專利名稱：一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及有機(jī)廢水的處理裝置，尤其是涉及一種深度處理有機(jī)廢水的吸附
和光催化集成裝置。
背景技術(shù)：
自從上個世紀(jì)以來，全球工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，工業(yè)的發(fā)展不僅給人類帶來了 日新月異的變化，同時也給人類賴以生存的環(huán)境造成了巨大的威脅，因此環(huán)境的治理受到 廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的水處理工藝有化學(xué)沉淀法、物理分離法、電凝法、活性炭吸附、生物質(zhì)降解 等，但是這些處理工藝大部分存在處理工藝復(fù)雜、處理費用高、操作繁瑣、受外界環(huán)境因素 影響較大、對廢水有機(jī)物去除不徹底等不足，而受到一定的限制。而半導(dǎo)體金屬氧化物光催 化氧化技術(shù)對廢水有機(jī)物的降解具有無選擇性并能進(jìn)行深度反應(yīng)而使有機(jī)物發(fā)生徹底礦 化，是一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)。 1102具有高比表面積、光催化活性高、光化學(xué)性質(zhì)，無毒、廉價且無二次污染等優(yōu) 點而成為理想的光催化材料。目前，二氧化鈦的應(yīng)用形式主要有兩種納米粉體和固定化光 催化材料，這兩種應(yīng)用方式分別推動了懸浮式和固定式光催化反應(yīng)器的發(fā)展。懸浮式光催 化反應(yīng)器存在二氧化鈦易流失，難回收的不足，另外，二氧化鈦在水中易凝聚，從而影響催 化活性。因此這種光催化反應(yīng)器在實際應(yīng)用中很難得到規(guī)?；?，產(chǎn)業(yè)化。而固定式光催化 反應(yīng)器有效克服了這些不足，但由于目前開發(fā)的固定式光催化反應(yīng)器其催化劑載體大部分 以玻璃、不銹鋼，陶瓷為載體，這類載體雖然符合使用環(huán)境的基本要求，但存在比表面積小， 光利用率低，降解效率低等不足，所以同樣未出現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，大部分處于研究或試 用階段。

發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有光催化反應(yīng)器存在的二氧化鈦利用率低，有機(jī)廢水處理不徹底，光 催化效率低，催化效能難以持續(xù)的問題，本實用新型的目的在于提供一種深度處理有機(jī)廢 水的吸附和光催化集成裝置。 本實用新型解決的技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是 該裝置包括有機(jī)廢液蓄水箱、兩個進(jìn)液泵、兩個流量計、預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)、 兩個閥門、深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)、凈化水蓄水箱；有機(jī)廢液蓄水箱下端的出水口經(jīng)第一進(jìn)液 泵、第一流量計接入預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口 ，預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)上端的 出水口經(jīng)第一閥門接入深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口接入，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端 的進(jìn)水口同時經(jīng)第二閥門、第二流量計接入第二進(jìn)液泵的出水口，第二進(jìn)液泵的進(jìn)水口接 入凈化水蓄水箱下端的出水口 ，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)上端的出水口接入凈化水蓄水箱上端 的進(jìn)水口 ，凈化水蓄水箱下端設(shè)有凈化水出水口 。 所述預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)其外殼為不銹鋼筒體，筒體內(nèi)由下至上依次設(shè)有固體 顆粒沉淀區(qū)、沉降區(qū)、緩沖區(qū)及光催化反應(yīng)區(qū)，進(jìn)水口設(shè)置在固體顆粒沉淀區(qū)，出水口設(shè)置
3在光催化反應(yīng)區(qū)上部。 所述深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)其外殼為不銹鋼筒體，筒體內(nèi)由下至上依次設(shè)有兩個以 上光催化反應(yīng)區(qū)，進(jìn)水口設(shè)置在最下面一個光催化反應(yīng)區(qū)的下部，出水口設(shè)置在最上面一 個光催化反應(yīng)區(qū)的上部。 所述光催化反應(yīng)區(qū)其上下各設(shè)有一層碳纖維織物光催化層，在上下兩層碳纖維織 物光催化層中間設(shè)置由石英玻璃冷阱保護(hù)的紫外燈，在兩層碳纖維織物光催化層中間兩側(cè) 產(chǎn)生折射的兩個內(nèi)表面為反光層，反光層表面是銀鍍層或貼有反光膜。 所述碳纖維織物光催化層為三維立體蜂窩結(jié)構(gòu)，其中每根聚丙烯腈基碳纖維表面
均先負(fù)載二氧化錫，再負(fù)載二氧化鈦的碳纖維。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果 采用溶膠凝膠浸漬涂覆技術(shù)，在碳纖維表面負(fù)載Sn02和Ti02雙層薄膜，通過現(xiàn)代 紡織技術(shù)，將負(fù)載光催化劑的碳纖維編織成蜂窩狀織物結(jié)構(gòu)或其他三維立體織物結(jié)構(gòu)；碳 纖維載體的選取、特殊的織物結(jié)構(gòu)及對二氧化鈦的耦合改性解決了其他固定化光催化材料 催化效率降低的難題，另外薄膜表面形成的多孔結(jié)構(gòu)使材料具有吸附_光催化的雙效功 能，即形成協(xié)同效應(yīng)；通過反光裝置提高了光源利用率，從而使體系具有耐沖擊性強(qiáng)，能量 利用合理，光催化氧化效率高的優(yōu)點，而雙系統(tǒng)水處理體系的建立使有機(jī)物的礦化更徹底， 操作更方便，因此該裝置易實用化、工業(yè)化、商業(yè)化。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2是預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖3是深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖4是采用的碳纖維織物截面蜂窩式結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖5是圖4的俯視圖。 圖6是光催化材料催化降解甲基橙性能圖。 圖中1、預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)；2、深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)；3、有機(jī)廢液蓄水箱；4、 凈化水蓄水箱；5、進(jìn)液泵；6、閥門；7、流量計；8、固體顆粒沉淀區(qū)；9、沉降區(qū)；10、緩沖區(qū)； 11、光催化反應(yīng)區(qū)；12、碳纖維織物光催化層；13、反光層；14、石英玻璃冷阱；15、紫外燈； 16、進(jìn)水口 ；17、出水口 ；18、光催化反應(yīng)區(qū)；19、進(jìn)水口 ；20、出水口 ；21、固定件。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，但本實用 新型的實施方式不限于此。 如圖1所示，該裝置包括有機(jī)廢液蓄水箱3、兩個進(jìn)液泵5、兩個流量計7、預(yù)處理光 催化反應(yīng)系統(tǒng)1、兩個閥門6、深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)2、凈化水蓄水箱4 ;有機(jī)廢液蓄水箱3下 端的出水口經(jīng)第一進(jìn)液泵5、第一流量計7接入預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)1下端的進(jìn)水口 16， 預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)1上端的出水口 17經(jīng)第一閥門6接入深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)2下端 的進(jìn)水口 19接入，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)2下端的進(jìn)水口 19同時經(jīng)第二閥門6、第二流量計 7接入第二進(jìn)液泵5的出水口 ，第二進(jìn)液泵5的進(jìn)水口接入凈化水蓄水箱4下端的出水口 ，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)2上端的出水口 20接入凈化水蓄水箱4上端的進(jìn)水口 ，凈化水蓄水箱 4下端設(shè)有凈化水出水口。 如圖2所示，所述預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)1其外殼為不銹鋼筒體，筒體內(nèi)由下至上 依次設(shè)有固體顆粒沉淀區(qū)8、沉降區(qū)9、緩沖區(qū)10及光催化反應(yīng)區(qū)11，進(jìn)水口 16設(shè)置在固體 顆粒沉淀區(qū)8，出水口 17設(shè)置在光催化反應(yīng)區(qū)ll上部。 如圖3所示，所述深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)2其外殼為不銹鋼筒體，筒體內(nèi)由下至上依 次設(shè)有兩個光催化反應(yīng)區(qū)，進(jìn)水口 19設(shè)置在下面一個光催化反應(yīng)區(qū)18的下部，出水口 20 設(shè)置在上面一個光催化反應(yīng)區(qū)18的上部，光催化反應(yīng)區(qū)可根據(jù)實際需要設(shè)置兩個以上。 如圖2、圖3所示，所述光催化反應(yīng)區(qū)其上下各設(shè)有一層碳纖維織物光催化層12， 在上下兩層碳纖維織物光催化層12中間設(shè)置由石英玻璃冷阱14保護(hù)的紫外燈15，在兩層 碳纖維織物光催化層12中間兩側(cè)產(chǎn)生折射的兩個內(nèi)表面為反光層13，反光層13表面是銀 鍍層或貼有反光膜。 如圖4、圖5所示，所述碳纖維織物光催化層12為三維立體蜂窩結(jié)構(gòu)，其中每根聚 丙烯腈基碳纖維表面均先負(fù)載二氧化錫，再負(fù)載二氧化鈦的碳纖維，碳纖維織物光催化層 12用固定件21固定。 本實用新型選擇具有良好力學(xué)性能和吸附性能的碳纖維為載體，制備固定化光催 化材料，并通過現(xiàn)代紡織技術(shù)，編織成三維立體結(jié)構(gòu)的碳纖維織物，使其在形貌結(jié)構(gòu)上占有 獨特優(yōu)勢，并具有耐水流沖擊負(fù)荷的特點；同時合理設(shè)計反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、形狀、光源的幾何 位置等，克服反應(yīng)器存在水流死區(qū)問題，并使催化劑活性得到最大發(fā)揮和提高對光的利用 率，從而大大提高光催化效率，降低投資和運行費用。 本實用新型所述的碳纖維織物光催化層是采用溶膠凝膠浸漬涂覆技術(shù)，在碳纖維 表面負(fù)載Sn02和Ti02雙層薄膜，通過現(xiàn)代紡織技術(shù)，將負(fù)載光催化劑的碳纖維編織成蜂窩 狀織物結(jié)構(gòu)或其他三維立體織物結(jié)構(gòu)，碳纖維具有良好的力學(xué)性能及三維立體織物結(jié)構(gòu)具 有整體特性使碳纖維織物光催化層具有良好的耐水流的沖擊力，而碳纖維具有良好的吸附 性能使碳纖維織物光催化層具有吸附_光催化的雙效功能，即形成協(xié)同效應(yīng)，另外還起到 過濾固體顆粒雜質(zhì)的作用。 實施例 如圖1所示，本實用新型水處理光催化集成裝置的工藝流程如下連接有機(jī)廢液 蓄水箱3底部的進(jìn)液泵5將有機(jī)廢水輸送至預(yù)處理反應(yīng)系統(tǒng)1，由預(yù)處理反應(yīng)系統(tǒng)1的固體 顆粒沉淀區(qū)8上側(cè)的進(jìn)水口 16進(jìn)入該反應(yīng)系統(tǒng)，經(jīng)過沉降區(qū)9和緩沖區(qū)10以減緩水流對 織物層的沖擊，經(jīng)過碳纖維織物光催化層12，由固定件21將碳纖維織物層固定在筒體上， 在該層廢液中的固體顆粒雜質(zhì)被過濾去除，并將有機(jī)物吸附在碳纖維織物光催化層上，之 后，進(jìn)入光催化反應(yīng)區(qū)11 ，其上方還有一層碳纖維織物光催化層，兩層碳纖維織物光催化層 中間設(shè)置一紫外燈15，外面為石英玻璃冷阱14，防止溫度過高損壞紫外燈，兩層碳纖維織 物光催化層中間兩側(cè)產(chǎn)生折射的兩個內(nèi)表面為反光層13，表面可以是銀鍍層和反光膜等， 以提高光源利用率，在紫外光的照射下，對有機(jī)廢水進(jìn)行初步處理后經(jīng)頂端出水口 17輸送 至深度反應(yīng)系統(tǒng)2的低端進(jìn)水口 19，進(jìn)入深度反應(yīng)系統(tǒng)光催化反應(yīng)室18，該系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置三 層碳纖維織物光催化層，每兩層中間都有一套紫外光照設(shè)備和反光裝置，經(jīng)光催化處理后 的水經(jīng)深度反應(yīng)系統(tǒng)2頂端出水口 20輸送至凈化水蓄水箱4，并檢測水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，未達(dá)標(biāo)者可將凈化水蓄水箱4中的水經(jīng)過深度反應(yīng)系統(tǒng)2進(jìn)行循環(huán)催化，直到有機(jī)廢水被光催化 降解成無機(jī)小分子，如二氧化碳、水等，最終經(jīng)凈化水蓄水箱4排出。
污水處理實施例 采用常見的甲基橙染料為模擬降解物，它具有發(fā)色共軛體系及苯環(huán)等難降解結(jié) 構(gòu)，具有一定的代表性。配置成80mg/L的水溶液，以500W高壓汞燈為光源進(jìn)行光催化處 理，由圖6可知，Ti0ySn0yCF光催化材料對甲基橙溶液有較高的去除率。反應(yīng)初始階段，甲 基橙溶液濃度下降較快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度下降逐漸趨于緩和，這主要是初始階段材料 對染料的吸附速率要比Ti02光催化降解速率快，碳纖維首先吸附甲基橙染料分子，Ti02光 催化降解使碳纖維的吸附能力得以再生，隨后碳纖維又繼續(xù)吸附染料分子，使吸附與光催 化同時進(jìn)行并形成良好的協(xié)同效應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行兩者之間逐漸達(dá)到一個動態(tài)平衡，當(dāng) 反應(yīng)時間達(dá)到90分鐘時，染料的降解率可達(dá)91. 6% 。這表明采用碳纖維為載體負(fù)載Ti02/ Sn02耦合型雙層薄膜光催化材料具有良好的催化效果。
權(quán)利要求一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置，其特征在于該裝置包括有機(jī)廢液蓄水箱、兩個進(jìn)液泵、兩個流量計、預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)、兩個閥門、深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)、凈化水蓄水箱；有機(jī)廢液蓄水箱下端的出水口經(jīng)第一進(jìn)液泵、第一流量計接入預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口，預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)上端的出水口經(jīng)第一閥門接入深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口接入，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口同時經(jīng)第二閥門、第二流量計接入第二進(jìn)液泵的出水口，第二進(jìn)液泵的進(jìn)水口接入凈化水蓄水箱下端的出水口，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)上端的出水口接入凈化水蓄水箱上端的進(jìn)水口，凈化水蓄水箱下端設(shè)有凈化水出水口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置，其特征在 于所述預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)其外殼為不銹鋼筒體，筒體內(nèi)由下至上依次設(shè)有固體顆粒 沉淀區(qū)、沉降區(qū)、緩沖區(qū)及光催化反應(yīng)區(qū)，進(jìn)水口設(shè)置在固體顆粒沉淀區(qū)，出水口設(shè)置在光 催化反應(yīng)區(qū)上部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置，其特征在 于所述深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)其外殼為不銹鋼筒體，筒體內(nèi)由下至上依次設(shè)有兩個以上光 催化反應(yīng)區(qū)，進(jìn)水口設(shè)置在最下面一個光催化反應(yīng)區(qū)的下部，出水口設(shè)置在最上面一個光 催化反應(yīng)區(qū)的上部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置，其特征在 于所述光催化反應(yīng)區(qū)其上下各設(shè)有一層碳纖維織物光催化層，在上下兩層碳纖維織物光 催化層中間設(shè)置由石英玻璃冷阱保護(hù)的紫外燈，在兩層碳纖維織物光催化層中間兩側(cè)產(chǎn)生 折射的兩個內(nèi)表面為反光層，反光層表面是銀鍍層或貼有反光膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置，其特征在 于所述碳纖維織物光催化層為三維立體蜂窩結(jié)構(gòu)，其中每根聚丙烯腈基碳纖維表面均先 負(fù)載二氧化錫，再負(fù)載二氧化鈦的碳纖維。
專利摘要本實用新型公開了一種深度處理有機(jī)廢水的吸附和光催化集成裝置。有機(jī)廢液蓄水箱下端的出水口經(jīng)進(jìn)液泵、流量計接入預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口，預(yù)處理光催化反應(yīng)系統(tǒng)上端的出水口經(jīng)第一閥門接入深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口接入，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)下端的進(jìn)水口同時經(jīng)第二閥門、另一流量計接入另一進(jìn)液泵的出水口，另一進(jìn)液泵的進(jìn)水口接入凈化水蓄水箱下端的出水口，深度光催化反應(yīng)系統(tǒng)上端的出水口接入凈化水蓄水箱上端的進(jìn)水口。該光催化集成裝置具有雙系統(tǒng)水處理體系，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，耐沖擊性強(qiáng)，能量利用合理，光催化氧化效率高的優(yōu)點，而雙系統(tǒng)水處理體系的建立使有機(jī)物的礦化更徹底，操作更方便，該裝置易實用化、工業(yè)化、商業(yè)化。
文檔編號C02F1/32GK201485308SQ20092019240
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者丁艷杰, 傅雅琴, 龐邦永, 朱曜峰 申請人:浙江理工大學(xué)