CN212713082U - 一种双波段紫外光催化高级氧化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型还提供了一种双波段紫外光催化高级氧化装置，包括带有催化床的反应器，反应器的入口和出口分别接气/水混合器和气/水分离器，在反应器中靠近催化床设置有短波紫外灯和长波紫外灯，本实用新型将预处理后的废水与气体混合；使混合后的气液两相经过反应器，在催化床表面发生反应，水中的氧气在短波紫外光照射下发生链式反应，聚合成臭氧，臭氧经长波紫外光照射发生裂解反应，产生强氧化性的羟基自由基，大部分有机物在羟基自由基的氧化作用下被降解矿化，实现污水净化；充分反应后的废水进行气/水分离，分离所得气相净化后排放。本实用新型通过构建多波段光催化体系，实现反应体系中活性物质产率与运行成本的统一。

Description

一种双波段紫外光催化高级氧化装置

技术领域

本实用新型属于环境保护技术领域，涉及水处理，特别涉及一种双波段紫外光催化高级氧化装置。

背景技术

随着工业化进程的加快，城市污水的排放量和污染物的复杂程度不断提高，难降解污染物的种类相应增多，并且增加了对COD_Cr的贡献率，加大了污水生化处理的难度，探索经济高效处理技术强化难降解污染物的去除是环境保护领域面临的一大挑战。高级氧化技术成为了近些年研究的热点。高级氧化技术包括光催化、臭氧氧化、芬顿反应等技术体系。光催化技术以利用光化学能转化为手段，不使用强氧化剂为优点深受业界欢迎，然而没有强氧化剂存在的情况下限制了体系内强氧化性自由基的产生速率和产率，对浓度较高的有机废水适用性特别差；在芬顿反应体系中有效解决了反应效率低的问题，并且凸显了絮凝沉淀的协同效果，然而，金属泥的产出同样制约了该技术的使用，目前为止控制金属泥产量是亟待突破的技术瓶颈。由于臭氧氧化能力极强，氧化还原电位为2.07V，在碱性溶液中仅次于氟，对难生化降解污染物有很好的氧化降解效果，并且臭氧制备方法简单，技术成熟，有很好的工业化应用潜力，受到了广泛关注，然而，臭氧在水中的溶解率低是制约臭氧利用率提高的关键因素，导致极高的处理成本。因此，考虑到使用多波段紫外光协同作用，以空气中的氧气为氧化剂，在反应体系内实现臭氧生成与利用的链式反应，不直接投加臭氧，减少设备投资及运行成本，同时，实现了臭氧的产生与使用的平衡，从根本上突破了以臭氧为基础的高级氧化技术臭氧利用率低的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，针对高级氧化技术中存在的强氧化性物质产率低和运行成本高的两大技术瓶颈，本实用新型的目的在于提供一种双波段紫外光催化高级氧化装置与工艺，通过构建多波段光催化体系，实现反应体系中活性物质产率与运行成本的统一。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种双波段紫外光催化高级氧化工艺，包括：

步骤一，预处理待处理废水；

步骤二，将预处理后的废水与气体混合；

步骤三，使混合后的气液两相经过反应器，在催化床表面发生反应，反应器中靠近催化床设置有短波紫外光源和长波紫外光源，水中的氧气在短波紫外光照射下发生链式反应，聚合成臭氧，臭氧经长波紫外光照射发生裂解反应，产生强氧化性的羟基自由基，大部分有机物在羟基自由基的氧化作用下被降解矿化，实现污水净化；

步骤四，充分反应后的废水进行气/水分离，分离所得气相净化后排放。

所述预处理是通过过滤或者沉淀去除大粒径颗粒物和悬浮物，从而减少有机粒子和无机粒子在催化床上沉积，预处理后的废水SS含量不高于20mg/L，所述气体为空气或者氧气，通过风机送入，与预处理后的废水在气/水混合器中混合。

本实用新型还提供了一种双波段紫外光催化高级氧化装置，包括带有催化床8的反应器4，反应器4的入口和出口分别接气/水混合器10和气/水分离器5，其特征在于，在反应器4中靠近催化床8设置有短波紫外灯7和长波紫外灯9。

所述催化床8为固定床或流化床，固定床采用催化剂附着在载体表面的形式，形状结构满足反应器设计需要，流化床中催化剂与废水混合，均匀分散在水中吗，当为固定床时，所述反应器4中有多段催化床8，绕每一段催化床8均匀设置有多个短波紫外灯7和长波紫外灯9，所述短波紫外灯7和长波紫外灯9等间隔均匀交错布置。

所述催化剂为纳米二氧化钛，催化剂载体为泡沫镍。

所述短波紫外灯7为185nm紫外灯，长波紫外灯9为254nm紫外灯。

所述气/水混合器10的入口接预处理器1的出口和风机3的出口，预处理器1的入口接待处理废水，所述气/水分离器5的气相出口接尾气净化器6，所述反应器4的结构为立管式、卧管式、箱式或罐式，材质为不锈钢或碳钢，所述预处理器1为错孔不锈钢过滤器、石英砂过滤器或滤布滤池，所述气/水混合器10为文丘里混合布气装置、微孔曝气装置或射流曝气装置，所述气/水分离器5为分离罐、分离舱或分离器，所述尾气净化器6基于催化氧化或还原剂吸收净化原理。

本实用新型还可包括用于清洗反应器4、短波紫外灯7和长波紫外灯9的清洗装置，所述清洗装置为毛刷清洁器、橡胶环刮板、高压气流扫洗装置或高压水流扫洗装置。

与现有技术相比，本实用新型使用多波段紫外光源协同作用提高反应体系的降解效率，从根本上降低运行和投资成本。本实用新型以光催化为基础，达到臭氧催化氧化的同等处理效果，实现了低投入高产出的运行效果，打破了光催化效率低和臭氧氧化成本高的两大技术瓶颈。

附图说明

图1是本实用新型装置结构示意图。

图2是催化床及光源布置截面示意图。

图3是本实用新型实施例处理工业园区二沉池出水效果。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

本实用新型双波段紫外光催化高级氧化工艺，通过两种不同波长紫外光源协同作用，以紫外光催化为基础实现对难降解有机物的高效快速降解，其具体步骤包括：

步骤一，预处理

对待处理废水进行预处理，主要是过滤或沉淀掉大粒径颗粒物和悬浮物，以减少有机粒子和无机粒子在催化床上的沉积，预处理后的废水SS含量不高于20mg/L。

步骤二，布水和布气

将预处理后的废水与气体混合，气体一般为空气，也可为氧气，采取机械方式气/水混合器混合即可，气水在管道内部均匀混合，然后进入反应器腔体并充满。

步骤三，水质净化

混合后的气液两相经过反应器，在催化床表面发生反应，在催化剂的作用下促使体系内产生强氧化性活性物质，对水中的有机污染物进行氧化降解。

具体地，反应器中靠近催化床设置有短波(本实用新型选择185nm)紫外光源和长波(本实用新型选择254nm)紫外光源，反应过程中按顺序开启短波紫外光源和长波紫外光源，在催化剂存在的条件下，水中的氧气(氧化剂)在短波紫外光照射下发生链式反应，聚合成臭氧，臭氧经长波紫外光照射发生裂解反应，产生强氧化性的羟基自由基，大部分有机物在羟基自由基的氧化作用下被降解矿化，实现污水净化。

步骤四，气/水分离

充分反应后的废水进行气液两相分离，液相即净化后的污水。

步骤五，尾气净化

将分离的气相进行净化，主要是破坏多余的臭氧，净化后直接排放。

步骤六，清洗

设备长期运行，在光源和催化床上易产生附着物，多为藻类和有机沉积物，需要定时清理，保证光照和催化剂活性充足。

参考图1，本实用新型还提供了一种双波段紫外光催化高级氧化装置，包括带有催化床8的反应器4，反应器4的入口和出口分别接气/水混合器10和气/水分离器5，在反应器4中靠近催化床8设置有短波紫外灯7和长波紫外灯9。

其中，催化床8的基本形式分固定床和流化床两种，固定床采用催化剂附着在载体表面的形式，形状结构满足反应器设计需要，流化床中催化剂与废水混合，均匀分散在水中吗，本实用新型优选固定床形式。当为固定床时，反应器4中有多段催化床8，绕每一段催化床8均匀设置有多个短波紫外灯7和长波紫外灯9，短波紫外灯7和长波紫外灯9等间隔均匀交错布置，如图2所示。

催化剂具有较高的催化活性，多为变价金属合成，本实用新型优选纳米二氧化钛，其它符合本实用新型使用要求的催化剂也包含在本实用新型保护范围之内。

催化剂载体表面多孔，能够与催化剂紧密结合，多采用多孔稳定性好，可塑性强的材料，本实用新型优选泡沫镍，其它符合本实用新型使用要求的载体也包含在本实用新型保护范围之内。

短波紫外灯7主要用于激发水中的氧气在催化床表面产生臭氧，长波紫外灯9主要用于激发臭氧产生强氧化性的自由基。在本实用新型中短波紫外灯7选取185nm紫外灯，长波紫外灯9选取254nm紫外灯，其它符合本实用新型使用要求的紫外光源包含在本实用新型保护范围之内。

气/水混合器10的入口接预处理器1的出口和风机3的出口，预处理器1的入口接待处理废水，出口接供水泵2，气/水分离器5的气相出口接尾气净化器6。

反应器4的结构可采用多种形式，包括立管式、卧管式、箱式、罐式等形式，本实用新型优选卧管式；反应器4的材质可选不锈钢、碳钢防腐及其它硬质材料，本实用新型优选不锈钢。任何能够满足该系统运行的反应器结构和材质包含在本实用新型保护范围之内。

气/水混合器10通过机械混合达到气液两相均匀混合的目的，可以使用文丘里混合布气装置、微孔曝气装置、射流曝气装置等，在本实用新型中首选文丘里混合布气装置，其它符合本实用新型使用要求的布水和布气装置包含在本实用新型保护范围之内。

预处理器1可以使用错孔不锈钢过滤器、石英砂过滤器、滤布滤池等，首选错孔不锈钢过滤器，其它符合本实用新型使用要求的预处理装置包含在本实用新型保护范围之内。

气/水分离器5满足反应后废水中气相和液相的充分分离，可以使用分离罐、分离舱、分离器等，本实用新型优选分离罐，高径比不小于3:1，废水在分离舱中的停留时间不低于30min。其它符合本实用新型使用要求的气/水分离装置也包含在本实用新型保护范围之内。

尾气净化器6以破坏尾气中臭氧为主要目的，可采用催化氧化、还原剂吸收等方法/原理，本实用新型采用催化氧化的方法，其它符合本实用新型使用要求的尾气净化方法也包含在本实用新型保护范围之内

本实用新型还可包括用于清洗反应器4、短波紫外灯7和长波紫外灯9的清洗装置，清洗装置可采用毛刷清洁器、橡胶环刮板、高压气流扫洗、高压水流扫洗等形式，任何能够满足该系统运行的清洗方式均包含在本实用新型保护范围之内。

应用举例：

以化工园区实际污水厂二沉池出水为研究对象，考察双波段紫外光催化高级氧化工艺对特征有机物喹啉及喹啉类其它类物质的降解效果。同时测量水质常规指标：CODcr、TOC、UV₂₅₄。生化出水水质：TOC＝65.6mg/L，pH＝8.79，CODcr＝138mg/L，喹啉C₀＝36.34mg/L，UV₂₅₄＝1.577。

从图3可知，处理时间为6min时，实际废水中的喹啉已完全降解。随着时间的变化，水中喹啉浓度，CODcr，TOC，UV₂₅₄都有效降低。说明双波段紫外光催化高级氧化工艺对喹啉有很好的降解效果，且实际废水中其它的污染物对喹啉的降解并未产生关键性影响，本实用新型有很好的工业应用潜力。

由此可见，本实用新型构建了无外加强氧化剂条件的高级氧化反应体系，实现了光催化效能的提升，提高了高级氧化反应体系的安全性，从根本上降低了污水净化的直接运行成本，打破了传统高级氧化体系臭氧、双氧水等强氧化剂利用率低的技术瓶颈。

Claims (9)

1.一种双波段紫外光催化高级氧化装置，包括带有催化床(8)的反应器(4)，反应器(4)的入口和出口分别接气/水混合器(10)和气/水分离器(5)，其特征在于，在反应器(4)中靠近催化床(8)设置有短波紫外灯(7)和长波紫外灯(9)。

2.根据权利要求1所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述催化床(8)为固定床或流化床，固定床采用催化剂附着在载体表面的形式，形状结构满足反应器设计需要，流化床中催化剂与废水混合，均匀分散在水中，当为固定床时，所述反应器(4)中有多段催化床(8)，绕每一段催化床(8)均匀设置有多个短波紫外灯(7)和长波紫外灯(9)，所述短波紫外灯(7)和长波紫外灯(9)等间隔均匀交错布置。

3.根据权利要求2所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述催化剂为纳米二氧化钛，催化剂载体为泡沫镍。

4.根据权利要求1或2所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述短波紫外灯(7)为185nm紫外灯，长波紫外灯(9)为254nm紫外灯。

5.根据权利要求1或2所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述气/水分离器(5)的气相出口接尾气净化器(6)。

6.根据权利要求5所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述气/水混合器(10)的入口接预处理器(1)的出口和风机(3)的出口，预处理器(1)的入口接待处理废水。

7.根据权利要求6所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述反应器(4)的结构为立管式、卧管式、箱式或罐式，材质为不锈钢或碳钢，所述预处理器(1)为错孔不锈钢过滤器、石英砂过滤器或滤布滤池，所述气/水混合器(10)为文丘里混合布气装置、微孔曝气装置或射流曝气装置，所述气/水分离器(5)为分离罐、分离舱或分离器，所述尾气净化器(6)基于催化氧化净化器或还原剂吸收净化器。

8.根据权利要求1或2所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，还包括用于清洗反应器(4)、短波紫外灯(7)和长波紫外灯(9)的清洗装置。

9.根据权利要求8所述双波段紫外光催化高级氧化装置，其特征在于，所述清洗装置为毛刷清洁器、橡胶环刮板、高压气流扫洗装置或高压水流扫洗装置。

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