CN201890785U

CN201890785U - 一种三相流化床光催化氧化废水处理装置

Info

Publication number: CN201890785U
Application number: CN2010205884237U
Authority: CN
Inventors: 程刚; 刘永红; 董岁明
Original assignee: SHAANXI TIANAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHAANXI TIANAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2020-11-03

Abstract

本实用新型公开了一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，包括反应装置（1）、水箱（13）、气源箱（15），其特征在于：所述水箱（13）、气源箱（15）与反应装置（1）之间连接有气液混合泵（14），所述反应装置（1）的圆柱形罐体（12）中轴向均匀分布有3个或以上数目的奇数个石英套管（4），石英套管（4）内设有紫外灯（3）；多孔微球TiO₂分布于石英套管（4）和罐体（1）之间。本实用新型配置可选择气源，并释放含有大量微小气泡的气水混合液进入配水配气区（9），使反应区（8）内TiO₂多孔微球充分流化，具有良好的传质性能，紫外光能利用率高。本实用新型能高效去除水中各种有机物，系统能耗低，噪音小，运行稳定，便于大规模工业化推广应用。

Description

一种三相流化床光催化氧化废水处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种处理城市或工业有机废水的装置，具体涉及一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，属于水处理设备领域。

背景技术

传统的水处理工艺大部分存在基建、运行费用高，工艺流程长，操作繁琐，污泥量大，有机物去除不彻底，对环境存在二次污染等不足而受到一定限制，纳米TiO₂光催化氧化技术能使废水中有机物发生彻底矿化，且费用相对较低，在水处理领域具有广阔的应用前景。

改变水体中纳米TiO₂的存在形式及研制开发新型高效光催化反应器是光催化氧化技术降解水中有机污染物实用化的两个关键步骤。早期的研究多为悬浮式光催化反应器，直接将纳米TiO₂粉末投加到所要处理的溶液中形成悬浆体系，污染物与TiO₂接触良好，但存在TiO₂易流失、难于回收和重复利用的不足，另外TiO₂在水中易凝聚，影响催化效率。而固定式光催化反应器则不需要对催化剂进行分离，将TiO₂固体颗粒固定于载体或制成薄膜来处理废水，TiO₂重复使用率高，但由于TiO₂仅通过简单的物理吸附固定于载体表面,重复使用过程中易脱落,且催化剂表面积与体积比低，降解效率低，负载过程对TiO₂的光催化活性也有一定的影响，限制了其规模化的应用。

目前也有采用TiO₂负载型催化剂使其达到流化状态，形成了光催化氧化流化床反应器的公开专利，它能很好地解决催化剂与废水的接触问题，催化剂有效比表面积大大提高，且载体颗粒易于沉淀分离。但现有反应器结构复杂，底部设置的微孔布气板易堵塞，空气动力消耗大、噪音高；大功率光源需设置循环冷却水降温，加大了能耗，降低了辐射能利用率，造成辐射场分布不均匀，光辐射、催化剂与废水不能有效接触；负载型催化剂密度高，难流化，易脱落，使用寿命和光催化活性下降快。

发明内容

本实用新型的目的是：针对已有技术的不足，提供一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，该装置将紫外光源、TiO₂多孔微球催化剂、三相流化床反应器和辅助设备有机结合，具有良好的传质性能，催化剂重复使用率高，比表面积大，可有效地实现水与催化剂的分离，紫外辐射能利用率高，能高效去除水中各种有机物，系统能耗低，噪音小。

本实用新型所采用的技术方案是：一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，包括反应装置、水箱、气源箱，其特征在于：所述水箱、气源箱与反应装置之间连接有气液混合泵，所述气液混合泵的进水口连接水箱的出水口，气液混合泵的进气口连接气体流量计的出口，气体流量计的进口连接气源箱出口，气液混合泵的出水口连接液体流量计进口，液体流量计出口连接反应装置进口；所述反应装置的圆柱形罐体中轴向均匀分布有3个或3个以上数目的奇数个石英套管，石英套管内设有紫外灯；多孔微球TiO₂分布于石英套管和罐体之间，所述的多孔微球状TiO₂的粒径为0.3-0.6 mm，平均孔径8.75nm。

所述的多孔微球状TiO₂的粒径为0.5 mm，平均孔径8.75 nm。

所述的紫外灯为120 W低压紫外灯，该低压紫外灯主波长为253.7 nm。

本实用新型的有益效果是：采用气液混合泵替代水泵、空气压缩机与微孔布气板，可大幅降低动力消耗，防止因微孔布气板堵塞造成运行故障，并且可以选择不同的气体以增强净化能力；本实用新型工作时，气体和废水在气液泵内充分加压混合，噪声大幅降低，气体溶解效率可达到90%以上，所形成的气泡细小、尺寸均一，有助于光辐射场均匀分布，提高紫外光辐射和流化床层利用率。

本实用新型采用TiO₂多孔微球催化剂代替负载型催化剂，它具有低密度、高比表面积的特点，纳米晶粒结构的特点使其具有与TiO₂纳米粉末相当的高催化活性，而微米尺寸又使其具有易于分离和重复使用等优良性能，可降低初始流化速度，强化对废水中有机物的吸附，大幅提高光催化氧化反应速率，高效、彻底的将有机物分解为二氧化碳和水。

本实用新型采用多个低功率紫外光灯源，并将其均布在反应装置内，可使光辐射、催化剂与废水有效接触，提高光源辐射能利用率，降低能耗，减轻因紫外光源自然衰减造成的光催化反应速率迅速下降。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型的内容作进一步说明：

附图1是本实用新型实施例的结构示意图；

附图2是本实用新型实施例的罐体和石英套管分布横截面布置图。

图中：1、反应装置；2、出水口；3、紫外灯； 4、石英套管；5、排气口；6、集水区；7、固液分离区；8、有效反应区；9、配水配气区；10、进水口；11、大孔法兰盘；12.、罐体；13、水箱；14、气液混合泵；15、气源箱；16、液体流量计；17、气体流量计。

具体实施方式

实施例1

如图1所示：一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，包括反应装置1、水箱13、气源箱15，其特征在于：所述水箱13、气源箱15与反应装置1之间连接有气液混合泵14，所述气液混合泵14的进水口连接水箱13的出水口，气液混合泵14的进气口连接气体流量计17的出口，气体流量计17的进口连接气源箱15出口，气液混合泵14的出水口连接液体流量计16进口，液体流量计16出口连接反应装置1进口；所述反应装置1的圆柱形罐体12中轴向均匀分布有3个或3个以上数目的奇数个石英套管4，石英套管4内设有紫外灯3；多孔微球TiO₂分布于石英套管4和罐体1之间，所述的多孔微球状TiO₂的粒径为0.3-0.6 mm，平均孔径8.75nm。

本实施例中石英套管4为3个，多孔微球状TiO₂的粒径为0.5 mm，平均孔径8.75 nm；紫外灯3为120 W低压紫外灯，该低压紫外灯主波长为253.7 nm。

经过滤除去悬浮物的废水储存于水箱13中，由气液混合泵14连续输送至反应装置1内的配水配气区9，气液混合泵14可边吸水边吸气，在泵内完成气体与废水的充分加压混合，同步调节液体流量计16和气体流量计17，使反应装置1中的配水配气区9释放出含有大量微小气泡的气水混合液，TiO₂多孔微球催化剂在反应装置1中的反应区8内达到充分流化状态，气、固、液三相充分接触。

反应区8内轴向均匀分布有3个或以上数量（奇数个）的石英套管4，紫外灯3放置在石英套管4中，其横断面内布置示意图如图2，通过配水配气区9与反应区8之间设置的大孔法兰盘11与集水区6顶盖固定，本实施例中石英套管4及紫外灯3的数目为3个。

紫外灯3辐射出的253.7nm紫外光使TiO₂多孔微球催化剂表面的电子-孔穴对被激活，产生了具有极强氧化能力的羟基自由基·OH和过氧自由基O₂ ^-等活性物种，连续不断地将废水中吸附于催化剂表面的有机物迅速降解。同时，气水混合液带入足够的溶解氧，氧气作为电子受体，可有效分离电子-孔穴对，提高光催化反应效率，确保反应更充分、有效地进行。由于氧气或臭氧可提供更充足的电子受体，产生更多的羟基自由基·OH和过氧自由基O₂ ^-等活性物质，促进紫外光催化氧化反应进行，同时，臭氧本身亦具有极强的氧化有机物的能力，针对不同性质的废水，可通过改变气源15，协同紫外光催化反应，进一步提高对废水中有机物的降解程度。反应过程中，从气水混合液中逸出的气体由反应装置1顶部排气口5排入大气。随气水混合液进入反应装置1固液分离区7的催化剂被有效分离，下沉并重新返回反应区8。完成设计反应时间后，除去有机物的清水通过固液分离区7上部边沿漫入集水区6，由集水区6底部设置的出水口2排出。集水区6顶盖上开有排气口5（兼催化剂投料口），进水口10兼作排空口。

所述的气源箱15内的气源为空气、纯氧和臭氧的一种，使用臭氧为气源时，排气口5连接活性炭吸附柱。

上述实施例中紫外灯3、石英套管4不仅限于3个，它们还可以是3个以上数量（奇数个）；紫外灯3不仅限于实施例中的120 W低压紫外灯，它还可以是其它规格；上述实施例中多孔微球状TiO₂的粒径不仅限于实施例中的数值，还可以为0.3-0.6 mm范围内的其它值。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims

1.一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，包括反应装置（1）、水箱（13）、气源箱（15），其特征在于：所述水箱（13）、气源箱（15）与反应装置（1）之间连接有气液混合泵（14），所述气液混合泵（14）的进水口连接水箱（13）的出水口，气液混合泵（14）的进气口连接气体流量计（17）的出口，气体流量计（17）的进口连接气源箱（15）出口，气液混合泵（14）的出水口连接液体流量计（16）进口，液体流量计（16）出口连接反应装置（1）进口；所述反应装置（1）的圆柱形罐体（12）中轴向均匀分布有3个或3个以上数目的奇数个石英套管（4），石英套管（4）内设有紫外灯（3）；多孔微球TiO₂分布于石英套管（4）和罐体（1）之间，所述的多孔微球状TiO₂的粒径为0.3-0.6 mm，平均孔径8.75nm。

2.根据权利要求1所述的一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述的多孔微球状TiO₂的粒径为0.5 mm，平均孔径8.75nm。

3.根据权利要求1所述的一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述的紫外灯（3）为120 W低压紫外灯，该低压紫外灯主波长为253.7 nm。