CN201485308U

CN201485308U - 一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置

Info

Publication number: CN201485308U
Application number: CN2009201924073U
Authority: CN
Inventors: 傅雅琴; 朱曜峰; 丁艳杰; 庞邦永
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2019-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置。有机废液蓄水箱下端的出水口经进液泵、流量计接入预处理光催化反应系统下端的进水口，预处理光催化反应系统上端的出水口经第一阀门接入深度光催化反应系统下端的进水口接入，深度光催化反应系统下端的进水口同时经第二阀门、另一流量计接入另一进液泵的出水口，另一进液泵的进水口接入净化水蓄水箱下端的出水口，深度光催化反应系统上端的出水口接入净化水蓄水箱上端的进水口。该光催化集成装置具有双系统水处理体系，内部结构简单，耐冲击性强，能量利用合理，光催化氧化效率高的优点，而双系统水处理体系的建立使有机物的矿化更彻底，操作更方便，该装置易实用化、工业化、商业化。

Description

一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置

技术领域

本实用新型涉及有机废水的处理装置，尤其是涉及一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置。

背景技术

自从上个世纪以来，全球工业得到了迅猛的发展，工业的发展不仅给人类带来了日新月异的变化，同时也给人类赖以生存的环境造成了巨大的威胁，因此环境的治理受到广泛关注。传统的水处理工艺有化学沉淀法、物理分离法、电凝法、活性炭吸附、生物质降解等，但是这些处理工艺大部分存在处理工艺复杂、处理费用高、操作繁琐、受外界环境因素影响较大、对废水有机物去除不彻底等不足，而受到一定的限制。而半导体金属氧化物光催化氧化技术对废水有机物的降解具有无选择性并能进行深度反应而使有机物发生彻底矿化，是一种理想的环境污染治理技术。

TiO₂具有高比表面积、光催化活性高、光化学性质，无毒、廉价且无二次污染等优点而成为理想的光催化材料。目前，二氧化钛的应用形式主要有两种：纳米粉体和固定化光催化材料，这两种应用方式分别推动了悬浮式和固定式光催化反应器的发展。悬浮式光催化反应器存在二氧化钛易流失，难回收的不足，另外，二氧化钛在水中易凝聚，从而影响催化活性。因此这种光催化反应器在实际应用中很难得到规模化，产业化。而固定式光催化反应器有效克服了这些不足，但由于目前开发的固定式光催化反应器其催化剂载体大部分以玻璃、不锈钢，陶瓷为载体，这类载体虽然符合使用环境的基本要求，但存在比表面积小，光利用率低，降解效率低等不足，所以同样未出现大规模工业化应用，大部分处于研究或试用阶段。

发明内容

为了解决现有光催化反应器存在的二氧化钛利用率低，有机废水处理不彻底，光催化效率低，催化效能难以持续的问题，本实用新型的目的在于提供一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置。

本实用新型解决的技术问题采用的技术方案是：

该装置包括有机废液蓄水箱、两个进液泵、两个流量计、预处理光催化反应系统、两个阀门、深度光催化反应系统、净化水蓄水箱；有机废液蓄水箱下端的出水口经第一进液泵、第一流量计接入预处理光催化反应系统下端的进水口，预处理光催化反应系统上端的出水口经第一阀门接入深度光催化反应系统下端的进水口接入，深度光催化反应系统下端的进水口同时经第二阀门、第二流量计接入第二进液泵的出水口，第二进液泵的进水口接入净化水蓄水箱下端的出水口，深度光催化反应系统上端的出水口接入净化水蓄水箱上端的进水口，净化水蓄水箱下端设有净化水出水口。

所述预处理光催化反应系统其外壳为不锈钢筒体，筒体内由下至上依次设有固体颗粒沉淀区、沉降区、缓冲区及光催化反应区，进水口设置在固体颗粒沉淀区，出水口设置在光催化反应区上部。

所述深度光催化反应系统其外壳为不锈钢筒体，筒体内由下至上依次设有两个以上光催化反应区，进水口设置在最下面一个光催化反应区的下部，出水口设置在最上面一个光催化反应区的上部。

所述光催化反应区其上下各设有一层碳纤维织物光催化层，在上下两层碳纤维织物光催化层中间设置由石英玻璃冷阱保护的紫外灯，在两层碳纤维织物光催化层中间两侧产生折射的两个内表面为反光层，反光层表面是银镀层或贴有反光膜。

所述碳纤维织物光催化层为三维立体蜂窝结构，其中每根聚丙烯腈基碳纤维表面均先负载二氧化锡，再负载二氧化钛的碳纤维。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：

采用溶胶凝胶浸渍涂覆技术，在碳纤维表面负载SnO₂和TiO₂双层薄膜，通过现代纺织技术，将负载光催化剂的碳纤维编织成蜂窝状织物结构或其他三维立体织物结构；碳纤维载体的选取、特殊的织物结构及对二氧化钛的耦合改性解决了其他固定化光催化材料催化效率降低的难题，另外薄膜表面形成的多孔结构使材料具有吸附-光催化的双效功能，即形成协同效应；通过反光装置提高了光源利用率，从而使体系具有耐冲击性强，能量利用合理，光催化氧化效率高的优点，而双系统水处理体系的建立使有机物的矿化更彻底，操作更方便，因此该装置易实用化、工业化、商业化。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图。

图2是预处理光催化反应系统的结构原理示意图。

图3是深度光催化反应系统的结构原理示意图。

图4是采用的碳纤维织物截面蜂窝式结构原理示意图。

图5是图4的俯视图。

图6是光催化材料催化降解甲基橙性能图。

图中：1、预处理光催化反应系统；2、深度光催化反应系统；3、有机废液蓄水箱；4、净化水蓄水箱；5、进液泵；6、阀门；7、流量计；8、固体颗粒沉淀区；9、沉降区；10、缓冲区；11、光催化反应区；12、碳纤维织物光催化层；13、反光层；14、石英玻璃冷阱；15、紫外灯；16、进水口；17、出水口；18、光催化反应区；19、进水口；20、出水口；21、固定件。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，该装置包括有机废液蓄水箱3、两个进液泵5、两个流量计7、预处理光催化反应系统1、两个阀门6、深度光催化反应系统2、净化水蓄水箱4；有机废液蓄水箱3下端的出水口经第一进液泵5、第一流量计7接入预处理光催化反应系统1下端的进水口16，预处理光催化反应系统1上端的出水口17经第一阀门6接入深度光催化反应系统2下端的进水口19接入，深度光催化反应系统2下端的进水口19同时经第二阀门6、第二流量计7接入第二进液泵5的出水口，第二进液泵5的进水口接入净化水蓄水箱4下端的出水口，深度光催化反应系统2上端的出水口20接入净化水蓄水箱4上端的进水口，净化水蓄水箱4下端设有净化水出水口。

如图2所示，所述预处理光催化反应系统1其外壳为不锈钢筒体，筒体内由下至上依次设有固体颗粒沉淀区8、沉降区9、缓冲区10及光催化反应区11，进水口16设置在固体颗粒沉淀区8，出水口17设置在光催化反应区11上部。

如图3所示，所述深度光催化反应系统2其外壳为不锈钢筒体，筒体内由下至上依次设有两个光催化反应区，进水口19设置在下面一个光催化反应区18的下部，出水口20设置在上面一个光催化反应区18的上部，光催化反应区可根据实际需要设置两个以上。

如图2、图3所示，所述光催化反应区其上下各设有一层碳纤维织物光催化层12，在上下两层碳纤维织物光催化层12中间设置由石英玻璃冷阱14保护的紫外灯15，在两层碳纤维织物光催化层12中间两侧产生折射的两个内表面为反光层13，反光层13表面是银镀层或贴有反光膜。

如图4、图5所示，所述碳纤维织物光催化层12为三维立体蜂窝结构，其中每根聚丙烯腈基碳纤维表面均先负载二氧化锡，再负载二氧化钛的碳纤维，碳纤维织物光催化层12用固定件21固定。

本实用新型选择具有良好力学性能和吸附性能的碳纤维为载体，制备固定化光催化材料，并通过现代纺织技术，编织成三维立体结构的碳纤维织物，使其在形貌结构上占有独特优势，并具有耐水流冲击负荷的特点；同时合理设计反应器的结构、形状、光源的几何位置等，克服反应器存在水流死区问题，并使催化剂活性得到最大发挥和提高对光的利用率，从而大大提高光催化效率，降低投资和运行费用。

本实用新型所述的碳纤维织物光催化层是采用溶胶凝胶浸渍涂覆技术，在碳纤维表面负载SnO₂和TiO₂双层薄膜，通过现代纺织技术，将负载光催化剂的碳纤维编织成蜂窝状织物结构或其他三维立体织物结构，碳纤维具有良好的力学性能及三维立体织物结构具有整体特性使碳纤维织物光催化层具有良好的耐水流的冲击力，而碳纤维具有良好的吸附性能使碳纤维织物光催化层具有吸附-光催化的双效功能，即形成协同效应，另外还起到过滤固体颗粒杂质的作用。

实施例

如图1所示，本实用新型水处理光催化集成装置的工艺流程如下：连接有机废液蓄水箱3底部的进液泵5将有机废水输送至预处理反应系统1，由预处理反应系统1的固体颗粒沉淀区8上侧的进水口16进入该反应系统，经过沉降区9和缓冲区10以减缓水流对织物层的冲击，经过碳纤维织物光催化层12，由固定件21将碳纤维织物层固定在筒体上，在该层废液中的固体颗粒杂质被过滤去除，并将有机物吸附在碳纤维织物光催化层上，之后，进入光催化反应区11，其上方还有一层碳纤维织物光催化层，两层碳纤维织物光催化层中间设置一紫外灯15，外面为石英玻璃冷阱14，防止温度过高损坏紫外灯，两层碳纤维织物光催化层中间两侧产生折射的两个内表面为反光层13，表面可以是银镀层和反光膜等，以提高光源利用率，在紫外光的照射下，对有机废水进行初步处理后经顶端出水口17输送至深度反应系统2的低端进水口19，进入深度反应系统光催化反应室18，该系统内设置三层碳纤维织物光催化层，每两层中间都有一套紫外光照设备和反光装置，经光催化处理后的水经深度反应系统2顶端出水口20输送至净化水蓄水箱4，并检测水质是否达标，未达标者可将净化水蓄水箱4中的水经过深度反应系统2进行循环催化，直到有机废水被光催化降解成无机小分子，如二氧化碳、水等，最终经净化水蓄水箱4排出。

污水处理实施例：

采用常见的甲基橙染料为模拟降解物，它具有发色共轭体系及苯环等难降解结构，具有一定的代表性。配置成80mg/L的水溶液，以500W高压汞灯为光源进行光催化处理，由图6可知，TiO₂/SnO₂/CF光催化材料对甲基橙溶液有较高的去除率。反应初始阶段，甲基橙溶液浓度下降较快，随着反应的进行，浓度下降逐渐趋于缓和，这主要是初始阶段材料对染料的吸附速率要比TiO₂光催化降解速率快，碳纤维首先吸附甲基橙染料分子，TiO₂光催化降解使碳纤维的吸附能力得以再生，随后碳纤维又继续吸附染料分子，使吸附与光催化同时进行并形成良好的协同效应，随着反应的进行两者之间逐渐达到一个动态平衡，当反应时间达到90分钟时，染料的降解率可达91.6％。这表明采用碳纤维为载体负载TiO₂/SnO₂耦合型双层薄膜光催化材料具有良好的催化效果。

Claims

1.一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置，其特征在于：该装置包括有机废液蓄水箱、两个进液泵、两个流量计、预处理光催化反应系统、两个阀门、深度光催化反应系统、净化水蓄水箱；有机废液蓄水箱下端的出水口经第一进液泵、第一流量计接入预处理光催化反应系统下端的进水口，预处理光催化反应系统上端的出水口经第一阀门接入深度光催化反应系统下端的进水口接入，深度光催化反应系统下端的进水口同时经第二阀门、第二流量计接入第二进液泵的出水口，第二进液泵的进水口接入净化水蓄水箱下端的出水口，深度光催化反应系统上端的出水口接入净化水蓄水箱上端的进水口，净化水蓄水箱下端设有净化水出水口。

2.根据权利要求1所述的一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置，其特征在于：所述预处理光催化反应系统其外壳为不锈钢筒体，筒体内由下至上依次设有固体颗粒沉淀区、沉降区、缓冲区及光催化反应区，进水口设置在固体颗粒沉淀区，出水口设置在光催化反应区上部。

3.根据权利要求1所述的一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置，其特征在于：所述深度光催化反应系统其外壳为不锈钢筒体，筒体内由下至上依次设有两个以上光催化反应区，进水口设置在最下面一个光催化反应区的下部，出水口设置在最上面一个光催化反应区的上部。

4.根据权利要求1所述的一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置，其特征在于：所述光催化反应区其上下各设有一层碳纤维织物光催化层，在上下两层碳纤维织物光催化层中间设置由石英玻璃冷阱保护的紫外灯，在两层碳纤维织物光催化层中间两侧产生折射的两个内表面为反光层，反光层表面是银镀层或贴有反光膜。

5.根据权利要求1所述的一种深度处理有机废水的吸附和光催化集成装置，其特征在于：所述碳纤维织物光催化层为三维立体蜂窝结构，其中每根聚丙烯腈基碳纤维表面均先负载二氧化锡，再负载二氧化钛的碳纤维。