CN211497001U

CN211497001U - 一种削减排水管网污染物的光催化反应系统

Info

Publication number: CN211497001U
Application number: CN201921744950.XU
Authority: CN
Inventors: 崔贺; 董磊; 张欣; 杨一烽
Original assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2029-10-17

Abstract

一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，包括：链条式导轨、悬挂式支架、光催化单元及供电监控单元。所述链条式导轨安装于检查井及排水管道内，所述悬挂式支架悬挂于链条式导轨，所述光催化单元嵌套于悬挂式支架，并由所述供电监控单元供电及监控运行情况。进一步，本实用新型还包括该系统的安装、运行及检修方法。本实用新型充分利用检查井及排水管道的内部空间，通过链条式导轨和悬挂式支架的精巧设计实现光催化单元在排水管道内的运送与安置，并通过光催化单元的光催化氧化、直接光解及紫外消毒等功能的灵活切换实现排水管道原位水质净化与消毒灭菌。与现有技术相比，具有适用性强、易于实施、功能多样、操作灵活、效果显著等突出特色。

Description

一种削减排水管网污染物的光催化反应系统

技术领域

本实用新型属市政排水技术领域，具体涉及一种削减排水管网污染物的光催化反应系统。

背景技术

排水管道是收集、输送城镇生活污水、工业废水和雨水的工程设施。近年来，随着我国城镇化进程的加快，排水管道的建设数量与规模也在逐年增加。如：“十三五”期间，上海市在已建总长约9530km排水管道的基础上，中心城区配套排水管道约100km，郊区新建排水管道约310km。日益完善的排水管道系统为城镇中各类污水及雨水的输送提供了便利，然而，随着排水管道系统的逐渐庞大，排水管道的水质污染及次生灾害等问题也逐渐凸显。以分流制雨水管道为例，在“雨污混接屡禁不止、洗车排档污水肆意排入、初期雨水面源污染大量进入”的背景下，雨水管道已成为诸多污水的汇集地，由此频频造成河湖黑臭问题的爆发。

高级氧化技术是一种环境友好型、没有二次污染、反应效率极高的一种电化学净水技术，其形式多样、门类繁多，其中的光催化氧化技术因应易于实施、操作简便、效果显著等优势，在水处理领域具有非常广泛应用。光催化氧化技术通过紫外线协同半导体光催化材料(一般是金属钛(Ti)的氧化物)的催化作用，有效激发水中羟基自由基(·OH)等活性自由基的生成(反应1)，再通过自由基与有机化合物的加合、取代、电子转移、断键等作用，使大分子有机物降解为小分子物质，甚至直接降解成为二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，完成矿化(反应2-4)。

H₂O+hν→·OH+·H (1)

R+·OH→ROH (2)

R+·OH→·R+H₂O (3)

Rⁿ+·OH→R^n-1+OH^- (4)

值得一提的是，光催化氧化技术所用的光源一般为紫外灯，其能够发射波长较短的紫外线(λ＜400nm)。紫外线不仅可迅速使蛋白质变性，从而有效杀灭污水中几乎所有的细菌和病原体，而且在波长较短、剂量较大时，将对水体中的有机物产生直接光解作用(反应5-8)。

R+hν(λ＜185nm)→R^* (5)

R^*→·R₁+·CH₂CH₃ (6)

·R₁+hν(λ＜185nm)→·I_i(i＝1，2，…，n) (7)

·I_i+·I_i→P (8)

然而，目前光催化氧化技术大多只关注紫外线与光催化材料的协同作用，却鲜有在此过程中兼顾紫外灯的消毒灭菌及直接光解作用的研究或案例。现有的光催化氧化系统也大多局限于单一的光催化氧化作用，却忽视了紫外的直接光解及消毒灭菌作用。因此，如能开发一种具有光催化氧化、紫外直接光解及紫外消毒灭菌多功能切换及联用的新型光催化系统，并将其应用于排水管道的原位净化，必将削减排水管道末端的排污负荷，进而提升水污染控制能力和水环境治理水平。

实用新型内容

本实用新型的目的通过对排水管道及检查井实施适当的工程改造，充分利用排水管道内部空间，通过链条式导轨和悬挂式支架的设计向排水管道内部运送光催化单元，从而实现排水管道的原位水质净化。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于所述净化系统包括

链条式导轨，所述链条式导轨安装于检查井及排水管道内；

悬挂式支架，所述悬挂式支架悬挂于链条式导轨；

光催化单元，所述光催化单元嵌套于悬挂式支架，沿所述链条式导轨在检查井及排水管道内移动，用于排水管道的原位水质净化；

供电监控单元，所述供电监控单元用于为光催化单元供电并实时监控其运行情况。

进一步地，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合。

进一步地，所述承托框架和检查井侧壁设固定结点，所述固定结点系所述承托框架和检查井侧壁的连结点，连结方式为焊接、粘接或膨胀螺丝固定；所述承托框架底部设框架底座，框架底座置于检查井底部，其底面与检查井的底面吻合。

进一步地，所述主动链轮位于承托框架的顶部，所述从动滑轮位于承托框架的底部；所述主动链轮的齿距为1-3cm，齿厚为0.5-1cm；所述从动滑轮的轮槽宽度为2-4cm，轮槽深度为4-6cm；所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面。

进一步地，光催化单元包括嵌设于悬挂式支架内的紫外辐照单元和光催化膜片，所述悬挂式支架由挂钩、架身、卡槽、卡扣式栅网及配重组成；其中，所述挂钩与所述链条的销轴卡合，从而限制所述架身与所述链条的相对位置；挂钩设置于架身上，所述架身上设置卡槽；所述卡槽位于所述架身表面且能够卡合所述紫外灯管的两端，用于嵌套所述紫外辐照单元；所述紫外辐照单元的主体是紫外灯管，紫外灯管末端通过防水涂料防水；所述卡扣式栅网外套于架身，并将嵌套于架身上的所述光催化膜片包裹在内；所述配重位于所述架身的底部，用于增加架身的重量以使得悬挂式支架在排水管道内不至于剧烈晃动。

进一步地，所述紫外灯管所辐照的紫外线波长范围是100～400nm，且每个紫外灯管对应所述紫外线波长范围内的一个特定规格；所述紫外灯管的辐照强度范围是50～5000μ W/cm²，且辐照强度通过所述供电监控单元调控；所述卡扣式栅网呈圆柱体、球体或长方体，其表面具有镂空网格，网格内缘设有卡扣，卡扣内可固定光催化模片；所述光催化模片的材质为黑钛、二氧化钛、氧化锌、氧化锡或二氧化锆。

进一步地，所述供电监控单元由防水电缆、光感探头、信号线及反馈报警器组成；其中，所述防水电缆将所述紫外辐照单元与市电相连，所述光感探头悬挂于所述悬挂式支架下方，用于监测所述紫外辐照单元的工作情况；所述光感探头通过信号线与反馈报警器相连，所述反馈报警器位于检查井外的地面上。

一种削减排水管网污染物的光催化反应系统的净水方法，其特征在于，所述方法包括

安装阶段

步骤一：预先将排水管道内的污水放空，以便操作人员进入检查井作业；

步骤二：检测井内安装链条式导轨，链条式导轨包括主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条；

步骤三：将单个或多个悬挂式支架固定于链条上；

步骤四：将光催化单元及光感探头安装于悬挂式支架，并根据排水管道的水质净化需要在卡扣式栅网中安装适量的光催化模片，同时将所述光感探头通过信号线与位于检查井外地面上的反馈报警器相连；

步骤五：通过电动机带动主动链轮转动，继而传动链条，从而将悬挂式支架运送至排水管道内部；

步骤六：排水管道正常进水；

运行阶段：

步骤一：开启供电监控单元，使得光催化单元在特定辐照剂量及卡扣式栅网中光催化模片的空间布局作用下，实现光催化氧化、紫外消毒灭菌或紫外直接光解功能；具体地，当所述光催化模片在卡扣式栅网上的覆盖面积大于80％时，所述光催化单元主要起光催化氧化功能；当所述光催化模片在卡扣式栅网上的覆盖面积为20-80％时，所述光催化单元主要起消毒灭菌功能；当所述光催化模片在卡扣式栅网上的覆盖面积小于20％时，所述光催化单元主要起直接光解功能；

步骤二：根据光催化单元的处理功能，调节供电监控单元，从而调控光催化单元的紫外线波长及辐照剂量；具体地，在光催化氧化功能时，紫外线波长范围是150～300nm，辐照强度范围是1000～3000μW/cm²；在消毒灭菌功能时，紫外线波长范围是185～400nm，辐照强度范围是50～1000μW/cm²；在直接光解功能时，紫外线波长范围是100～185nm，辐照强度范围是3000～5000μW/cm²；

步骤三：当光感探头监测到光催化单元发射的紫外光强度明显减弱时，则停止其运行，反馈报警器报警；

检修阶段：

步骤一：通过电动机反向转动主动链轮，从而使得需要检修的光催化单元随链条运出至检查井顶部；

步骤二：将光催化单元从悬挂式支架上拆卸下来，对其进行检修和清洗；

步骤三：将光催化单元重新固定在悬挂式支架上，并通过电动机转动主动链轮，从而使得检修好的光催化单元随链条运送至排水管道内，最后开启供电监控单元。

进一步地，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合；所述链条式导轨的安装方式为以下两种方式中的一种：

其一，将承托框架、固定结点、框架底座、主动链轮及从动滑轮全部安装于检测井内，使得链条呈双股U型结构；

其二，将承托框架的一部分及主动链轮安装于检测井的上方，固定结点、框架底座及从动滑轮则安装于检测井内，使得链条呈单股口型结构。

进一步地，运行阶段的步骤二中，光催化单元通过光催化模片的催化作用、透过卡扣式栅网空格的紫外直接光解作用及紫外灭菌作用，实现排水管道中污水的物质氧化、有机物降解及消毒灭菌等净化功能。

本实用新型充分利用检查井及排水管道的内部空间，通过链条式导轨和悬挂式支架的精巧设计实现光催化单元在排水管道内的运送与安置，并通过光催化单元光催化氧化、直接光解及紫外消毒等功能的灵活切换实现排水管道的原位水质净化与消毒灭菌。

与同领域的现有技术相比，本实用新型的显著特色为：

1.适用性强

系统针对排水管道的原位净化问题，通过链条式导轨、悬挂式支架、光催化单元及附属单元的合理布局，能够适应不同形式排水管道的原位净化。

2.易于实施

充分利用检查井及排水管道的已有空间进行简易的改造，工程措施少，投资规模小，易于实施及推广。

3.功能多样

通过卡扣式栅网中光催化模片的网格化布局，可实现光催化单元的多工况切换，从而实现排水管道中污水的物质氧化、有机物降解及消毒灭菌等净化功能。

4.操作灵活：

通过链条式导轨及悬挂式支架的设计，能够方便地实现系统启动时将光催化单元从检查井上方向排水管道内部的运送，以及检修时将光催化单元从排水管道内向检查井外的运送。

5.效果显著

通过光催化单元在光催化氧化、直接光解及紫外消毒等功能的灵活切换，对治污水性质不同及净化需求各异的排水管道，针对性强、见效快、收益高。

附图说明

图1为本实用新型削减排水管网污染物的光催化反应系统主视图(链条式导轨按“U型”结构安装)。

图2为本实用新型削减排水管网污染物的光催化反应系统主视图(链条式导轨按“口型”结构安装)。

图3为本实用新型系统中链条式导轨主视图(链条式导轨按“U型”结构安装)。

图4为本实用新型系统中链条式导轨主视图(链条式导轨按“口型”结构安装)。

图5为本实用新型系统中嵌套了光催化反应器的悬挂式支架的主视图。

图6为图5的侧视图。

图7为本实用新型系统中嵌套了超声波发生器的悬挂式支架的主视图。

图8为图7的侧视图。

图9为卡扣式栅网的结构示意图。

图中的编号含义为：

1-链条式导轨，11-承托框架，12-固定结点，13-框架底座，14-主动链轮，15-从动滑轮，16-链条，17-电动机；

2-悬挂式支架，21-挂钩，22-架身，23-卡槽，24-配重；

3-光催化单元，31-紫外灯管，32-卡扣式栅网，33-光催化模片；

4-供电监控单元，41-防水电缆，42-光感探头；

5-地面；

6-检测井；

7-污水；

8-排水管道。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新型的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本实用新型没有特别限制内容。

一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于所述净化系统包括

链条式导轨1，所述链条式导轨1安装于检查井6及排水管道8内；

悬挂式支架2，所述悬挂式支架2悬挂于链条式导轨1；

光催化单元3，所述光催化单元3嵌套于悬挂式支架2，沿所述链条式导轨1在检查井6 及排水管道8内移动，用于排水管道8的原位水质净化；

供电监控单元4，所述供电监控单元4用于为光催化单元3供电并实时监控其运行情况。

所述链条式导轨1包括承托框架11，所述承托框架安装有主动链轮14、从动滑轮15及与其配合的链条16，所述主动链轮14及从动滑轮15的轮面均与排水管道8的轴线位于同一平面，电动机17与所述主动链轮14相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条16移动，从动滑轮15设轮槽，所述链条16的链槽与主动链轮15的轮齿咬合，链条16的外侧则与从动滑轮15的轮槽卡合。所述承托框架11和检查井6侧壁设固定结点12，所述固定结点12 系所述承托框架11和检查井6侧壁的连结点，连结方式为焊接、粘接或膨胀螺丝固定；所述承托框架11底部设框架底座13，框架底座13置于检查井6底部，其底面与检查井6的底面吻合。所述主动链轮14位于承托框架11的顶部，所述从动滑轮15位于承托框架11的底部；所述主动链轮的齿距为1-3cm，齿厚为0.5-1cm；所述从动滑轮的轮槽宽度为2-4cm，轮槽深度为4-6cm；所述主动链轮14及从动滑轮15的轮面均与排水管道8的轴线位于同一平面。

所述链条式导轨1的安装方式有两种：

其一，如图3所示，将承托框架11、固定结点12、框架底座13、主动链轮14及从动滑轮15全部安装于检查井6内，使得链条16呈双股U型结构；

其二，如图4所示，将承托框架11的一部分及主动链轮14安装于检查井6的上方，固定结点12、框架底座13及从动滑轮15则安装于检查井6内，使得链条16呈单股口型结构。

所述悬挂式支架2由挂钩21、架身22、卡槽23、卡扣式栅网32及配重24组成；其中，所述挂钩21与所述链条16的销轴卡合，从而限制所述架身22与所述链条的相对位置；挂钩21设置于架身22上，所述架身22上设置卡槽23；所述卡槽23位于所述架身22表面，用于嵌套所述紫外辐照单元3；所述紫外辐照单元3的主体是紫外灯管31，紫外灯管31末端通过防水涂料防水；卡槽23能够卡合所述紫外灯管31的两端，所述卡扣式栅网32外套于架身 22，并将嵌套于架身22上的光催化模片33包裹在内；所述配重24位于所述架身22的底部，用于增加架身22的重量以使得悬挂式支架2在排水管道8内不至于剧烈晃动。

进一步地，所述紫外灯管31所辐照的紫外线波长范围是100～400nm，且每个紫外灯管 31对应所述紫外线波长范围内的一个规格；所述紫外灯管31的辐照强度范围是50～5000μ W/cm²，且辐照强度通过所述供电监控单元调控；所述卡扣式栅网32呈圆柱体、球体或长方体，其表面具有镂空网格，网格内缘设有卡扣，卡扣内可固定光催化模片33；所述光催化模片33的材质为黑钛、二氧化钛、氧化锌、氧化锡或二氧化锆。

进一步地，所述供电监控单元4由防水电缆41、光感探头42、信号线及反馈报警器组成；其中，所述防水电缆41将所述紫外辐照单元3与市电相连，所述光感探头42悬挂于所述悬挂式支架2下方，用于监测所述紫外辐照单元3的工作情况；所述光感探头42通过信号线与反馈报警器相连，所述反馈报警器位于检查井6外的地面上。

安装阶段

步骤一：预先将排水管道8内的污水7放空，以便操作人员进入检查井6作业；

步骤二：检测井6内安装链条式导轨1，链条式导轨1包括主动链轮14、从动滑轮15及与其配合的链条16；

步骤三：将单个或多个悬挂式支架2固定于链条16上；

步骤四：将光催化单元3及光感探头42安装于悬挂式支架2，并根据排水管道的水质净化需要在卡扣式栅网32中安装适量的光催化模片33，同时将所述光感探头42通过信号线与位于检查井6外地面5上的反馈报警器相连；

步骤五：通过电动机17带动主动链轮14转动，继而传动链条16，从而将悬挂式支架2 运送至排水管道8内部；

步骤六：排水管道8正常进水；

运行阶段：

步骤一：开启供电监控单元4，使得光催化单元3在特定辐照剂量及卡扣式栅网32中光催化模片33的空间布局作用下，实现光催化氧化、紫外消毒灭菌或紫外直接光解功能；具体地，当所述光催化模片33在卡扣式栅网32上的覆盖面积大于80％时，所述光催化单元3主要起光催化氧化功能；当所述光催化模片33在卡扣式栅网32上的覆盖面积为20-80％时，所述光催化单元3主要起消毒灭菌功能；当所述光催化模片33在卡扣式栅网32上的覆盖面积小于20％时，所述光催化单元3主要起直接光解功能；

步骤二：根据光催化单元3的处理功能，调节供电监控单元4，从而调控光催化单元3 的紫外线波长及辐照剂量；具体地，在光催化氧化功能时，紫外线波长范围是150～300nm，辐照强度范围是1000～3000μW/cm²；在消毒灭菌功能时，紫外线波长范围是185～400nm，辐照强度范围是50～1000μW/cm²；在直接光解功能时，紫外线波长范围是100～185nm，辐照强度范围是3000～5000μW/cm²；

步骤三：当光感探头42监测到光催化单元3发射的紫外光强度明显减弱时，则停止其运行，反馈报警器报警；

检修阶段：

步骤一：通过电动机17反向转动主动链轮14，从而使得需要检修的光催化单元3随链条16运出至检查井6顶部；

步骤二：将光催化单元3从悬挂式支架2上拆卸下来，对其进行检修和清洗；

步骤三：将光催化单元3重新固定在悬挂式支架2上，并通过电动机17转动主动链轮 14，从而使得检修好的光催化单元3随链条16运送至排水管道8内，最后开启供电监控单元 4。

运行阶段的步骤二中，光催化单元3通过光催化模片33的催化作用、透过卡扣式栅网 32空格的紫外直接光解作用及紫外灭菌作用，实现排水管道8中污水7的物质氧化、有机物降解及消毒灭菌等净化功能。

依照本例实施的实际效果表明，该系统作用的排水管道经光催化单元连续运行24小时后，其下游检查井中污水的COD_Cr浓度相比上游检查井削减83.2％，微生物灭活率达93.6％。

本实用新型的保护内容不局限于以上实施例。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims

1.一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于所述光催化反应系统包括

链条式导轨，所述链条式导轨安装于检查井及排水管道内；

悬挂式支架，所述悬挂式支架悬挂于链条式导轨；

2.如权利要求1所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，所述链条式导轨包括承托框架，所述承托框架安装有主动链轮、从动滑轮及与其配合的链条，所述主动链轮及从动滑轮的轮面均与排水管道的轴线位于同一平面，电动机与所述主动链轮相连，用于带动主动链轮旋转，从而带动链条移动，从动滑轮设轮槽，所述链条的链槽与主动链轮的轮齿咬合，链条的外侧则与从动滑轮的轮槽卡合。

3.如权利要求2所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，所述主动链轮位于承托框架的顶部，所述从动滑轮位于承托框架的底部；所述主动链轮的齿距为1-3 cm，齿厚为0.5-1 cm；所述从动滑轮的轮槽宽度为2-4 cm，轮槽深度为4-6 cm。

4.如权利要求1所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，光催化单元包括嵌设于悬挂式支架内的紫外辐照单元和光催化膜片，所述悬挂式支架由挂钩、架身、卡槽、卡扣式栅网及配重组成；其中，所述挂钩与所述链条的销轴卡合，从而限制所述架身与所述链条的相对位置；挂钩设置于架身上，所述架身上设置卡槽；所述卡槽位于所述架身表面且能够卡合紫外灯管的两端，用于嵌套所述紫外辐照单元；所述紫外辐照单元的主体是紫外灯管，紫外灯管末端通过防水涂料防水；所述卡扣式栅网外套于架身，并将嵌套于架身上的所述光催化单元包裹在内；所述配重位于所述架身的底部，用于增加架身的重量以使得悬挂式支架在排水管道内不至于剧烈晃动。

5.如权利要求4所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，所述紫外灯管所辐照的紫外线波长范围是100 ~ 400 nm；所述紫外灯管的辐照强度范围是50 ~5000 μW/cm²，且辐照强度通过所述供电监控单元调控。

6.如权利要求4所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，所述卡扣式栅网呈圆柱体、球体或长方体，其表面具有镂空网格，网格内缘设有卡扣，卡扣内可固定光催化模片。

7.如权利要求4所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，所述光催化膜片的材质为黑钛、二氧化钛、氧化锌、氧化锡或二氧化锆。

8.如权利要求4所述的一种削减排水管网污染物的光催化反应系统，其特征在于，所述供电监控单元由防水电缆、光感探头、信号线及反馈报警器组成；其中，所述防水电缆将所述紫外辐照单元与市电相连，所述光感探头悬挂于所述悬挂式支架下方，用于监测所述紫外辐照单元的工作情况；所述光感探头通过信号线与反馈报警器相连，所述反馈报警器位于检查井外的地面上。