CN214218446U - 一种光催化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光催化反应器，包括反应器本体，所述反应器本体由尾端的空心对称四棱柱、头端的膜滤装置和中间的密闭的阶梯光催化隔板固接而成，所述反应器本体的上端设置有进水管，底端设置有出水管和回流管，所述反应器本体中间部分均匀布置有八个连续阶梯状隔板，隔板上面均匀覆盖光催化剂，每个隔板的出水段都有一根内置紫外灯管的石英护管；本实用新型固着式光催化反应器，操作简单,不需要额外施加动力，可以实现光催化器连续进行，光催化效率较高，处理量大,适合大规模的工业化应用。

Description

一种光催化反应器

技术领域

本实用新型属于工业污水处理装置技术领域，具体涉及一种光催化反应器。

背景技术

人们为了解决环境问题，长期着力于相关研究，虽然能够在一定程度上解决环境污染问题，但是仍然存在治理不彻底，容易造成二次污染且使用局限较大、效率较低等问题。染料和印染工业的废水有机物含量高、成分复杂、色度深、难降解,传统的处理方法如生物处理、混凝沉淀、吸附、膜技术、化学氧化等工艺对于染料污染物的矿化能力差,并不能有效的处理此类废水，而且容易引起二次污染。

目前，常利用光催化氧化技术处理染料和印染工业的有毒有害难降解有机废水，光催化氧化技术是一种安全高效且环境友好的环境净化技术，其具有反应活性高、无毒、无污染且治理成本低等优点。在利用光催化氧化的各种反应器中，光催化剂的存在形式主要有悬浮式和固定式两种。悬浮式反应器中催化剂颗粒悬浮在气液混合物中，虽然增加了催化剂与气液反应物的接触面积，但一直以来存在光催化剂难以回收利用的问题，有可能会影响出水水质；固定式反应器中催化剂颗粒或催化剂固定膜在反应器内处于静止状态，可以连续氧化处理废水，便于制作，污染物刷新速度快，传质效率较高。但目前已有的固定式反应器多存在由于水中污染物和隔板造成光照不均，催化剂与污染物接触不够充分等问题，因此很有必要开发出一种光照充足且均匀，光催化剂与污染物充分接触的固定式反应器，以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光催化反应器,解决了现有技术中固定式反应器中存在的光照不充分且光催化剂与污染物接触不够充分，并且处理速率和处理量受到极大的限制，难以实现工业化的问题。

本实用新型提供了一种光催化反应器，包括反应器本体，所述反应器本体由尾端的空心对称四棱柱、头端的膜滤装置和中间的密闭的阶梯光催化隔板固接而成，所述反应器本体的上端设置有进水管，底端设置有出水管和回流管，所述反应器本体中间部分均匀布置有八个连续阶梯状隔板，隔板上面均匀覆盖光催化剂，每个隔板的出水段都有一根内置紫外灯管的石英护管；

所述中间主体部分的八个平行布置的隔板，每层隔板上均匀覆盖光催化剂，能够与流经隔板上的废水中的污染物充分接触；奇数隔板右端和偶数隔板左端有倾斜向下的出水装置，使水流呈阶梯形流经各个隔板；

所述内置紫外灯管的石英护管位于1至7层隔板的倾斜向下的出水装置的背面，给予每层隔板上的光催化剂充足均匀的光照；

所述尾端的空心对称四棱柱内包含二分之一高度处的出水装置，距底端四分之一处的出水回流装置还有最底部的可拆卸式沉淀杂质去除装置；经过整个装置的废水经检验合格直接在出水装置排除，若不合格在出水回流装置流出再经泵抽回最上端的第二进水口，进行再次光催化降解污染物；

所述顶端由均匀布水装置和简易过滤装置组成，使待处理废水均匀进入反应器并对废水中的大部分杂质进行初期过滤截留，避免大颗粒杂质停留在覆盖有光催化剂的隔板上减小光催化剂和污染物的接触面积进而降低降解效率。

优选的，所述八个平行布置的隔板是将反应器中间主体部分九等分，中间主体壁上有横向凹槽支撑起每层的隔板；

优选的，所述内置紫外灯管的石英护管由不锈钢卡箍固定在每层隔板的倾斜向下的出水装置背面，并将所有灯管并联连接外置电源；

优选的，所述底端四棱柱内的出水口和回流口位于侧壁的两侧，分别位于距离反应器底二分之一和四分之一高度的位置，且出水口在上，回流口在下；

优选的，所述顶端的均匀布水装置是一个缓慢旋转式的多孔圆盘；简易过滤装置上层密实纤维材料，中部为活性炭吸附材料，下部为可更换过滤膜；

优选的，所述该反应器共包含两个进水口，第一进水口位于均匀进水装置顶部中心，第二进水口位于过滤装置左下方，初次待处理废水直接由第一进水口，回流废水进入第二进水口直接流入主体部分进行二次光催化氧化阶段；

与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:

1)本实用新型将光催化主体部分为阶梯型连续光催化反应装置，废水依次流经每个光催化剂均匀覆盖的隔板，增加了催化剂颗粒与废水的接触面积,将废水中待降解的有机物更高效、更完全的降解。

2)本实用新型内部具有独特的灯光布置方式，使每层隔板上流经的废水都能够得到均匀充分的光照，既有利于光催化反应的高效进行，又避免了传统固定式光催化反应器由于光催化材料覆盖而引起光线传播受阻，光照不充分的问题。

3)本实用新型底端的回流出水口使光催化未完全降解的废水重新回流，能够充分保证较好出水质量。

4)本实用新型顶部的简易过滤装置，与现有的大部分光催化反应器相比，在光催化反应前先过滤去大部分的杂质，大大降低了光催化氧化阶段的负担，并且很好的避免了杂质覆盖在光催化剂表面而降低光催化与废水接触面积的问题，从而使光催化反应更高效快速进行。

5)本实用新型的固定式光催化反应器不需要施加额外动力，能够实现固定式光催化反应器的连续运行，处理速率高，处理量大，适合大规模的工业化应用。

附图说明

图1是本实用新型提供的光催化反应器的结构示意图；

图2是本实用新型专利均匀布水装置结构示意图；

附图标记说明：

1-第一进水管,2-均匀布水装置,3-活性炭过滤装置,4-密实纤维膜,5-光催化反应隔板,6-内置紫外灯管的石英护管,7-倾斜向下的出水装置,8-可拆卸式沉淀杂质去除装置,9-出水口，10-回流出水口，11-水泵，12-循环管，13-第二进水口，14-均匀布水器进水口，15-多孔出水口。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步详细描述，但本实用新型所保护范围不限于此。

如图1、2所示，本实用新型公开了一种光催化反应器，包括反应器本体，反应器本体由顶部的均匀布水和简易过滤装置、中部的多阶连续光催化隔板和底端的出水和回流以及杂质收集装置固接而成，反应器的本体顶部设置有进水管1，底部设置有出水管9,反应器的中部设置成多阶连续光催化隔板，一方面保证光催化剂与废水充分接触，另一方面有利于光催化氧化反应的连续进行。反应器本体的顶部设置进水管1，采用从重力流的方式进入反应器内部，降低能耗的同时每层隔板上附着的光催化剂与流经的废水充分接触反应，提高光催化反应效率。此外，在每层隔板的倾斜出水板的背面设置有内置紫外灯管的石英护管6，使得每层的光照更加更加充足均匀，使光催化反应效率更高效。

反应器本体中部的每层都设置有内置紫外灯管的石英护管6，紫外灯管与外部直流电源连接；紫外灯管设置在石英护管内，可以防止紫外灯管被废水浸泡、损坏。

反应器内部每层隔板上均匀附着的光催化剂颗粒为TiO₂颗粒，TiO₂的能带结构一般由低能价带和高能导带构成，价带和导带之间存在禁带，能带和导带之间的带隙能为3.2ev,当半导体TiO₂受到能量大于其禁带宽度的光源照射时，其价带的电子就被激发，跃迁到导带，产生原初电荷分离，从而产生导带电子和禁带空穴。这些电子和空穴对迁移到表面后，具有强的接收电子的倾向，可以参加氧化还原反应，直接将有机分子氧化为正碳自由基或将表面现象的水分子氧化为羟基自由基。生成的羟基自由基进攻有机物分子,使之氧化和分解，最终使有机污染物转化为CO₂、H₂O和无机盐达到矿化。

本实用新型的光催化反应器设置成固着式的，反应器本体中Ti0₂颗粒均匀附着在反应器内部每层的隔板上，相比悬浮型反应器很大程度上解决了处理后期回收光催化剂较难的问题；同时由于每个隔板有内置紫外灯管的石英护管6，也使有效光照面积得到提高,从而有利于光催化反应的高效快速进行。

废水以一定的速度从第一进水口1流入，进入均匀布水装置2，经过装置2的作用废水均匀散布在简易过滤装置3上，经过对大颗粒物质的截留后再通过流经密实纤维膜材料4对较细小颗粒物质的二次截留作用进入光催化反应中部的主体光催化反应阶段；废水连续流经阶梯型光催化反应隔板5，通过废水与隔板上的Ti0₂颗粒充分接触，同时在每层内置紫外灯管的石英护管6的均匀照射下发生高效的光催化氧化反应，最终实现对废水中有机物的降解作用，在高效反应的同时，免去了对光催化剂的回收和重复添加光催化剂的麻烦；废水通过连续光催化氧化反应后，流入反应器底端的出水装置，经检验水质合格直接在出水口9进行排放，若水质还不能达到排放标准，则通过回流口10通过水泵11提供动力进行回流，流经回流管12进入第二进水口13重新进入光催化反应器中部的阶梯型光催化反应隔板5进行二次光催化反应，有利于废水的充分处理。

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)

1.一种光催化反应器，包括反应器本体，其特征在于，所述反应器本体内设有顶部的均匀布水装置和活性炭简易过滤装置、中部的光催化装置，反应器本体底部为空心对称四棱柱形状，反应器本体底部包括出水口、回流口和可拆卸式沉淀杂质去除装置，所述反应器本体的顶端设置有进水管，顶部侧壁设有第二进水口，回流口连接水泵通过回流管与第二进水口连接。

2.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述光催化装置包括阶梯状光催化隔板和内置紫外灯管的石英护管，阶梯状光催化反应隔板依次相连，共有8层，每层隔板上均匀覆盖光催化剂，奇数隔板右端和偶数隔板左端均有倾斜向下的出水装置；1至7层隔板的倾斜向下的出水装置的背面均有不锈钢卡箍固定的内置紫外灯管的石英护管。

3.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述出水口位于距底端二分之一高度，回流口位于距底端四分之一高度，可拆卸式沉淀杂质去除装置位于整个反应器的最低部。

4.根据权利要求2所述的光催化反应器，其特征在于，八个平行布置的隔板将反应器中间主体部分九等分，中间主体壁上有横向凹槽支撑起每层的隔板。

5.根据权利要求2所述的光催化反应器，其特征在于，所述内置紫外灯管的石英护管由不锈钢卡箍固定在每层隔板的倾斜向下的出水装置背面，所有灯管并联连接外置电源。

6.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述四棱柱内的出水口和回流口位于侧壁的两侧。

7.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述均匀布水装置是一个缓慢旋转式的多孔圆盘；简易过滤装置上层密实纤维材料，中部为活性炭吸附材料，下部为可更换过滤膜。

8.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，进水管的进水口位于均匀布水装置顶部中心，第二进水口位于过滤装置左下方。

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