專利名稱：綠色光能凈水方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，尤其是涉及污水處理的方法及其裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種綠色光能凈水方法，其特征在于，對經(jīng)預(yù)處理的污水進(jìn)行光催化氧化處理，所述光催化氧化處理是使污水在光照的條件下流經(jīng)納米光觸媒表面，發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，從而使有害粒子被還原。
光催化氧化的原理是納米光觸媒在光能的作用下，低能價帶電子發(fā)生躍遷，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，躍遷至高能價帶生成光生電子，具有強還原性，而低能價帶則因此出現(xiàn)光生空穴，具有強氧化能力，可殺菌、消毒，幾乎可以氧化一切有機污染物。
所述預(yù)處理包括對污水進(jìn)行絮凝和過濾的一級處理，以及通過化學(xué)和/或生化方法降低化學(xué)需氧量(COD)、生物需氧量(BOD5)濃度的二級處理。
本發(fā)明還提供用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的光催化氧化裝置，其特征在于，所述光催化氧化裝置包括進(jìn)水口、處理池和出水口，在所述處理池中設(shè)置有光源和粘附有納米光觸媒的透光材料。
實施本發(fā)明的綠色光能凈水方法及其裝置，通過使用納米光觸媒的光催化氧化處理方法，可以獲得比現(xiàn)有的污水處理手段更好的凈水效果，其凈水效率高，成本低。并且，實施光催化氧化處理方法，只需借助光能和納米光觸媒，不需另外添加其他化學(xué)藥劑，降解水中有機污染物時，最終產(chǎn)物為二氧化碳和水，對環(huán)境不會產(chǎn)生二次污染，符合“綠色”環(huán)保的要求。
一級處理中，過濾器主要由多層超吸不銹鋼纖維燒結(jié)氈及多孔活性物構(gòu)成，具有對COD、BOD5處理效率高的特點。
二級處理中，凈液罐主要是用來通過化學(xué)藥劑法或生化法處理COD、BOD5濃度高的廢水。
在三級處理的光催化氧化裝置中，采用了臭氧-光催化聯(lián)合處理的方法，具有協(xié)同效應(yīng)，光催化和廢水處理效率高。
如

圖1所示，光催化氧化裝置包括進(jìn)水口1、處理池3、出水口2、臭氧發(fā)生器4和伸入所述處理池3中的臭氧導(dǎo)入機構(gòu)401。在所述處理池3中設(shè)置有光源301和粘附有納米光觸媒的透光材料。所述光源301是采用紫外光源，設(shè)置在處理池3的中央位置。所述透光材料是采用Pyrex玻璃(石英)，其透光率高，有利于光子的穿透和傳輸。為了取得最佳的光子利用效率，Pyrex玻璃的結(jié)構(gòu)為套設(shè)在光源301外的多層直徑不一的圓筒體302，圓筒體302的底部設(shè)置有供污水流入的開口304及筒體的支撐結(jié)構(gòu)303，相鄰圓筒體的間距為0.5～5.0cm。所述臭氧導(dǎo)入機構(gòu)401的出氣口位于所述圓筒體302的底部。
在本實施例中，納米光觸媒是采用稀土改性納米二氧化鈦。由于稀土氧化物的帶隙較寬，可有效地抑制光生電子和光生空穴的復(fù)合，從而大大地延長了光生電子和光生空穴的壽命，增強了光催化氧化作用。
稀土改性納米TiO2光觸媒是由市售稀土氧化物或混合稀土氧化物(如Nd2O3、CeO2或Pr2O3等)與市售納米TiO2經(jīng)200-600℃混合熱處理而成。其制備方法如下將定量稀土氧化物或混合稀土氧化物與納米二氧化鈦粉末按重量比(0.1-1.0)∶100混合，將其混合攪拌均勻，然后將其置于馬弗爐中焙燒，焙燒溫度控制在200-600℃之間，焙燒時間為2-5小時；然后讓其自然冷卻即可得稀土改性納米TiO2光觸媒的粉體材料。
使污水順序流經(jīng)一級、二級和三級處理裝置，其處理過程如下先在儲液罐和過濾器中對污水進(jìn)行絮凝和過濾處理。
在凈液罐中通過化學(xué)和/或生化方法降低COD、BOD5濃度。實際處理時，先分析測試廢水中的COD、BOD5濃度及其他物質(zhì)的濃度，然后確定具體的處理措施及方案，對小型裝置宜采用投加化學(xué)藥劑法，大型設(shè)備宜采用生化法。
經(jīng)一級和二級處理后，應(yīng)使污水中COD濃度小于1000毫克/升。
在光催化氧化裝置中對污水進(jìn)行光催化氧化處理。一方面，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧具有殺菌和消毒的作用，另一方面，在光的催化作用下，納米光觸媒吸收光子在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生光生電子和光生空穴，使那些難以生物降解或難以通過化學(xué)方法氧化的有機物被氧化降解，還可以使有毒有害的無機離子(如Pb2+，Cu2+，Hg2+，Cr6+等)被還原。
在處理過程中，臭氧流量根據(jù)需要可以任意調(diào)節(jié)，光源根據(jù)實際需要可以選用不同功率的紫外光源及光照時間。COD、BOD5濃度低則光源可選用較低功率或縮短光輻照時間，反之，則選用較大功率的光源，延長光輻照時間或增大臭氧流量。
經(jīng)三級處理后，污水中COD濃度小于50毫克/升。
權(quán)利要求
1.一種綠色光能凈水方法，其特征在于，對經(jīng)預(yù)處理的污水進(jìn)行光催化氧化處理，所述光催化氧化處理是使污水在光照的條件下流經(jīng)納米光觸媒表面，發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，從而使有害粒子被還原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色光能凈水方法，其特征在于，所述經(jīng)預(yù)處理的污水中COD濃度小于1000毫克/升。
3. 一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的光催化氧化裝置，所述光催化氧化裝置包括進(jìn)水口、處理池和出水口，其特征在于，在所述處理池中設(shè)置有光源和粘附有納米光觸媒的透光材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述納米光觸媒是采用稀土改性納米二氧化鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述光源是采用紫外光源，設(shè)置在處理池的中央位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述透光材料是采用Pyrex玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述Pyrex玻璃的結(jié)構(gòu)為套設(shè)在所述光源外的圓筒體，所述圓筒體的底部設(shè)置有供污水流入的開口及筒體的支撐結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述圓筒體為直徑不一的多層筒體結(jié)構(gòu)，相鄰圓筒體的間距為0.5～5.0cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述光催化氧化裝置還包括臭氧發(fā)生器和伸入所述處理池中的臭氧導(dǎo)入機構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光催化氧化裝置，其特征在于，所述透光材料采用Pyrex玻璃，所述Pyrex玻璃的結(jié)構(gòu)為套設(shè)在光源外的圓筒體，且所述臭氧導(dǎo)入機構(gòu)的出氣口位于所述圓筒體的底部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種綠色光能凈水方法，對經(jīng)預(yù)處理的污水進(jìn)行光催化氧化處理，使污水在光照的條件下流經(jīng)納米光觸媒表面，發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，從而使有害粒子被還原。本發(fā)明還提供用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的光催化氧化裝置，包括進(jìn)水口、處理池和出水口，在所述處理池中設(shè)置有光源和粘附有納米光觸媒的透光材料。實施本發(fā)明的綠色光能凈水方法及其裝置，可以獲得比現(xiàn)有的污水處理手段更好的凈水效果，其凈水效率高，成本低，對環(huán)境不會產(chǎn)生二次污染，符合“綠色”環(huán)保的要求。
文檔編號C02F1/30GK1412122SQ01129739
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月11日
發(fā)明者陳建軍, 李榮先 申請人:深圳清華大學(xué)研究院