CN2752251Y - 流化床光催化氧化水处理反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反应器，具体而言是流化床光催化氧化水处理反应器。包括反应器和紫外光源，紫外光源位于反应器中，紫外光源与反应器筒壁之间装填有负载型TiO₂光催化剂。负载型TiO₂光催化剂装填在石英灯套与反应区筒壁之间，在进水水流以及曝气气流的作用下催化剂颗粒在反应区内达到充分的流化。由于催化剂颗粒在反应器内的充分流态化，可成功实现反应物、催化剂和入射光能的充分接触，具有较高的传质效率和光能利用率，不仅可以提高光催化效率，还可很好地解决光催化在工业应用上存在的催化剂回收的难题。同时紫外光能的利用率高，有效光照面积大，适合于工业规模应用。

Description

流化床光催化氧化水处理反应器

一、技术领域

本实用新型涉及一种用于水处理的反应器，具体地说，是利用TiO₂光催化氧化作用处理废水的反应器。

二、背景技术

多年来，研究人员采用了包括生物处理，化学处理，热处理，催化氧化，相转移和光解等方法应用于水处理中。但目前这些方法，都存在着局限，而且处理费用太高。而光催化作为一种新型的污染处理技术自上个世纪70年代出现以来，以其能完全降解环境中的污染物，加上费用相对较少，日益受到研究人员的重视。

光催化原理简单地说，就是一些半导体材料(TiO₂，SnO₂，ZnO，ZnS，CdS等)在紫外线的照射下阶带电子会被激发到导带，从而产生具有很强反应活性的电子(e)-空穴(h⁺)对，这些电子一空穴对迁移到半导体表面后，在氧化剂(如O₂，H₂O₂，O₃，Cl₂等)或还原剂(如污染物或小分子有机物)作用下，可参与氧化还原反应，从而起到降解污染物的作用。在这些半导体催化剂(TiO₂，ZnO，CdS等)中，TiO₂化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、催化效率高，对于难降解有机物如苯系化合物，氯系有机物等，都非常有效。正因为TiO₂的这些优点，被广泛用于光催化处理多种有机废水。

光催化反应器作为反应的主体设备，其决定了催化剂活性的发挥和对光的利用等问题，而这两个因素直接决定了光催化反应的效率。一个成功的反应器必然体现了催化剂活性和光源利用的最优化组合。所以，如何提高对光源的利用率及使催化剂活性得到最大发挥已成为反应器研制和开发的中心，也是光催化研究的重点之一。

目前，光催化氧化反应器在国内主要处在实验室阶段，还没有得到大规模的广泛的应用。传统的光催化反应器将TiO₂直接涂在反应器壁上，传统光催化在水处理应用中的催化剂回收和催化效率较低。

三、发明内容

1发明目的：本发明旨在提供一种水处理反应器，具体而言，是利用活性炭颗粒状负载型TiO₂光催化作用处理微污染饮用水源水或有机废水的反应器，通过紫外灯照射负载在活性炭上的TiO₂发生光催化作用，使得处理微污染饮用水源水或有机废水高效低耗。

2技术方案：

本实用新型的技术方案如下：

流化床光催化氧化水处理反应器包括反应器和紫外光源，紫外光源位于反应器中，紫外光源与反应器筒壁之间装填有负载型TiO₂光催化剂。

流化床光催化氧化水处理反应器可分为配水区、反应区、冷却区、固液分离区和紫外光源5个区域。紫外光源为双层套管的500W紫外高压汞灯，该紫外高压汞灯主波长为365nm。负载型TiO₂光催化剂装填在石英灯套与反应区筒壁之间，在进水水流以及曝气气流的作用下催化剂颗粒在反应区内达到充分的流化。

反应液体由泵从水箱输送到反应器，本反应装置设计为连续进水，待处理液从进水口进入反应器，处理好的水从出水口排出。

所述的流化床光催化氧化水处理反应器，装置主体为不锈钢筒体。其中筒体外侧设冷却区，冷却水在两层之间流动。设置冷却水的目的有以下两个：一是防止温度过高损坏紫外灯；二是防止紫外灯放热导致反应液温度升高。

所述的流化床光催化氧化水处理反应器，反应器的底部有气体分布器。气体分布器为一微孔钛板布气器。采用溶胶一凝胶法把TiO₂光催化剂负载在颗粒活性炭上，形成负载型TiO₂光催化剂。

由于催化剂颗粒在反应器内的充分流态化，可成功实现反应物、催化剂和入射光能的充分接触，具有较高的传质效率和光能利用率，不仅可以提高光催化效率，还可很好地解决光催化在工业应用上存在的催化剂回收的难题。

3有益效果：与传统的光催化反应器相比，流化床光催化氧化水处理反应器有以下优点：(1)固相催化剂容易分离；(2)它的结构适合于光催化反应所要求的高比表面积与体积的比率(A/V)，而这一比率在固定床反应器中较低；(3)紫外光能的利用率高，有效光照面积大；(4)转化条件易于控制和改善；(5)适合于工业规模应用。

四、附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

五、具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本实用新型。

本流化床光催化氧化水处理反应器由下面八部分组成：1、反应器；2、紫外光源；3、不锈钢反应器筒体；4、气体分布器；5、冷却套；6、反应液出水口；7、液体流量计；8、气体流量计；9、泵；10、水箱。流化床光催化氧化水处理反应器主体是一不锈钢反应器1，由固液分离区和有效反应区构成，其中固液分离区位于有效反应区的上部。

先将反应液放置在水箱10中，由泵9以连续流，经液体流量计7打入反应器主体中的反应器1的有效反应区中，在反应器内流动。气体经气体流量计8从底部进入，通过一个微孔钛板布气器4使气体以微气泡形式也进入有效反应区。一方面紫外光源2发出的部分光波被负载催化剂吸收而将其激活，激活的催化剂与管外的反应液接触而将其部分降解。另外一方面负载催化剂在气泡的带动下充分流化，气、固、液三相充分接触，气泡带入足够的溶解氧，使反应进行地更充分、彻底。气、液、固三相混合物并流向上流动。在给定气速下，液体速度超过一定值时，颗粒被夹带到反应器顶部的固液分布区。在此，气体自动溢出，固体颗粒下沉，降解后的反应液从上方流出，冷却水在冷却套5内流动，以降低反应液温度。

固液分离区直径0.40m，高0.25m，有效反应区直径0.20m，高0.55m，内置一个石英管，内径40mm，壁厚2mm，冷却水厚初步定为10mm，石英管外径为68mm。石英管距反应器底部5cm，管长约0.8m。钛板布气器孔径150μm，孔隙率40～50％，阻力损失150～350mmH₂O。

流化床光催化氧化水处理反应器体积为17.3升，有效体积约为15.5L。每小时处理量约10升。

所用活性炭：0.3-0.5mm。气量200L·h^-1、液量20L·h^-1。将流化作用、降解速率与效率等因素综合评价，催化剂的用量以2.0g·kg^-1处理液(即为反应器内有效反应液量的0.2％wt)为宜。反应温度26～28℃。

Claims (6)

1.一种流化床光催化氧化水处理反应器，包括反应器(1)和紫外光源(2)，其特征在于紫外光源(2)位于反应器(1)中，紫外光源(2)与反应器(1)筒壁之间装填有负载型TiO2光催化剂。

2.根据权利要求1所述的流化床光催化氧化水处理反应器，其特征在于紫外光源(2)为双层套管的500W紫外高压汞灯。

3.根据权利要求2所述的流化床光催化氧化水处理反应器，其特征在于反应器(1)的底部有气体分布器(4)。

4.根据权利要求3所述的流化床光催化氧化水处理反应器，其特征在于反应器(1)为不锈钢筒体(3)，筒体外侧为冷却套(5)。

5.根据权利要求2或3或4所述的流化床光催化氧化水处理反应器，其特征在于气体分布器(4)为微孔钛板布气器。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的流化床光催化氧化水处理反应器，其特征在于采用溶胶-凝胶法把TiO₂光催化剂负载在颗粒活性炭上，形成负载型TiO₂光催化剂。

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