催化剂充分混合反应，然后通过挡板5和筒状隔板6之间的通道变为向下流进入分离区，在斜板沉淀器4的作用下，悬浮液中的光催化剂被羁留，上清液流入集水器8。沉降性能好的光催化剂经斗形封头7的斜板滑入反应区与进水混合发生光催化反应。集水器8的出水进入膜分离器28下部，由无机膜侧面进入无机膜元件27内部的清水室，再由膜分离器28顶部流出，成为合格的出水，经合格水出水阀30直接排放或回用。滞留在膜分离器28内的一部分废水在射流器21和射流泵23的作用下高速回流至反应区，膜截留下来的催化剂也随回流水进入反应区继续参与光催化反应。回流水经过射流器21时融入大量气体，然后通过伸入反应器2底部的射流器出水管对废水进行混合搅拌，实现光催化剂的流态化。废水不断进入，合格水不断流出，回流水在本实用新型和膜分离装置28中不断循环，并发生光催化反应。调节合格水出水阀30，控制合格水流量计31得到符合设计要求的出水流量，同时对射流器21回流水量进行调节，使其恰好能满足射流混合搅拌和光催化氧化反应的要求。当废水在反应器内与催化剂充分混合流化时，在紫外线的照射下，光催化剂被激发并产生具有极强氧化能力的羟基自由基(·OH)，可直接将水中的有机污染物氧化降解为CO₂、H₂O等简单无机物。由于催化剂处于悬浮状态，与有机物反应速率大大提高。在光催化氧化反应进行的同时，光催化剂与系统出水实现同步分离。采用本实用新型的光催化及同步分离技术，大大减轻了无机膜分离的负担，保证了分离效果，并确保了无机膜的寿命。因此适用于对各种难降解有机废水、高浓度、高色度有机废水的处理，以及饮用水的深度处理和高纯水的终端处理及预处理等。

Claims (1)

1.一种集射流流化、沉淀分离为一体的光催化水处理装置，其特征是：该装置集中心的反应器(2)和外围的集水器(8)为一体；集水器(8)由圆柱形器壁和底部的球形封头(11)构成，球形封头(11)上设有出水阀(10)和放空阀(9)；反应器(2)由正方形壳体(3)和底部的斗形封头(7)构成；球形封头(11)与斗形封头(7)之间固有壳体支撑(12)；反应器(2)内通过筒状隔板(6)分成内圈的反应区和外圈的分离区两部分，筒状隔板(6)与斗形封头(7)之间固有隔板支撑(13)，筒状隔板(6)底部与斗形封头(7)之间留有工艺要求的缝隙，使反应区和分离区既相互分隔又留有小的通道；筒状隔板(6)与正方形壳体(3)之间设有挡板(5)；挡板(5)和正方形壳体(3)之间固有斜板沉淀器(4)，斜板沉淀器(4)由与水平方向成60°的斜板组成；集水器(8)的圆柱形器壁顶端固有两组钢架，每组钢架由并排的间隙与紫外灯(14)灯管宽度相当的两根钢条(17)组成，两条钢条(17)上固有钢板(16)，钢板(16)开有安装紫外灯(14)的孔；钢条(17)上还固有支架底板(18)，每块支架底板(18)上各焊一根竖起的槽钢(22)，槽钢(22)的顶端固结一块开孔的安装射流器(21)的搁板(20)，射流器(21)的出水管穿过搁板(20)的孔伸入反应器(2)底部，该出水管的底端固有一个使水流形成对射的三通；射流器(21)的出水管一旁并排还设有与进水阀(1)连接的进水管。

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