CN205508422U - 一种放射性废水中有机物氧化降解装置 - Google Patents

一种放射性废水中有机物氧化降解装置 Download PDF

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段涛
竹文坤
李显豪
姚卫棠
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张友魁
雷佳
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Abstract

本实用新型公开一种放射性废水中有机物氧化降解装置，包括三光管反应筒，其内轴向均匀设置有三根第一UV灯管，三根UV灯管之间设置第一隔板；三光管反应筒内设置有第一金属网环和第二金属网环；多个第二隔板，其径向分布在三光管反应筒内并将其分隔成多个第一反应单元；单光管反应筒，其内与轴心重合设置有一根第二UV灯管；多个第三隔板，其径向分布在所述单光管反应筒内并将单光管反应筒分隔成多个第二反应单元；单光管反应筒与三光管反应筒串联。本实用新型的降解装置的三光管反应筒和单光管反应筒均由核级不锈钢制成，可保证设备在长期接受辐照的情况下正常工作；并且采用多单元级设计，可根据实际情况组合不同的单元反应，适应不同处理要求。

Description

一种放射性废水中有机物氧化降解装置
技术领域
本实用新型属于废水处理领域，具体涉及一种放射性废水中有机物氧化降解装置。
背景技术
目前，光催化降解有机物反应器主要分为四类：
A.间歇式平板反应器
间歇式平板反应器是结构最简单的反应器，它主要由液体槽、光源、搅拌装置等组成。所用的光催化剂多为粉体或负载光催化剂的微粒。将要处理的液体浆料与催化剂搅拌混合，在液体槽上端安装的光源的照射下发生反应。该装置污水处理量小，效率较低。
B.流化床光催化反应器
该反应器主要由配水区、反应区、光源、固液分离器等部分组成，反应区的中间设有光源和石英套管。将TiO2光催化剂负载在体积小且易流动的载体上，将负载催化剂和污水一起混合，然后通过水泵和风机调节循环流量，使有效反应区内的负载催化剂随水流一起均匀流化[1,2]。还可以向反应器中通入曝气等辅助条件，提高催化效率。该反应器催化效率较高，污水处理量大，但结构较复杂，需要动力系统辅助。曹跟华等[3]利用自行研制的光催化反应器，以紫外灯为光源，二氧化钛为催化剂，降解甲基橙废水，实验表明催化剂浓度、传质、废水色度对光催化降解效率影响显著，在最佳实验条件下废水色度去除率≥90％，取得了较好的处理效果。
[1]Bedford J N，et al.Performance of nonconcent rating solar photo catalyticoxidation reactors，Part II:shallow pond configuration.J Solar Enery Eng，1994，116:8
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C.连续流平板型光催化反应器
该装置是由平板反应器、储水池、循环泵、流量计等部分组成，可以根据需要在平板上安装光源，也可以直接应用太阳光作光源。平板是由塑料或不锈钢等组成，其表面镀有TiO2薄膜或者微粒。平板斜角可以转动，可以通过调节其斜度来控制液体浆料流速。平板上端有许多出水孔，可以使液体浆料在平板上均匀分布，顺势流下，从而在光照和催化剂共同作用下发生光催化降解。循环泵可以使液体浆料循环反应，以提高其降解效率。王怡中等[4]以平板构型太阳光催化反应系统对甲基橙作降解脱色研究，结果表明自制的平板式太阳光反应系统能够很好地利用太阳光，在较广泛的运行条件下均能达到较高的去污效果。在平均UV光照强度26.93W/m2的晴天，TiO2催化剂投加量1g/L，系统循环流量1600L/h，初始浓度为20mg/L的甲基橙溶液15L，光照1h后色度去除率达83.6％以上，光照2h后达97.9％。
[4]王怡中，符雁，等.平板构型太阳光催化反应系统中甲基橙降解脱色研究.环境科学学报，1999，19(2):142
D.开放式旋转光催化反应器该反应器
主要由光源、圆筒型反应器、皮带轮及电动机组成。反应液与光源不直接接触，以延长光源寿命。废液由导管进入反应器，启动电动机，皮带轮带动反应器旋转，污水废液在整个圆筒型反应器的内壁形成液膜，在光源和半导体催化剂的作用下，污水液体将被光催化氧化、脱色、降解。通过旋转不仅可以使液体在反应器内流动，而且可使液体形成水膜，减少液体厚度，从而提高降解效率。张桂兰[5]采用新型开放式旋转圆型光催化反应器处理5种染料污水，在优化的条件下，将TiO2与污水构成悬浮态，染料的脱色率达98％。
[5]张桂兰.染料污水在开放式旋转光催化反应器中的降解.纺织化学，2005，26(3):109
目前，直接处理放射性废水中有机物的光催化反映装置还没有成型应用的实例。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本实用新型内容的另一个目的是设计一种光催化反应器，填补放射性废水中有机物的光催化处理装置的空缺。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种放射性废水中有机物氧化降解装置，包括：
至少一个三光管反应筒，其内轴向均匀设置有三根第一UV灯管，所述三根UV灯管相互之间均匀设置第一隔板；所述第一隔板将三光管反应筒分割为三个均匀的扇形空间；所述三光管反应筒的一端设置有第一总入水口，另一端设置有第一总出水口；所述三光管反应筒内轴向设置有第一金属网环和第二金属网环；所述三根第一UV灯管设置在第一金属网环与第二金属网环之间；所述第一金属网环和第二金属网环上附着有催化剂；
多个第二隔板，其径向分布在所述三光管反应筒内并将三光管反应筒分隔成多个第一反应单元；所述多个第二隔板的相邻隔板中，一块隔板的中心位置设置有第一出水口，另一块隔板的与三光管反应筒筒壁接触的位置设置有三个第二出水口；所述三个第二出水口分别位三个扇形空间内；所述第一出水口被第一隔板分割成三个出水口并位于三个扇形空间内；
至少一个单光管反应筒，其内与轴心重合设置有一根第二UV灯管；所述单光管反应筒的一端设置有第二总入水口，另一端设置有第二总出水口；所述第二总入水口与所述三光管反应筒的第一总出水口连通；所述第二UV灯管的上方设置有交叉的第一圆弧金属网和第二圆弧金属网，下方设置有交叉的第三圆弧金属网和第四圆弧金属网；所述第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属网上均附着有催化剂；
多个第三隔板，其径向分布在所述单光管反应筒内并将单光管反应筒分隔成多个第二反应单元；所述多个第三隔板的相邻隔板中，一块隔板的与单光管反应筒筒壁上方接触的位置设置有第三出水口，另一块隔板的与单光管反应筒筒壁下方接触的位置设置有第四出水口。
优选的是，所述三光管反应筒和单光管反应筒的筒内壁上均铺设有钻石级回归反光膜。
优选的是，所述第一隔板的表面铺设有钻石级回归反光膜。
优选的是，所述多个第二隔板将三光管反应筒分隔成1～100个第一反应单元。
优选的是，所述第一金属网环和第二金属网环的厚度均为1～10mm。
优选的是，所述第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属网的厚度均为1～10mm。
优选的是，所述降解装置由两个三光管反应筒串联后再串联四个单光管反应筒组成。
优选的是，所述降解装置由三个三光管反应筒串联后再串联三个单光管反应筒组成。
优选的是，还包括：支架和底座，所述支架将至少一个三光管反应筒和至少一个单光管反应筒支撑并固定在底座上。
优选的是，所述第二总入水口与所述第一总出水口采用金属法兰连接。
本实用新型至少包括以下有益效果：
(1)本实用新型的降解装置的三光管反应筒和单光管反应筒均由核级不锈钢制成，可保证设备在长期接受辐照的情况下正常工作。
(2)使用钻石级回归反光膜提升光能利用率，节能且提高降解效率。
(3)采用多单元级设计，可根据实际情况组合不同的单元反应，适应不同处理要求。
(4)选择最优的催化剂及其固着方式，提高催化剂与废水的有效体积比A/V；采用基于微晶立方体结构的钻石级回归反光膜作为催化剂固着对象，提升光能利用率。
(5)该降解装置可连接计算机，对水流量和光强进行控制。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本实用新型所述的降解装置的外观结构示意图；
图2为本实用新型所述的降解装置的线框结构示意图；
图3为本实用新型所述的降解装置的三光管反应筒的内部结构示意图；
图4为本实用新型所述三光管反应筒中去除第一隔板后的内部结构示意图；
图5为本实用新型所述三光管反应筒中水流的规划示意图；
图6为本实用新型所述单光管反应筒中去除金属网后的内部结构示意图；
图7为本实用新型所述单光管反应筒的内部结构示意图；
图8为本实用新型所述单光管反应筒中水流的规划示意图；
图9为本实用新型所述降解装置的一种使用状态的结构示意图；
图10为本实用新型所述降解装置的另一种使用状态的结构示意图；
图11为本实用新型所述降解装置的另一种使用状态的结构示意图；
图12为本实用新型另一个实施例所述的降解装置的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1～8示出了本实用新型的一种放射性废水中有机物氧化降解装置，包括：至少一个三光管反应筒1，其内轴向均匀设置有三根第一UV灯管2，所述三根UV灯管2相互之间均匀设置第一隔板3；所述第一隔板3将三光管反应筒1分割为三个均匀的扇形空间101；所述三光管反应筒1的一端设置有第一总入水口4，另一端设置有第一总出水口5；所述三光管反应筒1内轴向设置有第一金属网环6和第二金属网环7；所述三根第一UV灯管2设置在第一金属网环6与第二金属网环7之间；所述第一金属网环6和第二金属网环7上附着有催化剂；所述三光管反应筒1的筒内壁上铺设有钻石级回归反光膜22；
多个第二隔板8，其径向分布在所述三光管反应筒1内并将三光管反应筒1分隔成多个第一反应单元；所述多个第二隔板8的相邻隔板中，一块隔板的中心位置设置有第一出水口9，另一块隔板的与三光管反应筒筒壁接触的位置设置有三个第二出水口10；所述三个第二出水口10分别位三个扇形空间101内；所述第一出水口9被第一隔板3分割成三个出水口并位于三个扇形空间101内；
至少一个单光管反应筒11，其内与轴心重合设置有一根第二UV灯管12；所述单光管反应筒11的一端设置有第二总入水口13，另一端设置有第二总出水口14；所述第二总入水口13与所述三光管反应筒1的第一总出水口5连通；所述第二UV灯管12的上方设置有交叉的第一圆弧金属网15和第二圆弧金属网16，下方设置有交叉的第三圆弧金属网17和第四圆弧金属网18；所述第一圆弧金属网15、第二圆弧金属网16、第三圆弧金属网17和第四圆弧金属网18上均附着有催化剂；所述第一圆弧金属网15、第二圆弧金属网16、第三圆弧金属网17和第四圆弧金属网18均为泡沫金属网；所述单光管反应筒11的筒内壁上铺设有钻石级回归反光膜25；
多个第三隔板19，其径向分布在所述单光管反应筒11内并将单光管反应筒11分隔成多个第二反应单元；所述多个第三隔板19的相邻隔板中，一块隔板的与单光管反应筒11筒壁上方接触的位置设置有第三出水口20，另一块隔板的与单光管反应筒11筒壁下方接触的位置设置有第四出水口21。
在这种技术方案中，采用UV灯管的光照对放射性有机废水进行光降解，由于刚进入设备的废水中有机物浓度非常高，此时降解速率也更快，在这样的条件下，需要使用三光管反应筒以提高降解反应需要的能量，使降解速率最大化。三光管反应筒内均匀分布着3根第一UV灯管，UV灯管中心距反应筒中心12cm，每两根灯管间角度为120。在光管的中间位置，设计第一隔板，将三光管反应筒划分成个扇形单元，并在隔板表面以及筒内壁铺设钻石级回归反光膜，最大化光能的利用率。为增大废水湍流和水流路径，采用圆形的第二隔板将三光管反应筒横向隔断，每5cm添加一个隔板，将这两个第二隔板之间的空间定义为第一反应单元。按每5cm一个单元级计算，每一个反应筒可被划分为20级。从第一级开始，废水从筒壁的入水口进入单元级，从筒中心位置的唯一出口流入下一单元级；在下一级中，废水又通过相反的路径从筒壁的出水口流入第三级，如此循环。在每一级中，废水都要经过相同或者相反的路径。在将三光管反应筒分为三个区域的同时，第一隔板向内在筒中心将中心位置的通水口分割为三部分，向外与筒壁密接，将整个三光管反应筒分割为3个并联而又互相独立的废水路径。这样分割的作用主要在于：(1)减少水平放置的反应筒中重力因素对水流的不利影响。(2)隔板面积的增加，使得回归反光膜的面积提升近100％，对提高光能利用，规整光照路径有明显作用。(3)因为三光管反应筒出水口是独立的，所以三个路径的反应是绝对独立，相互没有任何影响。这使得检修和更换灯管更加方便。
图5示出了三光管反应筒中水流的规划，水流的主要路径就是轴心第二隔板缺口和与筒壁接触位置的缺口之间的连线，由大箭头标示出。通过图5很清楚的可以看到，第一UV灯管在第一金属网环和第二金属网环之间，使第一UV灯管的光照可以直接照射到催化剂上，没有直接照射的部分以及透过金属网环到达筒壁和隔板壁的部分光照则由回归反光膜处理沿入射路径返回，二次多角度照射到催化剂上。这样的设计充分利用了回归反光膜的作用，使得第一次未利用的光能能被二次甚至3次利用，相比传统的未采用回归反光膜的设备，其光能利用大幅提高，同时能耗也大幅降低。
经过前面三光管反应筒的降解，废水进入单光管反应筒，其中的有机物浓度已明显降低，这时候继续使用三光管反应筒不但不能加速降解，反而会浪费能源。故以后的反应筒都采用单光管反应筒，在保证降解效率的同时，还降低了设备能耗。
单光管反应筒的反应单元分级和三光管反应筒是一致的，这也是处于制造成本的考虑。每5cm为一级，由第三隔板隔开。在水流规划上，设计采取上下循环，即：第一级废水由筒壁上方的第三隔板上的入水口进入，由相邻的第三隔板的下方的缺口流入第二级，在第二级中又通过筒壁上方的第三隔板缺口流入第三级，如此循环。这样的设计主要是考虑到直径30cm的反应筒上下两端已经能够构成良好的路径，同时充分利用重力因素，使得单元级内基本不会产生死水区。催化剂通过化学吸附的方式固着在第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属上(设计中的金属网厚度均为10mm，为保证固着效果，可将厚度切分为1mm或者更小，固着加工完成以后叠在一起使用即可)。
催化剂固着方式选用化学吸附法，化学吸附指的是吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。
在单光管反应筒中，图8示出了单光管反应筒中水流的规划，废水的流动主要是上下的流动，而第二UV灯管处于筒体轴心位置，那么泡沫金属网需要保证与水流方向的角度以及与光照角度都尽可能的接近90度。而且光照一次利用过后，未作用的光能能通过回归反光膜放射到达二次利用。为满足上述要求，设计采用第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属网共四个金属网，其中光管上方两个做交叉状，下方同理。设计中，虽然圆弧状的金属网与光的发射方向不能成90度，但是首次光照全部都能直接照射到催化剂上；同时，在经过反光膜放射回来的光同样能全部与催化剂接触。
在上述技术方案中，所述第一隔板的表面铺设有钻石级回归反光膜，采用这种技术方案能够增加光的利用效率。
在另一种实施例中，所述多个第二隔板将三光管反应筒分隔成20个第一反应单元。
在另一种实施例中，所述第一金属网环和第二金属网环的厚度均为1～10mm。
在另一种实施例中，所述第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属网的厚度均为1～10mm。
在另一种实施例中，如图12所示，所述降解装置由两个三光管反应筒串联后再串联四个单光管反应筒组成。
在另一种实施例中，所述降解装置由三个三光管反应筒串联后再串联三个单光管反应筒组成。
在另一种实施例中，所述降解装置还包括：支架23和底座24，所述支架将至少一个三光管反应筒和至少一个单光管反应筒支撑并固定在底座上。
在另一种实施例中，所述第二总入水口与所述第一总出水口采用金属法兰连接。
本实用新型的放射性废水中有机物氧化降解装置，如图9所示，能够连接计算机，连接控制台，使用手动控制箱对UV灯管和水流量进行控制，且将降解装置设置在墙体内，减少对外辐射，图10示出的是采用两台并联的降解装置进行废水处理，图11示出了降解装置使用的结构简图，利用水泵将罐Ⅰ中的废水输入降解装置进行降解，出水口带有COD检测装置，将检测后合格的废水输入罐Ⅱ，不合格的废水输入罐Ⅲ。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的放射性废水中有机物氧化降解装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，包括：
至少一个三光管反应筒，其内轴向均匀设置有三根第一UV灯管，所述三根UV灯管相互之间均匀设置第一隔板；所述第一隔板将三光管反应筒分割为三个均匀的扇形空间；所述三光管反应筒的一端设置有第一总入水口，另一端设置有第一总出水口；所述三光管反应筒内轴向设置有第一金属网环和第二金属网环；所述三根第一UV灯管设置在第一金属网环与第二金属网环之间；所述第一金属网环和第二金属网环上附着有催化剂；
多个第二隔板，其径向分布在所述三光管反应筒内并将三光管反应筒分隔成多个第一反应单元；所述多个第二隔板的相邻隔板中，一块隔板的中心位置设置有第一出水口，另一块隔板的与三光管反应筒筒壁接触的位置设置有三个第二出水口；所述三个第二出水口分别位三个扇形空间内；所述第一出水口被第一隔板分割成三个出水口并位于三个扇形空间内；
至少一个单光管反应筒，其内与轴心重合设置有一根第二UV灯管；所述单光管反应筒的一端设置有第二总入水口，另一端设置有第二总出水口；所述第二总入水口与所述三光管反应筒的第一总出水口连通；所述第二UV灯管的上方设置有交叉的第一圆弧金属网和第二圆弧金属网，下方设置有交叉的第三圆弧金属网和第四圆弧金属网；所述第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属网上均附着有催化剂；
多个第三隔板，其径向分布在所述单光管反应筒内并将单光管反应筒分隔成多个第二反应单元；所述多个第三隔板的相邻隔板中，一块隔板的与单光管反应筒筒壁上方接触的位置设置有第三出水口，另一块隔板的与单光管反应筒筒壁下方接触的位置设置有第四出水口。
2.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述三光管反应筒和单光管反应筒的筒内壁上均铺设有钻石级回归反光膜。
3.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述第一隔板的表面铺设有钻石级回归反光膜。
4.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述多个第二隔板将三光管反应筒分隔成1～100个第一反应单元。
5.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述第一金属网环和第二金属网环的厚度均为1～10mm。
6.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述第一圆弧金属网、第二圆弧金属网、第三圆弧金属网和第四圆弧金属网的厚度均为1～10mm。
7.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述降解装置由两个三光管反应筒串联后再串联四个单光管反应筒组成。
8.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述降解装置由三个三光管反应筒串联后再串联三个单光管反应筒组成。
9.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，还包括：支架和底座，所述支架将至少一个三光管反应筒和至少一个单光管反应筒支撑并固定在底座上。
10.如权利要求1所述的放射性废水中有机物氧化降解装置，其特征在于，所述第二总入水口与所述第一总出水口采用金属法兰连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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