CN212451003U

CN212451003U - 一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统

Info

Publication number: CN212451003U
Application number: CN202020603545.2U
Authority: CN
Inventors: 夏世斌; 赵盈文; 郑倩
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-04-21

Abstract

本实用新型公开了一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统，包括过滤装置和光催化反应装置，过滤装置的入口与供给待处理印染废水的供水装置相连，过滤装置的出口通过进水管道与光催化反应装置相连，光催化反应装置包括光催化反应室、紫外发光装置、光催化复合材料降解层、搅拌装置和微孔曝气装置，紫外发光装置安装于光催化反应室内中部，多层光催化复合材料降解层从上至下依次安装在光催化反应室内，微孔曝气装置设于光催化反应室内底部，所述光催化反应室内顶部设有多个与进水管道相连的喷淋头，所述光催化反应室底部侧面设有带第三阀门的出水管道。本装置结构简单，能耗低，整套系统运行稳定，可以高效、低成本降解有机物。

Description

一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，涉及一种污水处理设备，具体涉及一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统。

背景技术

印染废水是指加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水，每印染加工1吨纺织品耗水100～200吨，其中80～90％成为废水，废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、纤维杂质、砂类物质、无机盐等。印染废水因其排放量大、水质复杂、色度高、有机物污染浓度高、碱性大、处理难度大等特点，成为废水治理工艺研究的重难点。

光催化技术原理是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力，能够催化有机物与空气中的氧气发生光催化反应，净化废水中的有机污染物。光催化技术具有稳定性好、无毒、低成本等优点，反应条件温和，无二次污染，具有良好的工业应用前景。近年来，常用TiO₂材料对有机废水进行光催化降解，TiO₂具有催化活性高、介电性能好、耐腐蚀、原料成本低等特点，但废水处理过程中TiO₂粉末易流失、难回收利用，导致运行费用偏高。而活性炭(AC)具有发达的孔隙结构和丰富的表面官能团，耐高温和酸碱，具有良好的机械强度，与TiO₂复合制备TiO₂/AC载体，可解决TiO₂的固定和回收问题，同时提高染料废水的光催化降解效果。

目前已有较多关于间接耦合光催化氧化处理有机废水的工艺研究，如中国专利授权公告号CN209368031U公布了一种能有效处理水体中有机污染物的超声波光催化装置，光催化容器内水体形成闭合回路，在超声波辐射下进行光催化反应，提高光催化剂的催化效果；中国专利授权公告号CN209940716U公布了一种降解高浓度有机氯废水的系统，对低沸点含氯有机物蒸馏分离，高沸点含氯有机物光催化处理，有效去除废水中的有机氯；但未考虑可能引发的二次污染对环境生态的影响，还存在成本高、占地面积大、大规模工业应用难、环保效能低等需要进一步改进优化的问题，能够兼顾绿色经济的工业化综合应用较少。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高效处理印染废水中有机物的光催化降解系统，废水经过滤去除大颗粒悬浮固体后进入光催化反应装置，光催化复合材料将有机物吸附于表面，在紫外光和氧气作用下进行光催化反应，降解后废水进入水质分析仪，达标后进行后续处理。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：包括过滤装置和光催化反应装置，所述过滤装置的入口与供给待处理印染废水的供水装置相连，过滤装置的出口通过进水管道与光催化反应装置的入口相连，进水管道上设有第二阀门，所述光催化反应装置包括光催化反应室、紫外发光装置、光催化复合材料降解层和微孔曝气装置，所述紫外发光装置安装于光催化反应室内中部，用于发出光催化降解的紫外光，所述光催化复合材料降解层有多层，从上至下依次按照在光催化反应室内，所述光催化复合材料降解层内填充有二氧化钛-活性炭光催化复合材料，所述微孔曝气装置设于光催化反应室内底部，所述光催化反应室内顶部设有多个与进水管道相连的喷淋头，所述光催化反应室底部侧面设有出水口及与出水口相连的出水管道，所述出水管道上设有第三阀门，所述光催化反应室内设有搅拌装置。

作为改进，所述过滤装置包括过滤室，所述过滤室的底部设有入口，顶部设有出口，过滤室内从下至上依次为第一过滤室、第二过滤室和双层纤维滤布，所述第一过滤室内滤料为石英砂滤料，第二过滤室内滤料为磁铁矿滤料。

作为改进，所述光催化反应室内的侧壁设有用于反射紫外光的镜面反射光涂层。

作为改进，所述光催化复合材料降解层为镂空层，包括固定丝网和填充于固定丝网内的降解材料。

作为改进，所述搅拌装置包括搅拌轴和搅拌电机，所述搅拌轴从下至上贯穿于多层光催化复合材料降解层之间，并且在相邻的两个光催化复合材料降解层之间设有搅拌叶片，所述搅拌电机设于光催化反应室内底部外，且与搅拌轴连接。

作为改进，所述紫外发光装置包括紫外灯管和将紫外灯管包裹起来的空心石英护罩。

作为改进，所述光催化反应室的横向截面为方形，所述紫外发光装置有一排，一排紫外发光装置悬挂安装在光催化反应室内中部将其分成两个反应室，所述光催化复合材料降解层分布于两个反应室内。

作为改进，所述出水管道的第三阀门之前设有水质分析仪。

作为改进，所述供水装置包括水泵和设于水泵入口的第一阀门，所述第一阀门另一端连接污水源。

作为改进，所述喷淋头在光催化反应室内顶部均布设置。

光催化复合材料降解层，光催化反应装置内间隔一定距离设置镂空的固定丝网夹层，内部填充二氧化钛-活性炭光催化复合材料，复合材料制备方式参考麻竹活性炭负载TiO₂的制备及其光催化降解性能研究，(林美容，中国资源综合利用，2019年11月)，在紫外光和氧气作用下催化有机物发生光催化反应，吸附降解废水中的有机物，净化污水；

微孔曝气装置，置于光催化反应装置底部，向光催化反应装置内均匀供气，保证印染废水中有充足的溶解氧；

搅拌装置，固定在光催化反应装置底部，在光催化复合材料降解层间布设搅拌叶片，防止废水絮凝及光催化剂表面吸附的污染物达到饱和，将微孔曝气装置提供的氧气均匀溶解在废水中；

镜面反射光涂层，涂覆于光催化反应装置内壁，紫外光线通过涂层反射在光催化反应装置中均匀分布，提高对紫外光的利用率，在光源较少的情况下仍能保证光催化反应效率。

印染废水经光催化反应装置降解后进入水质分析仪，通过水质分析仪检测废水中有机物含量，达标后排出进行后续处理。

本实用新型的有益效果在于：

经过滤装置处理后的印染废水不含大颗粒悬浮固体；在光催化反应装置中，废水在喷淋头处雾化进水，随后经多层光催化复合材料降解层降解有机物，二氧化钛-活性炭光催化复合材料降解效率高、成本低、稳定性好；微孔曝气装置为光催化反应提供氧气，与搅拌装置共同作用将氧气均匀分散，保证光催化反应的顺利进行；光催化反应装置内壁涂覆的镜面反射光涂层，能够有效减少紫外光源数量，节约资源；工业实际应用中可根据工厂占地面积、高度调整光催化复合材料降解层间隔及数目。本实用新型提供的光催化降解系统能够实现高效、低成本降解有机物，整套系统运行稳定，能耗低，对实际工业应用有很好的借鉴意义。

附图说明

图1是本实用新型公开的光催化降解系统示意图。

图2是本实用新型光催化反应装置横向剖切示意图。

图3是本实用新型光催化复合材料降解层结构示意图。

附图标记：1-第一阀门，2-水泵，3-第一过滤室，4-第二过滤室，5-双层纤维滤布，6-过滤装置，7-第二阀门，8-紫外灯管，9-空心石英护罩，10-喷淋头，11-镜面反射光涂层，12-光催化复合材料降解层，13-搅拌装置，14-微孔曝气装置，15-水质分析仪，16-第三阀门，17-光催化反应室，18-搅拌轴，19-搅拌叶片，20-固定丝网，21-降解材料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统，包括过滤装置6、光催化反应装置和水质分析仪15，所述过滤装置6的入口与供给待处理印染废水的供水装置相连，过滤装置6的出口通过进水管道与光催化反应装置的入口相连，进水管道上设有第二阀门7，所述光催化反应装置包括光催化反应室17、紫外发光装置、光催化复合材料降解层12和微孔曝气装置14(微孔曝气器)，所述紫外发光装置安装于光催化反应室17内中部，用于发出光催化降解的紫外光，所述紫外发光装置包括紫外灯管8和将紫外灯管8包裹起来的空心石英护罩9；所述光催化复合材料降解层12有多层，从上至下依次安装在光催化反应室17内，所述光催化复合材料降解层12内填充有二氧化钛-活性炭光催化复合材料，所述微孔曝气装置14设于光催化反应室17内底部，用于释放微孔曝气，所述光催化反应室17内顶部设有多个与第进水管道相连的喷淋头10，所述喷淋头10在光催化反应室17内顶部均布设置；所述光催化反应室17底部侧面设有出水口及与出水口相连的出水管道，所述出水管道上设有第三阀门16，所述光催化反应室17内设有搅拌装置13；所述水质分析仪15设于出水管道上第三阀门16之前。

所述过滤装置6包括过滤室，所述过滤室的底部设有入口，顶部设有出口，过滤室内从下至上依次为第一过滤室3、第二过滤室4和双层纤维滤布5，所述第一过滤室3内滤料为石英砂滤料，第二过滤室4内滤料为磁铁矿滤料，本实施例中，所述第一过滤室3内的滤料为直径0.6～1.2mm的石英砂滤料，第二过滤室4内的滤料为直径0.25～0.5mm的磁铁矿滤料。需要说明的是本发明结构的过滤装置6仅仅为一种较优举例说明，

本实施例中，所述光催化反应室17内的侧壁设有用于反射紫外光的镜面反射光涂层11，以便提高光催化反应的效果，提高光利用率。

如图3所示，所述光催化复合材料降解层12为镂空层，包括双层固定丝网20和填充于固定丝网20内的降解材料21，降解材料21为二氧化钛-活性炭光催化复合材料。

所述搅拌装置13包括搅拌轴18和搅拌电机(图中未画出，为公知常识中的基本连接结构)，所述搅拌轴18从下至上贯穿于多层光催化复合材料降解层12之间(比如在双层固定丝网20上设置轴套，搅拌轴18从轴套内穿过)，并且在相邻的两个光催化复合材料降解层12之间设有搅拌叶片19，所述搅拌电机设于光催化反应室17内底部外，且与搅拌轴18连接。

如图2所示，本实施例中，所述光催化反应室17的横向截面为方形，所述紫外发光装置有一排，一排紫外发光装置悬挂安装在光催化反应室17内中部将其分成两个反应室，所述光催化复合材料降解层12布于两个反应室内。

本实施例中，所述供水装置包括水泵2和设于水泵2入口的第一阀门1，所述第一阀门1另一端连接污水源。

本实用新型的工作原理为：

印染废水进入光催化降解系统，开启第一阀门1和水泵2，从过滤装置6底部进水，通过水泵2作用下，废水由下往上依次通过第一过滤室3、第二过滤室4、双层纤维滤布5，第一过滤室3内填充石英砂滤料，第二过滤室4内填充磁铁矿滤料，经三层过滤后去除废水中大颗粒悬浮固体，开启第二阀门7，印染废水从过滤装置6顶部离开，进入光催化反应装置。

开启空心石英护罩9内的紫外灯管8，光催化反应室17内壁涂覆的镜面反射光涂层11将紫外灯管8发射的紫外光反射均匀分布，启动底部固定的微孔曝气装置14和搅拌装置13，微孔曝气装置14向光催化反应装置内均匀供气(空气)。废水通过均匀分布在光催化反应室17内顶部两侧、距顶部20cm悬挂的喷淋头10喷淋雾化进水，废水从上至下渗过多层间隔一定距离设置的填充有二氧化钛-活性炭光催化复合材料(TiO₂-AC)的光催化复合材料降解层12，废水超过光催化反应室17内4/5容量后关闭第一阀门1、水泵2、第二阀门7，印染废水中的有机物在紫外光的照射下与废水中溶解氧发生光催化反应而降解，水体得到净化。

处理后废水从光催化反应装置下方出水口流出，一部分进入水质分析仪，通过水质分析仪15检测废水中剩余有机物含量，检测含量低于废水处理规定值时，开启第三阀门16，待废水全部排出系统，关闭第三阀门16，打开第一阀门1和水泵2，另一批印染废水进入光催化降解系统净化。

所述石英砂滤料应不含可见泥土、云母和有机杂质，含泥量不应大于1％，密度不应小于2.55g/cm³；磁铁矿含泥量不应大于2.5％，密度不应小于4.5g/cm³。

所述紫外灯管8功率为200-400W，间隔0.5m布设，提供光催化反应所需光照，有效使用寿命超过500小时；空心石英护罩9保护紫外灯管8不受印染废水侵蚀着色，透射比超过95％；喷淋头10将废水雾化并均匀分散在光催化反应室17内两侧，提供充足的溶解氧，选用三溅式闭式塑料喷淋头10，节约能耗，通污能力强，不易堵塞，对水力负荷有很好的适应性；光催化复合材料降解层12能够吸附、高效降解废水中的有机物，净化污水；微孔曝气装置14在光催化反应过程中不断向装置内均匀供气，保证印染废水中有充足的溶解氧，选用膜片式微孔曝气器，气泡直径小，扩散均匀，耐腐蚀性强；在搅拌装置13的搅拌叶片19的作用下，废水在光催化反应过程中不断流动，防止絮凝的同时阻止光催化剂表面吸附的污染物达到饱和，选用碳钢制成搅拌叶片19的搅拌装置13，其强度高、耐磨性好；镜面反射光涂层11选用全电介质反射膜，涂覆于光催化反应装置内壁，反射紫外灯管8发射出的光源，使紫外光线分布均匀，提高光的利用率，减少紫外光源使用，节约资源和成本。

在本实用新型所列实施例中，光催化复合材料优选二氧化钛-活性炭光催化复合材料复合材料。在其他实施例中可选择氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化铬等多种氧化剂或硫化物半导体。

应用案例1，一种光催化降解系统处理含DCB(3，3'-二氯联苯胺)的印染废水，废水呈紫红色，DCB浓度为10mg/L，经过滤装置6处理后废水中无大颗粒悬浮固体。温度25℃、pH值为3条件下紫外灯管8照射1h，DCB的脱色率达到100％，有机物降解去除率为74％。

应用案例2，一种光催化降解系统处理含DCB(3，3'-二氯联苯胺)的印染废水，废水呈紫红色，DCB浓度为10mg/L，经过滤装置6处理后废水中无大颗粒悬浮固体。温度25℃、pH值为5条件下紫外灯管8照射1h，DCB的脱色率达到100％，有机物降解去除率为79％。

应用案例3，一种光催化降解系统处理含DCB(3，3'-二氯联苯胺)的印染废水，废水呈紫红色，DCB浓度为20mg/L，经过滤装置6处理后废水中无大颗粒悬浮固体。温度25℃、pH值为5条件下紫外灯管8照射3h，DCB的脱色率达到100％，有机物降解去除率为93％。

需要说明的是，在本实施例中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

上述实施方式仅为本实用新型的较佳实施方式，不能以此来限定本实用新型的保护范围，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims

1.一种处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：包括过滤装置和光催化反应装置，所述过滤装置的入口与供给待处理印染废水的供水装置相连，过滤装置的出口通过进水管道与光催化反应装置的入口相连，进水管道上设有第二阀门，所述光催化反应装置包括光催化反应室、紫外发光装置、光催化复合材料降解层和微孔曝气装置，所述紫外发光装置安装于光催化反应室内中部，用于发出光催化降解的紫外光，所述光催化复合材料降解层有多层，从上至下依次安装在光催化反应室内，所述光催化复合材料降解层内填充有二氧化钛-活性炭光催化复合材料，所述微孔曝气装置设于光催化反应室内底部，所述光催化反应室内顶部设有多个与进水管道相连的喷淋头，所述光催化反应室底部侧面设有出水口及与出水口相连的出水管道，所述出水管道上设有第三阀门，所述光催化反应室内设有搅拌装置。

2.如权利要求1所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述过滤装置包括过滤室，所述过滤室的底部设有入口，顶部设有出口，过滤室内从下至上依次为第一过滤室、第二过滤室和双层纤维滤布，所述第一过滤室内滤料为石英砂滤料，第二过滤室内滤料为磁铁矿滤料。

3.如权利要求2所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述光催化反应室内的侧壁设有用于反射紫外光的镜面反射光涂层。

4.如权利要求3所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述光催化复合材料降解层为镂空层，包括固定丝网和填充于固定丝网内的降解材料。

5.如权利要求4所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌轴和搅拌电机，所述搅拌轴从下至上贯穿于多层光催化复合材料降解层之间，并且在相邻的两个光催化复合材料降解层之间设有搅拌叶片，所述搅拌电机设于光催化反应室内底部外，且与搅拌轴连接。

6.如权利要求5所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述紫外发光装置包括紫外灯管和将紫外灯管包裹起来的空心石英护罩。

7.如权利要求1-6任意一项所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述光催化反应室的横向截面为方形，所述紫外发光装置有一排，一排紫外发光装置悬挂安装在光催化反应室内中部将其分成两个反应室，所述光催化复合材料降解层分布于两个反应室内。

8.如权利要求1-6任意一项所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述出水管道的第三阀门之前设有水质分析仪。

9.如权利要求1-6任意一项所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述供水装置包括水泵和设于水泵入口的第一阀门，所述第一阀门另一端连接污水源。

10.如权利要求1-6任意一项所述处理印染废水中有机物的光催化降解系统，其特征在于：所述喷淋头在光催化反应室内顶部均布设置。