專利名稱：一種太陽能可見光催化廢水處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，利用太陽能和復合二氧化鈦可見光催化劑，可見光催化氧化工業(yè)廢水中難生物降解的有機污染物，特別適用于紡織染整行業(yè)廢水的深度處理，屬于水處理領域。
背景技術：
光催化氧化廢水處理技術利用紫外光激活半導體光催化劑價帶上的光生空穴，在廢水中形成氧化能力極強的氫氧自由基，使廢水中難于降解的有機污染物完全礦化，降解過程可在常溫下進行，對污染物無選擇性，無二次污染，成為當前廢水處理領域國內外研究前沿和開發(fā)熱點。光催化劑、光源、反應器是光催化氧化廢水處理技術體形的三大要素。光催化劑多為硫族化物半導體.如Ti02、CdS、W03、Sn02等。其中，最常用的光催化劑為TiO2,它光活性強、無毒、光穩(wěn)定、在常溫下不易溶于酸堿。TiA的禁帶寬為3. 2eV,能量大于或等于3. 2eV的光子均能激發(fā)TiO2,即波長小于388nm的光子均能使TW2激發(fā)。在光催化廢水處理實驗室研究中，通常采用紫外燈等電光源作激發(fā)源。紫外燈等電光源可控性、可比性及穩(wěn)定性好，但在廢水處理實際應用中，因其運行費用高和使用壽命等問題而受限制。太陽光作為光催化氧化廢水處理技術體系的光源，具有降低廢水處理成本的經濟效益和低碳環(huán)保的社會效益。但TiO2光催化劑只能利用太陽光中波長小于388nm的紫外光，紫外光僅占太陽光總能量的4%，可見光卻占太陽光總能量的43% .因此，對波長大于 388nm的可見光激發(fā)也能響應的可見光型光催化劑，成為光催化領域的研究開發(fā)熱點。光催化反應器，按反應器中催化劑的存在形式，分為懸浮型反應器和固定型反應器；按反應器的聚光形式，可分為聚光型反應器和非聚光型反應器。已經在實際工業(yè)廢水處理中示范應用的光催化反應器包括下列四種反應器拋物槽型反應器(PTR)是聚光型反應器。它通過跟蹤裝置追蹤太陽光，將直射光聚集到位于拋物槽焦線上反應管，反應管內裝有懸浮TW2光催化劑的廢水反應液。拋物槽型反應器直接由聚光型集熱裝置的原理延伸而來的。能但僅能充分利用直射光，不能利用陰雨天地面上大量存在的散射光，造價昂貴，光效應和量子效應較低，嚴重限制其投入工業(yè)應用。復合拋物型反應器(CPCR)是非聚光型反應器。它通過改進拋物槽型反應器(PTR) 的反光鏡的幾何形狀，使其可利用散射光，且不再需要太陽跟蹤裝置。復合拋物型反應器的反應管內裝有懸浮TiO2光催化劑的廢水反應液。復合拋物型反應器需要向反應管內注入氧氣，調節(jié)管內壓力、溫度等。反應管內同時添加TiA光催化劑、i^enton試劑、03、H2O2，特別是以!^enton試劑為主時，效果較好。在復合拋物型反應器內僅單一使用TiO2光催化劑， 有機物降解效果優(yōu)勢并不明顯。初次投資成本、運行維護成本較高，對廢水透光性敏感，光催化劑難以回收。
箱體薄板型反應器(DSSR)是非聚光型反應器。它用外形為平扁箱體內有分隔薄板的特種中空玻璃(PLEXIGLAS玻璃)作廢水容器，懸浮TiO2光催化劑的廢水反應液沿著箱體內的隔板紊流，可同時利用照射在平扁箱體的直射光和散射光。箱體薄板反應器需要鼓風設備向箱體內通入空氣，對廢水透光性敏感，光催化劑難以回收。薄膜平板型反應器(TFFBR)是非聚光型反應器，它的主要部分為涂覆有TiO2光催化劑膜的平板，廢水反應液成薄膜狀流經平板，污染物質在氧氣存在的情況下，經陽光照射得以催化降解。薄膜平板型反應器可同時利用太陽光中的直射光和散射光，光催化劑固定于平板上不需要回收，運行成本低；廢水反應液薄膜周圍空氣中氧氣充足，無需鼓風設備， 投資成本低。但國外實際紡織工業(yè)廢水處理示范應用中發(fā)現，存在光子效率過低的少數案例。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，其特點結構簡單、操作方便、投資和運行成本低廉、可在紡織染整工業(yè)廢水深度處理領域廣泛實際應用。本發(fā)明的一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，主要包括薄膜光催化反應器、懸浮光催化劑回收器、循環(huán)儲水器、廢水調整池、光催化劑預調池。所述的薄膜光催化反應器的固定反應床由玻璃基板和涂布在玻璃基板上的一種復合二氧化鈦可見光催化劑薄膜組成，固定反應床的傾角α等于其所在位置的緯度，反應器蓋子用可見光通透性高的Pyrex 玻璃。光催化劑懸浮廢水反應液在薄膜光催化反應器的固定反應床上形成的反應液薄膜的厚度由分水器和電磁閥調節(jié)優(yōu)化。所述的懸浮光催化劑回收器是圓錐形結構，固液分離薄板的傾角β等于陽度，固液分離薄板之間的距離為38mm 42mm，光催化劑回流導管出口位于圓錐形沉淀區(qū)。所述的循環(huán)儲水器是方形或圓形，放置若干紊流板，形成液相紊流通道。由薄膜光催化反應器和循環(huán)儲水器組成的光催化廢水處理模塊包含擴展閥門，通過擴展閥門連接至下一個光催化廢水處理模塊，光催化廢水處理模塊相互之間的可連續(xù)或并行處理。本發(fā)明有機地融合固定性和懸浮型的反應器功能，在實際紡織染整工業(yè)廢水處理應用中，以固定型反應器功能單一運行為主，必要時，在廢水中注入懸浮光催化劑，啟用懸浮反應器功能。本發(fā)明的的優(yōu)點如下1.利用薄膜平板型反應器的固定反應床平板，添加特制的紊流循環(huán)儲水器和可調節(jié)的送水口，構成懸浮型反應器的核心。這一巧妙創(chuàng)新，一方面，以較小的投入，克服了薄膜平板型反應器在光催化處理部分紡織染整工業(yè)廢水時，光子效率過低的不足；另一方面，流經固定反應床平板的懸浮廢水反應液薄膜厚度較小，克服了復合拋物型反應器(CPCR)和箱體薄板型反應器(DSSR)等懸浮型反應器對紡織染整廢水的透光性敏感問題。2.懸浮光催化劑回收器采用特別設計的圓錐體沉淀區(qū)、固液分離薄板、和部分濃度較高的光催化劑漿體回流到沉淀區(qū)上部，促進濃度較低的光催化劑懸浮液中光催化劑顆粒加速沉淀等領先的固液分離技術要素，使其回收效果優(yōu)勢顯著。圓錐體沉淀區(qū)底部的光催化劑漿體直接回收至光催化劑預調池，設計實用巧妙。3.薄膜光催化反應器采用特制的一種復合二氧化鈦“可見光”催化劑薄膜，固定反應床的傾角α等于其所在位置的緯度，反應器蓋子用可見光通透性高的Pyrex玻璃。使其充分利用太陽光中紫外光和“可見光”的能量，光催化效率優(yōu)勢顯著。4.循環(huán)儲水器設置紊流板，采用淺池結構，當懸浮廢水反應液以一定流量在固定反應床平板成薄膜形式流動時，光催化劑顆粒不易沉淀，在循環(huán)儲水器內因設置紊流板使其水流變化紊亂，光催化劑顆粒也不易沉淀，加之，平板表面空氣中氧氣充足，從而省去了懸浮型反應器防止沉淀和供氧所必需的通氣系統(tǒng)，降低了成本。5.由薄膜光催化反應器和循環(huán)儲水器組成的光催化廢水處理模塊，可通過擴展閥門靈活擴充，使其能適應實際工廠處理能力的要求，柔性應用，光催化廢水處理模塊相互之間的可連續(xù)或并行處理，使其能根據實際催化反應動力學條件的變化，優(yōu)化選擇。


圖1為本發(fā)明的太陽能可見光催化廢水處理裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的薄膜光催化反應器示意圖。圖3為本發(fā)明的懸浮光催化劑回收器示意圖。圖4為本發(fā)明的循環(huán)儲水器示意圖。附圖的標號說明如下1-薄膜光催化反應器，2-懸浮光催化劑回收器，3-循環(huán)儲水器，4-廢水調整池，5-光催化劑預調池，6-薄膜光催化反應器，7-循環(huán)儲水器，8-擴展閥門，9-擴展閥門，10-電磁閥，11-分水器，12-固定反應床，13-反應器蓋子，14-玻璃基板，15-可見光催化劑薄膜，16-固液分離薄板，17-光催化劑回流導管，18-紊流板
具體實施例方式實施例1僅使用本發(fā)明的薄膜光催化反應器之固定型反應器功能，兩個光催化廢水處理模塊以連續(xù)方式運行，處理水磨洗(stone wash)工序的廢水。廢水樣品中模型污染物為漂白劑酶(Crouscoular TRP)，TOC濃度為715. 48mg/L, PH值為8. 5，試驗從上午11時開始至下午3時結束。太陽中紫外光強度在18-25w/m2之間變化，平均強度等于22w/m2。固定反應床玻璃基板的太陽光照射面積為25m2，在基板上涂布由上海牧而建筑科技有限公司生產的W03-Fe203/TiA可見光型光催化劑，光催化劑密度為10g/m2，平板傾角等于上海的緯度31. 4度。預處理過的水磨洗工序的廢水，在廢水調整池(4)調整后，經泵注入循環(huán)儲水器 (3)，經薄膜光催化反應器(1)后，以連續(xù)方式流入下一個光催化廢水處理模塊(6、7)，再返回循環(huán)儲水器(3)。調節(jié)電磁閥(10)使廢水循環(huán)流量等于2. 8m3/h，4小時TOC降解率達 93%實施例2使用本發(fā)明的薄膜光催化反應器之懸浮型反應器功能，兩個光催化廢水處理模塊以并行方式運行，處理染色工序的廢水。廢水樣品中模型污染物為染料胭脂紅(Cikicrone)，TOC濃度為23. 8mg/L，pH值為7. 6，試驗從上午11時開始至下午3時結束。太陽中紫外光強度在17-27w/m2之間變化，平均強度等于223w/m2。固定反應床玻璃基板的太陽光照射面積為25m2，在基板上涂布由上海牧而建筑科技有限公司生產的W03-Fe203/TiA可見光型光催化劑，光催化劑密度為10g/m2，平板傾角等于上海的緯度31. 4度。取上海牧而建筑科技有限公司生產的WO3-Fe2OZTiA可見光型光催化劑粉體，在光催化劑預調池中，按1 20加水稀釋攪拌后，得可見光催化劑濃液，經泵注入廢水調整池，經與染料廢水混合攪拌調整后，使廢水中可見光催化劑的濃度為100mg/L。打開擴展閥門，將懸浮廢水反應液泵入兩個循環(huán)儲水池(3、7)中。兩個光催化廢水處理模塊以并行方式運行，調節(jié)電磁閥(10)使廢水循環(huán)流量等于3. 5m3/h，2小時TOC降解率達95%。夜間，廢水在懸浮光催化劑回收器O)中沉淀，處理過的清水從上部凈水出口排出，沉淀區(qū)底部的光催化劑漿體直接回收至光催化劑預調池。光催化劑回收率大于96%。
權利要求
1.一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，主要包括薄膜光催化反應器(1)、懸浮光催化劑回收器( 、循環(huán)儲水器C3)、廢水調整池(4)、光催化劑預調池(5)，其特征在于薄膜光催化反應器(1)的固定反應床(1 由玻璃基板(14)和涂布在玻璃基板上的一種復合二氧化鈦可見光催化劑薄膜(15)組成，固定反應床(12)的傾角α等于其所在位置的緯度，反應器蓋子(1 用可見光通透性高的Pyrex玻璃。
2.如權利要求1所述的一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，其特征在于光催化劑懸浮廢水反應液在薄膜光催化反應器的固定反應床(12)上形成的反應液薄膜的厚度由分水器(11)和電磁閥(10)調節(jié)優(yōu)化。
3.如權利要求1所述的一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，其特征在于懸浮光催化劑回收器(2)是圓錐形結構，固液分離薄板(16)的傾角β等于55度，固液分離薄板之間的距離為38mm 42mm，光催化劑回流導管(17)出口位于圓錐形沉淀區(qū)。
4.如權利要求1所述的一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，其特征在于循環(huán)儲水器 (3)是方形或圓形，放置若干紊流板(18)形成液相紊流通道。
5.如權利要求1所述的一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，其特征在于由薄膜光催化反應器(1)和循環(huán)儲水器( 組成的光催化廢水處理模塊包含擴展閥門(8)，通過擴展閥門連接至下一個光催化廢水處理模塊(6、7、9)，光催化廢水處理模塊相互之間的可連續(xù)或并行處理。
全文摘要
一種太陽能可見光催化廢水處理裝置，其特點是薄膜光催化反應器的固定反應床由玻璃基板和涂布在玻璃基板上的WO3/Fe2O3/TiO2可見光催化劑薄膜組成，光催化反應器的傾角等于其所在位置的緯度；光催化劑懸浮廢水反應液在固定反應床上形成的反應液薄膜的厚度由分水器和電磁閥調節(jié)優(yōu)化；懸浮光催化劑回收器采用圓錐形結構，包含固液分離薄板和光催化劑回流導管；循環(huán)儲水器內設置若干紊流板，形成液相紊流通道；光催化廢水處理模塊可通過擴展閥門以連續(xù)或并行方式擴展。本發(fā)明兼有薄膜固定反應床式和懸浮式光催化反應器的優(yōu)點，注重太陽直射和散射光的共同利用和可見光催化劑的性能優(yōu)勢，可產業(yè)化應用于難生物降解有機工業(yè)廢水深度處理。
文檔編號C02F9/08GK102241450SQ20101017038
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權日2010年5月11日
發(fā)明者吳瑛 申請人:上海牧而建筑科技有限公司