CN213623374U - 一种适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置，其包括污水处理单元、网状光源单元、光催化反应单元、曝气单元、提升单元、控制单元及在线检测单元，其中光催化反应单元可呈多种方式设计，其光催化剂可以为负载型光催化剂薄膜或磁性粉末型光催化剂，曝气单元采取曝气式搅拌，控制单元主要控制光源控制系统和曝气系统。本实用新型采用线状光纤作为光催化光源具有使用寿命长、环保、安全、低能耗、光源易变换、耐久性好等优点，本装置简单易维护，水力阻力小、便于设备化，完全克服了污水/废水光催化处理过程中光催化装置复杂、光能利用率低、光催化剂难以回收等缺点，因而具有广阔的应用前景。

Description

一种适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置

技术领域

本实用新型属于环保技术领域，具体涉及一种适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置，可广泛应用于污水/废水处理领域。

背景技术

随着社会的不断发展，水污染及水资源短缺问题越来越明显，急需寻找到一种新型高效的水污染治理技术来解决这些问题。近年来，光催化技术作为一种新型的高级氧化技术因其高效、节能、环保、运行简单、反应条件温和等特点而成为研究的热点。光催化剂在光照条件下会产生多种活性物质，如电子、空穴、超氧自由基、羟基自由基等，这些具有氧化还原能力的活性物质会对水环境中的有机质、重金属、病原菌等污染物都具有显著的净化效果，因而，光催化技术已成为一种很有应用前景的水污染治理技术。

已有的光催化污水/废水处理装置中通常是利用传统型光源，此类灯源系统一般都是安装于污水处理装置的上方，从而导致光在污水中的穿透性能低，部分将此类光源置于污水之中，从而使传统型光源的使用寿命降低。同时，在众多的光催化剂中，二氧化钛因其绿色无毒、良好的化学稳定性、光催化效率高等优点而备受关注。但是，目前国内外光催化处理废水工艺的研究大多数局限于二氧化钛粉末，由于二氧化钛粉末存在难以分离和回收的缺点，阻碍了其在水处理中的大规模应用。

即，在实际应用中，由于受到污水/废水中光的穿透性差、光催化剂不易回收、光催化剂不稳定、光催化装置结构复杂、成本高、不易维护等缺点的影响，导致迄今为止光催化技术还未很好地应用于实际的污水/废水处理。

如何构建可有效利用光源以实现高效光催化反应的处理装置，并实现光催化剂的分离与回收，将对光催化污水/废水处理技术的实际应用具有重要意义。

因此，本申请旨在解决污水/废水透光性差、光催化剂对光的利用率低、光催化剂不易分离回收、光催化污水/废水处理装置设计复杂等问题，以期进一步推进光催化技术的实际应用。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有光催化污水/废水处理装置的不足，提供一种设计简单、光能利用率高的光催化污水/废水处理装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置，所述光催化处理装置包括污水处理单元、网状光源单元、光催化反应单元、曝气单元、提升单元及控制单元，其中

所述污水处理单元包括污水处理池及设置于其池内上下侧的多个活动式卡扣；

所述网状光源单元包括光源控制系统、发光导体及安装有发光导体的若干固定框架，所述固定框架通过活动式卡扣安装于污水处理池内；

所述光催化反应单元包括光催化剂，所述光催化剂为负载型光催化剂薄膜或磁性粉末型光催化剂；

所述曝气单元包括曝气机及曝气头，所述曝气头安装于污水处理池池底；

所述提升单元包括提升装置及提升装置支撑架，所述活动式卡扣滑动安装于提升装置支撑架下端；

所述控制单元包括终端控制系统，用于网状光源单元和曝气单元的控制；

所述在线检测单元连接于所述污水处理池的出水口处。

进一步地，所述固定框架四周开设有固定孔，所述发光导体通过固定孔呈网状交叉安装于固定框架上。

进一步地，所述光源控制系统采用紫外光作为光源，所述发光导体采用线状光纤。

进一步地，所述光催化剂为负载型光催化剂薄膜，其载体为碳纤维或发光导体，当光催化剂负载于载体上后，将其固定于固定框架上，并穿插安装于发光导体固定框架之间。

进一步地，所述光催化剂为负载型光催化剂薄膜，其载体为线状光纤。

进一步地，所述光催化剂为磁性粉末型光催化剂，其由光催化剂与磁性颗粒相结合而成，并直接以粉末的形式投加至污水处理池。

进一步地，所述污水处理池的出水口安装有磁性收集箱，所述磁性收集箱包括设置于其内的磁铁及磁性光催化剂收集板。

进一步地，所述污水处理池内设置有中部液位开关，其安装于污水处理池的进水口上方，所述中部液位开关通过数据线连接至终端控制系统。

进一步地，所述污水处理池的出水口通过取水管连接有在线检测单元。

本实用新型带来的有益效果有：

(1)本实用新型的光催化污水/废水处理装置设计简单，易维护，易于设备化，实用性强；

(2)本实用新型的光催化污水/废水处理装置中的网状光源单元密集安装于污水处理池内，且线状光纤光源纤细，水阻力小，可以使得光催化剂在整个污水处理池内都可充分利用光能对污水/废水进行光催化处理；

(3)本实用新型所采用的光催化剂可为负载型光催化剂薄膜，其负载于碳纤维或网状光源单元表面，既能便于光催化剂的分离回收维护，又能使得光催化剂充分利用光能；也可呈磁性粉末型直接投加到处理池中，在曝气单元的作用下，充斥于整个污水处理池内，与水中污染物质充分接触，从而实现高效光催化反应；相较于传统的粉末型光催化剂，本申请的负载型光催化剂薄膜或可回收的磁性粉末型光催化剂完美解决了光催化剂与水的分离难题，因而展现出巨大的实际应用价值；

(4)本实用新型的光催化处理装置采用活动式安装结构，且配备有提升装置，非常便于装置的日常保养与维护；同时当采用负载型光催化剂时，其与光源采用套筒式易拆卸设计，既能对光源系统起到保护作用，又方便光催化剂的维护和更换；

(5)本实用新型所采用的曝气单元能为光催化过程提供充足的氧气，从而促使光催化过程产生充足的含氧自由基，从而促使污染物被充分降解，提高污水/废水处理效益。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，

附图1是本实用新型光催化处理装置的主体结构主视图；

附图2是本实用新型光催化处理装置的部分结构侧向视图；

附图3是发光导体固定框架和光催化剂固定框架网状交叉结构示意图；

附图4是实施例4中网状光催化反应单元前侧视图；

附图5是实施例4中网状光催化反应单元右侧视图。

其中：

1-线状光纤，2-负载有光催化剂的碳纤维，3-固定框架，4-网状曝气单元保护壳，5-曝气头，6-提升装置支撑架，7-提升装置，8-活动式卡扣，9-进水口，10-出水口，11-光源控制系统，12-数据线，13-中部液位开关，14-磁铁，15-磁性光催化剂收集板，16-曝气机，17-导气管，18-污水处理池，19-终端控制系统，20-负载光催化剂光纤灯，21-不锈钢杆，22-不锈钢板，23-取水管，24-在线检测单元，25-光源接口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

参照图1、2，本实施例提供一种适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置，主要包括污水处理单元、网状光源单元、光催化反应单元、曝气单元、提升单元、控制单元及在线检测单元24。

具体的：

污水处理单元包括污水处理池18、进水口9、出水口10及活动设置在池内上下侧的多个活动式卡扣8。

参照图3，网状光源单元包括光源控制系统11、发光导体及安装有发光导体的多个固定框架3，固定框架3通过活动式卡扣8安装于污水处理池18内；固定框架3的四周(边框)开设有固定孔，发光导体通过固定孔呈网状交叉安装于固定框架3上。

本实施例中，光源控制系统11采用紫外光作为光源，发光导体采用线状光纤1。

光催化反应单元包括光催化剂，光催化剂为负载型光催化剂薄膜或磁性粉末型光催化剂：

当光催化剂为负载型光催化剂薄膜时，其载体为碳纤维或发光导体：当光催化剂负载于碳纤维上后，将其同样呈网状交叉固定于固定框架3上，形成光催化剂固定框架，并将其穿插安装于发光导体固定框架之间；或，参照图4、5，当光催化剂负载于线状光纤1上后，形成负载光催化剂光纤灯20，并将光纤灯迂回型编织于上下两组不锈钢杆21之间，随后将两组不锈钢杆21安装在2块不锈钢板22上固定，以此形成网状的光催化反应单元，通过提升装置支撑架6将其安装/夹持于污水处理池18内。

当光催化剂为磁性粉末型光催化剂时，其由光催化剂与磁性颗粒相结合而成，并直接以粉末的形式投加至污水处理池18。

曝气单元包括曝气机16及曝气头5，多个曝气头5安装于污水处理池18池底。

提升单元包括提升装置7及提升装置支撑架6，活动式卡扣8可左右滑动的安装在提升装置支撑架6下端框架上。

控制单元包括终端控制系统19，用于网状光源单元和曝气单元的控制。

污水处理池18内设置有中部液位开关13，其安装于污水处理池18的进水口9上方，中部液位开关13通过数据线12连接至终端控制系统19。

污水处理池18的出水口10安装有磁性收集箱，磁性收集箱包括设置于其内的磁铁14及磁性光催化剂收集板15。

污水处理池18的出水口10通过取水管23连接有在线检测单元24，在线检测单元24通过数据线12连接至终端控制系统19。

实施例2

实施例1中适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置的一种可选的实施方式。

首先将线状光纤1安装于发光导体固定框架内，再将负载有光催化剂的碳纤维2固定在光催化剂固定框架内，通过提升装置支撑架6、活动式卡扣8，将发光导体固定框架、光催化剂固定框架穿插式等间隔布设在污水处理池18内；

线状光纤1的另一端连接光源控制系统11；

曝气头5安装于污水处理池18底部处的网状曝气单元保护壳44下方，并通过导气管17与外部的曝气机16连接；

控制单元采用终端控制系统19(现有产品，智能开关控制器终端，以及其它根据触发信号控制相应部件启闭的控制系统，如现有PLC单片机控制系统也可应用于本实施例)，通过数据线12连接光源控制系统11、曝气机16及污水处理池18中部液位开关13。

当污水通过进水口9管道进入污水处理池18后，液位达到处理池中部时，中部液位开关13闭合，通过数据线12传导信号到终端控制系统19，由其开启曝气机16和光源控制系统11：曝气机16运行，气体通过导气管17和曝气头5曝气，光源控制系统11通过线状光纤1给污水处理池18提供均匀的光源。

碳纤维上的多孔二氧化钛薄膜在紫外光的照射下，会产生具有还原能力的电子与具有氧化能力的空穴，这些具有氧化还原能力的活性物质会与水中的氧气作用进一步产生高活性的超氧自由基、羟基自由基等含氧自由基，然后这些产生的多种活性物质会与吸附在光催化剂表面上的污染物质(包括大部分有机污染物，部分重金属，部分病原菌)发生氧化还原反应，从而对这些污染物达到高效降解、转换或是灭活的作用。

污水/废水经过一定时间的光催化处理后再经出水口10流出。

为了保证光催化处理的效果，通过提升装置7定期对光纤/负载系统进行再生、维护或更换。

实施例3

实施例1中适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置的一种可选的实施方式。

本实施例与基于实施例2，并将其实施方式中的负载有光催化剂的碳纤维2换成线状光纤1，同时：

于体系中采用磁性粉末型光催化剂，即往污水处理池18中添加磁性粉末型光催化剂，其在曝气头5的曝气搅动下，在网状线状光纤1的光照作用下，具氧化还原能力的活性物质会与水中的氧气作用进一步产生高活性的超氧自由基、羟基自由基等含氧自由基，实现污染物的有效矿化，部分磁性催化剂将随着出水进入磁性收集箱，在磁铁14作用下，吸附到磁性光催化剂收集板15上，实现回收及重新利用的目的。

本实施例其它结构细节同实施例1或2。

实施例4

实施例1中适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置的一种可选的实施方式。

本实施例与基于实施例2，并将其实施方式中的负载有光催化剂的碳纤维2换成负载有光催化剂的光纤灯：

制备负载光催化剂光纤灯20，将光纤灯迂回型编织于上下两组不锈钢杆21之间，随后将两组不锈钢杆21安装在2块不锈钢板22上固定，以此形成网状光催化反应单元，通过提升装置支撑架6、活动式卡扣8将其安装/夹持于污水处理池18内。

污水由进水口9进入污水处理池18内，污水达到中部液位开关13时，开启紫外灯光源，光源照射在光纤灯表面的光催化剂，实现处理污水的目的。

本实施例其它结构细节同实施例1或2。

试验例1

本试验例以将光催化剂负载于碳纤维材料进行说明。

将本装置按照实施例2具体实施方式组装后，针对焦化废水进行处理，其COD为1000.58mg/L，氨氮浓度为815.64mg/L。

焦化废水进入污水处理池18后，水位达到中部液位开关13处，开启光源系统和曝气系统，碳纤维上负载的多孔二氧化钛薄膜在光源照射下，生成自由基与焦化废水中污染物反应，最终出水COD的浓度为110.22mg/L，去除率为88.98％，氨氮浓度为80.98mg，去除率为91.90％。

试验例2

本实施例以将光催化剂制成磁性粉末状投加型进行说明。

将本装置按照实施例3具体实施方式组装后，针对高浓度的焦化废水进行处理，其COD浓度高达6800mg/L，氨氮浓度1246.25mg/L。

为了达到充分的光照强度，将原有的光催化剂负载的碳纤维固定框架3换成线状光纤1固定框架3，投加磁性粉末型光催化剂，经过光催化剂和光照的共同作用生成氧化自由基，COD的去除率达到88.7％，氨氮的去除率为85.9％。

试验例3

本试验例以将光催化处理装置的光催化剂负载于线状光纤1，进行说明。

将本装置按照实施例4具体实施方式组装：将上下两组不锈钢杆21安装在不锈钢板22上，并于每个不锈钢杆21之间缠绕线状光纤1，且线状光纤1一头通过光源接口25与紫外灯光源控制系统11连接，形成网状光催化反应单元。

将网状光催化反应单元整体安装在污水处理池18内。

运行过程中，取水管23取水后，由在线检测单元24(COD在线浓度检测仪)进行实时检测。

当出水浓度COD高于50mg/L时，在线检测单元24将信息传递给终端控制系统19，打开曝气机16，进行曝气；当出水COD浓度低于50mg/L，终端控制系统19将停止曝气机16，呈现间歇式运行；当出水COD浓度高于50mg/L时，重新开启曝气机16，从而在节省能源的前提下，保证出水治理。

此次采用印染废水的COD为700mg/L，日处理量为50t。

经过本装置处理后，其最终的COD去除率为96.84％，脱色率为94.72％。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于高浊度、高色度废水的光催化处理装置，其特征在于：所述光催化处理装置包括污水处理单元、网状光源单元、光催化反应单元、曝气单元、提升单元、控制单元及在线检测单元，其中

所述污水处理单元包括污水处理池及设置于其池内上下侧的多个活动式卡扣；

所述网状光源单元包括光源控制系统、发光导体及安装有发光导体的若干固定框架，所述固定框架通过活动式卡扣安装于污水处理池内；

所述光催化反应单元包括光催化剂，所述光催化剂为负载型光催化剂薄膜或磁性粉末型光催化剂；

所述曝气单元包括曝气机及曝气头，所述曝气头安装于污水处理池池底；

所述提升单元包括提升装置及提升装置支撑架，所述活动式卡扣滑动安装于提升装置支撑架下端；

所述控制单元包括终端控制系统，用于网状光源单元和曝气单元的控制；

所述在线检测单元连接于所述污水处理池的出水口处。

2.根据权利要求1所述的光催化处理装置，其特征在于：所述固定框架四周开设有固定孔，所述发光导体通过固定孔呈网状交叉安装于固定框架上。

3.根据权利要求1或2所述的光催化处理装置，其特征在于：所述光源控制系统采用紫外光作为光源，所述发光导体采用线状光纤。

4.根据权利要求1所述的光催化处理装置，其特征在于：所述光催化剂为负载型光催化剂薄膜，其载体为碳纤维或发光导体，当光催化剂负载于载体上后，将其固定于固定框架上，并穿插安装于发光导体固定框架之间。

5.根据权利要求4所述的光催化处理装置，其特征在于：所述光催化剂为负载型光催化剂薄膜，其载体为线状光纤。

6.根据权利要求1所述的光催化处理装置，其特征在于：所述光催化剂为磁性粉末型光催化剂，其由光催化剂与磁性颗粒相结合而成，并直接以粉末的形式投加至污水处理池。

7.根据权利要求5所述的光催化处理装置，其特征在于：所述污水处理池的出水口安装有磁性收集箱，所述磁性收集箱包括设置于其内的磁铁及磁性光催化剂收集板。

8.根据权利要求1所述的光催化处理装置，其特征在于：所述污水处理池内设置有中部液位开关，其安装于污水处理池的进水口上方，所述中部液位开关通过数据线连接至终端控制系统。

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