專利名稱：水凈化裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用氧化反應(yīng)凈化水中含有的有機(jī)物或化合物的水凈化裝置及其方法，尤其涉及一種通過(guò)使用包括光催化劑比如二氧化鈦的催化劑，利用氧化反應(yīng)來(lái)凈化水中的有機(jī)物的水凈化裝置及其方法。
在處理各種各樣的水包括污水、家用排水、河水、湖水、供水或服務(wù)用水時(shí)，廢水經(jīng)過(guò)去除懸浮物或高度處理后，其中仍存留有包括表面活性劑有機(jī)氯化物的有機(jī)物，比如三氯乙烯，三鹵甲烷以及更有害的有機(jī)物比如二噁英和多氯聯(lián)苯等等，目前已經(jīng)有一種公知的采用光催化劑用于處理待凈化的水中(例如原水(本文中原水指未凈化的水))含有的有機(jī)化合物或有機(jī)物的氧化工藝，采用這種方法可以從水中去除這些有機(jī)物。人們常采用這種使用光催化劑的氧化反應(yīng)來(lái)分解或清除流體比如水中含有或混有的有害有機(jī)物，這種呈顯出光催化劑特性的物質(zhì)比如二氧化鈦也是眾所周知的。
通常，先把二氧化鈦顆粒分散進(jìn)入待處理或處置的水中(比如原水)，然后，向原水中射入紫外線，從而在光催化劑上發(fā)生氧化反應(yīng)。然而，光催化劑的氧化反應(yīng)只在分散的二氧化鈦顆粒的表面進(jìn)行，因此，為了提高其反應(yīng)效率，重要的是分散入處理流體中的二氧化鈦顆粒要盡可能的細(xì)小或微小，以致于增大顆粒的比表面積，由此提高二氧化鈦顆粒與處理流體之間的接觸面積。
然后，在完成氧化反應(yīng)后，從處理的流體中分離出光催化劑顆粒，這樣可以再用(即重復(fù)使用)，如果把光催化劑顆粒加到氣體象空氣這樣的流體中，即使它的尺寸很微小，但是由于光催化劑顆粒與流體之間的比重有差異，所以光催化劑顆粒仍能容易地從處理的流體中分離或去除。然而，如果把光催化劑顆粒加到液體象水這樣的流體中，分散入液體水中的細(xì)小光催化劑顆粒的沉淀或沉降性能，與分散于氣體的光催化劑顆粒的沉降性能相比，是很低或很小的。因此，如果采用光催化劑，比如二氧化鈦處理液體比如水，就要在反應(yīng)中使用大粒徑的光催化劑顆粒，但反應(yīng)效率降低。換句話說(shuō)，如果使用細(xì)小或微小的光催化劑顆粒，就要應(yīng)用一種稱之為膜分離法的方法，從處理后的流體中分離出光催化劑顆粒。
然而，如果增大光催化劑顆粒的粒徑，缺點(diǎn)是必須采用大規(guī)模的裝置或設(shè)備來(lái)補(bǔ)償處理能力的降低，同時(shí)處理效率也有所減小。另外，如果采用上述膜分離法，仍存在特別是在進(jìn)行膜分離的那一部分需要大動(dòng)力的問(wèn)題。
因此，根據(jù)上述背景技術(shù)，比如日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-174067(1997)提供了一種方法，其中把細(xì)小的氫氧化鐵顆粒和/或細(xì)小的氫氧化鋁顆?；旌铣视倌酄?，然后把它們混入含有細(xì)小光催化劑顆粒的氧化反應(yīng)器中的處理水中(例如原水)，通過(guò)照射紫外線完成氧化反應(yīng)后，向容器中添加一種聚合絮凝劑。采用這種方法，利用氧化反應(yīng)后向處理水中加入的聚合絮凝劑的作用，使分散在水中的光催化劑顆粒隨著分離出來(lái)的細(xì)小氫氧化鐵顆粒和/或氫氧化鋁顆粒被凝聚，分離出的淤泥再返回到氧化反應(yīng)器中重復(fù)使用。
附圖7是以上日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-174067(1997)處理裝置的方框圖，如圖7所示，首先，在現(xiàn)有技術(shù)的水凈化裝置中，由于氧化反應(yīng)器或槽1中有光催化顆粒，所以可通過(guò)氧化反應(yīng)分解和/去除原水中含有的有機(jī)污染物(例如，分解成多種成分，例如水和/或二氧化碳等等)。即，在氧化反應(yīng)槽1中，提供有紫外線光源2，因此預(yù)先投入到原水中的光催化劑顆粒受紫外線的照射，而使光催化劑發(fā)生反應(yīng)。然而，細(xì)小的氫氧化鐵顆粒和/或細(xì)小的氫氧化鋁顆粒要事先進(jìn)行混合呈淤泥狀，再加入到氧化反應(yīng)槽1中的處理水即原水中。然后從其注入部件20向從氧化反應(yīng)槽1中流出的水中加入聚合絮凝劑。
在這里，當(dāng)聚合絮凝劑加入到從氧化反應(yīng)槽1中流出的水中時(shí)，細(xì)小的氫氧化鐵顆粒和/或細(xì)小的氫氧化鋁顆粒利用聚合絮凝劑的凝聚功能，與分散在水中的光催化劑顆粒一起形成絮凝體，在位于氧化反應(yīng)槽下游的沉淀分離槽8中，形成的凝聚絮凝物從處理水中分離形成淤泥9。然后，使從處理水中分離出的淤泥9返回到氧化反應(yīng)槽1，把淤泥加入到原水中，再利用光催化劑顆粒來(lái)進(jìn)行氧化反應(yīng)。
也就是說(shuō)，按照上述現(xiàn)有技術(shù)，在水凈化裝置及其處理方法中，返回到氧化反應(yīng)槽1中重復(fù)使用的絮凝體(即分離出的淤泥9)，由于上述光催化劑在氧化反應(yīng)槽1中通過(guò)氧化反應(yīng)使聚合絮凝劑分解，因此，該絮凝體不再具有聚合絮凝劑的凝聚功能。結(jié)果，光催化劑顆粒以及細(xì)小氫氧化鐵顆粒和/或氫氧化鋁顆粒喪失了聚合絮凝劑的凝聚功能，并且又以單一的顆粒形式混合在水中，重復(fù)使用。在現(xiàn)有技術(shù)的水氧化處理方法中(即日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-174067(1997))，采用上述這種方式，利用粉末狀的光催化劑可以高效地進(jìn)行氧化(即凈化)反應(yīng)處理。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)的水凈化裝置及其方法中，仍存在著幾個(gè)問(wèn)題。
即，其中一個(gè)問(wèn)題是，由于微小的光催化劑顆粒不斷地從處理水中分離并收集，還必須不斷地向水中添加聚合絮凝劑，比如聚丙烯酰胺等，這些絮凝劑價(jià)格昂貴。因此，缺點(diǎn)是裝置的費(fèi)用加大，尤其是裝置的運(yùn)行費(fèi)用加大。
另外，采用現(xiàn)有技術(shù)的水凈化裝置及其方法，在處理水從氧化反應(yīng)槽1中流出時(shí)添加的用于凝聚細(xì)小光催化劑顆粒的聚合絮凝劑，此后再返回到氧化反應(yīng)槽1中，通過(guò)槽中的細(xì)小光催化劑顆粒的光催化反應(yīng)而被分解。然而，分解返回到氧化反應(yīng)槽1中的聚合絮凝劑所必須的能量(即紫外線)是額外的，從用于分解原水中的有機(jī)物(即裝置固有的作用)所消耗的能量來(lái)看，對(duì)裝置的氧化反應(yīng)效率呈現(xiàn)出了負(fù)面的影響。
另外，在上述氧化反應(yīng)槽1中，投加到原水中的細(xì)小光催化劑顆粒，由于聚合絮凝劑的凝聚作用，不斷地形成相對(duì)較大的凝聚絮凝體，直到光催化反應(yīng)分解完返回的聚合絮凝劑為止。因此，存在的問(wèn)題是由于光催化劑的有效接觸面變小，而使氧化反應(yīng)槽1中的光催化反應(yīng)效率有所降低。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的水凈化裝置及其方法中所存在的缺點(diǎn)和/問(wèn)題，提供一種水凈化裝置及其方法，采用這種裝置和方法，不用昂貴的聚合絮凝劑，就能夠使催化劑高效地進(jìn)行氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水的凈化處理。
要實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明目的，首先，提供一種使用催化劑通過(guò)其氧化反應(yīng)來(lái)凈化水中含有的有機(jī)物的水凈化裝置，它包括一個(gè)用于存放待處理水的氧化反應(yīng)槽，向其中添加一種無(wú)機(jī)絮凝劑，并在其中分散粉末狀的催化劑顆粒用于活化上述氧化反應(yīng)槽中上述催化劑的部件；一個(gè)從待處理水中分離用無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚在一起的上述催化劑顆粒的分離槽；以及用于使分散在上述氧化反應(yīng)槽處理水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm的部件。
并且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述顆粒粒徑保持部件包括控制上述氧化反應(yīng)槽中待處理水pH值的部件。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述顆粒粒徑保持部件還包括探測(cè)上述氧化反應(yīng)槽中待處理水pH值的部件。
并且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，還包括控制上述分離槽pH值的部件。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述氧化反應(yīng)槽和上述分離槽形成一個(gè)部件并位于其中。
此外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述催化劑是光催化劑，上述催化劑活化部件包括從中發(fā)射光的部件。
此外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述氧化反應(yīng)槽包括對(duì)其中的處理水進(jìn)行曝氣的部件。
此外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述氧化反應(yīng)槽包括向其中的處理水噴射臭氧的部件。
并且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，還包括向上述氧化反應(yīng)槽處理水中添加一種誘發(fā)芬頓氧化反應(yīng)的物質(zhì)的部件。
況且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，還包括一個(gè)設(shè)在上述氧化反應(yīng)槽與上述分離槽之間的攪拌器。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，還包括把從上述分離槽中分離出的含有上述凝聚催化劑顆粒的淤泥返回到上述氧化反應(yīng)槽的部件。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化裝置，其中上述淤泥返回部件還包括在溶解其中含有上述催化劑顆粒的淤泥的部件。
并且，要實(shí)現(xiàn)以上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種使用催化劑通過(guò)其氧化反應(yīng)來(lái)凈化水中含有的有機(jī)物的水凈化方法，包括以下步驟把粉末狀的光催化劑顆粒分散入待處理水中；通過(guò)活化上述分散入待處理水中的催化劑來(lái)氧化有機(jī)物，對(duì)水進(jìn)行處理；并且在對(duì)催化劑照射光進(jìn)行氧化反應(yīng)后，通過(guò)無(wú)機(jī)絮凝劑的作用來(lái)凝聚上述分散的催化劑顆粒，使之從處理水中分離出來(lái)，其中，在進(jìn)行氧化反應(yīng)的上述步驟中，分散在處理水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm。
并且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中控制上述處理水的pH值，使其在進(jìn)行氧化反應(yīng)的上述步驟中，分散在處理水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，還包括在進(jìn)行上述氧化反應(yīng)步驟后，通過(guò)上述無(wú)機(jī)絮凝劑的作用，凝聚催化劑顆粒，然后使上述凝聚的催化劑顆粒沉淀，由此分離催化劑顆粒的步驟。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中在上述沉淀分離步驟中，控制處理水的pH值，使上述沉淀分離步驟中分散在處理水中的光催化劑顆粒粒徑大于上述氧化反應(yīng)步驟中分散在處理水中的光催化劑顆粒粒徑。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中催化劑是光催化劑，并且在上述氧化反應(yīng)步驟中，向分散有光催化劑的水中照射光。
此外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中在上述氧化反應(yīng)步驟中，還要向處理水中注入臭氧。
況且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中在上述氧化反應(yīng)步驟中，還要向處理水中加入誘發(fā)芬頓氧化反應(yīng)的物質(zhì)。
此外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中在上述氧化反應(yīng)步驟中，還要對(duì)分散有光催化劑顆粒的處理水進(jìn)行攪拌。
此外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，還包括在上述分離步驟中，把通過(guò)凝聚作用分離出來(lái)的光催化劑顆粒，再返回到上述氧化反應(yīng)步驟中的處理水中。
并且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，還包括在利用催化劑凈化水中有機(jī)物這一步驟前，有一個(gè)預(yù)處理步驟，由此去除待處理水中的懸浮物。
另外，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，還包括在利用催化劑凈化水中有機(jī)物這一步驟后，有一個(gè)后處理步驟，由此去除處理水中的低分子有機(jī)物和/或微生物易降解的有機(jī)物。
并且，本發(fā)明提供了如上所述的水凈化方法，其中在上述后處理步驟后，將流出的處理水返回到利用催化劑凈化水中有機(jī)物步驟的上游，由此進(jìn)行循環(huán)處理。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明一種實(shí)施方式的水凈化裝置結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是說(shuō)明圖1所示的水凈化裝置中一個(gè)改動(dòng)的方框圖。
圖3是說(shuō)明圖1所示的水凈化裝置中另一個(gè)改動(dòng)的方框圖。
圖4是說(shuō)明本發(fā)明另一種實(shí)施方式中間歇式水凈化裝置結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明另一實(shí)施方式中水凈化裝置結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖6是說(shuō)明其中包含有本發(fā)明水凈化裝置的水凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖7是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中水凈化裝置結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
首先，圖1顯示的是本發(fā)明水凈化裝置的一個(gè)實(shí)施方式，并在其中實(shí)施本發(fā)明的水凈化方法。在處理各種各樣的水包括污水、家用排水、河水、湖水、供水或服務(wù)用水時(shí)，廢水經(jīng)過(guò)去除懸浮物的高度處理后，其中仍存留有一些物質(zhì)，在這里，圖1所示的水凈化裝置具備從水中去除這些有機(jī)物的功能，尤其包括表面活性劑的有機(jī)氯化物，比如三氯乙烯，三鹵甲烷以及更有害的有機(jī)物比如二噁英和多氯聯(lián)苯等等。
如圖1所示的水凈化裝置，將仍含有待去除的有害有機(jī)物的原水引入例如圓柱形的氧化反應(yīng)器或槽1中。然后，將光催化劑粉末比如二氧化鈦等投加到原水中，無(wú)機(jī)絮凝劑也預(yù)先投加到原水中，因此無(wú)機(jī)絮凝劑與粉末狀的光催化劑一起分散入氧化反應(yīng)槽1中的原水中。如圖1所示，在氧化反應(yīng)槽1中，將紫外線光源2設(shè)置在其一部分中(例如，在圖的中心部分)，因此，紫外線光源2發(fā)射的紫外線可射到原水中的顆粒狀光催化劑上(射到它的表面上)，從而引發(fā)光催化反應(yīng)。即，利用光催化反應(yīng)，引入氧化反應(yīng)槽1的原水中含有的上述有機(jī)污染物將被分解，從水中去除。換句話說(shuō)，這些有機(jī)物分解成了無(wú)害物質(zhì)，比如水和/二氧化碳等。
在該凈化裝置中，原水在氧化反應(yīng)槽1中進(jìn)行氧化處理后，從位于氧化反應(yīng)槽1上部的出口排出，然后流到或轉(zhuǎn)移到快速攪拌槽5，并在其中進(jìn)行攪拌，再流到低速攪拌槽7中。然后，從低速攪拌槽7中流出的原水流到槽8中，槽8通過(guò)沉淀把光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑從原水中分離出來(lái)，然后，從位于沉淀分離槽8上部的出口排放處理過(guò)的水。另外，沉淀分離槽8底部制成圓錐形，因此，淤積和/或沉淀在槽底部的淤泥可以很容易排出。
不過(guò)，采用這種凈化裝置，投加到原水中的無(wú)機(jī)絮凝劑可以列舉為鋁鹽，比如硫酸鋁、氯化鋁等，鐵鹽，比如硫酸亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵等。然后，氧化反應(yīng)槽1中投加有這種無(wú)機(jī)絮凝劑的原水呈現(xiàn)出酸性(pH值從5到2)，因此，槽中的無(wú)機(jī)絮凝劑不起凝聚作用。從這個(gè)事實(shí)可以看出，在氧化反應(yīng)槽1中，事先投加到原水中的粉末狀光催化劑沒(méi)有凝聚，因此，它的比表面積仍很大，從而能夠提高光催化劑與處理水的接觸面積。
此后，光催化劑比如二氧化鈦通過(guò)如上述的氧化反應(yīng)凈化原水后，與處理的原水一起從氧化反應(yīng)槽1中排出，從pH調(diào)節(jié)器6向其中添加pH值調(diào)節(jié)物質(zhì)比如堿性物質(zhì)后，引入快速攪拌槽5中，然后迅速或急速攪拌。即，用其調(diào)節(jié)或控制原水的pH值。在本實(shí)施方式中，向原水中加入堿性物質(zhì)比如堿性溶液來(lái)中和原水，或者換句話說(shuō)，對(duì)原水的pH值進(jìn)行控制，然后原水轉(zhuǎn)移到位于下游的低速攪拌槽7。
即，原水中的光催化劑顆粒在快速攪拌槽5中，經(jīng)迅速攪拌并且調(diào)節(jié)pH值后，由于無(wú)機(jī)絮凝劑的電化學(xué)凝聚作用，而形成了細(xì)小或微小的帶有無(wú)機(jī)絮凝劑的絮凝體，然后，含有這種細(xì)小絮凝體的原水被轉(zhuǎn)移到上述低速攪拌槽7中。在低速攪拌槽7中，對(duì)中和過(guò)的原水低速攪拌，使在快速攪拌槽5中形成的細(xì)小絮凝體進(jìn)一步變大，因此而形成相對(duì)大(顆粒最大粒徑大約2mm-3mm)的絮凝體，呈現(xiàn)出優(yōu)良的沉淀特性或沉淀速率。
用這種方式，把含有相對(duì)較大絮凝體的原水轉(zhuǎn)移到沉淀分離槽8中，絮凝體中包括光催化劑顆粒。在沉淀分離槽8中，在上述低速攪拌槽7中形成的相對(duì)大的絮凝體沉淀下來(lái)，并與水分離，作為淤泥9被分離出來(lái)。即，在沉淀分離槽8中，分散的光催化劑顆粒和添加的無(wú)機(jī)絮凝劑從原水中分離出來(lái)，因此，在沉淀分離槽8的上部?jī)H排放或釋放處理過(guò)的清水。
另一方面，絮凝體狀的光催化劑顆粒在進(jìn)行氧化反應(yīng)后，通過(guò)沉淀作用在處理水中沉淀下來(lái)而被分離，然后從沉淀分離槽8的底部取出，引入到淤泥溶解槽10中。在這里，其中包括光催化劑和無(wú)機(jī)絮凝劑的淤泥，在通過(guò)pH值調(diào)節(jié)器11和攪拌器12的控制或調(diào)節(jié)pH值后，引入到氧化反應(yīng)槽1中重復(fù)使用。即，光催化劑顆粒被再次分散入原水中。關(guān)于這一點(diǎn)的詳細(xì)說(shuō)明將在以下提到。
同時(shí)，上述水凈化裝置中使用的光催化劑粉末可以是比如二氧化鈦粉末等等。另外，粉末的尺寸，尤其是粒徑，最好是大約從幾納米直到幾十微米。還有，加入到原水中的光催化劑粉末的濃度最好是大約從100ppm直到10000ppm范圍。另外，如以上所提到的，投加到原水中的無(wú)機(jī)絮凝劑可以列舉為鋁鹽，比如硫酸鋁、氯化鋁等，鐵鹽，比如硫酸亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵等，由于所有這些無(wú)機(jī)絮凝劑不會(huì)由于光催化反應(yīng)的氧化作用而改變性質(zhì)，因此，如果采用這些無(wú)機(jī)絮凝劑，它們將不會(huì)喪失無(wú)機(jī)絮凝劑的電化學(xué)凝聚作用(比較現(xiàn)有技術(shù)中使用的聚合絮凝劑由光催化劑的氧化作用而被分解，因而喪失了凝聚作用)。因此，無(wú)機(jī)絮凝劑和光催化劑粉末以淤泥形式返回到氧化反應(yīng)槽1中重復(fù)作用，因此這在經(jīng)濟(jì)上是優(yōu)選的。
還有，當(dāng)使用硫酸鋁作為無(wú)機(jī)絮凝劑時(shí)，添加量最好是1克光催化劑粉末加入0.01到1g(以三氧化二鋁計(jì))。
另外，上述設(shè)置在氧化反應(yīng)槽1中的紫外線光源2，可以使用比如低壓水銀燈(消毒燈)、黑光水銀燈、中壓或高壓水銀燈等等。雖然，在本實(shí)施方式中，紫外線光源2設(shè)置在氧化反應(yīng)槽1的內(nèi)部，但是氧化反應(yīng)槽1可以由能透過(guò)紫外線的材料制成，比如石英(硅石)玻璃等，從而紫外線光源2可設(shè)置于氧化反應(yīng)槽1外部使其暴露在太陽(yáng)光下，因此，能夠利用太陽(yáng)光中的紫外線(即陽(yáng)光照)而取代光源2。
另外，在圖1所示的實(shí)施方式中，曝氣管3設(shè)置在上述氧化反應(yīng)槽1的內(nèi)部(即底部)。還有，曝氣管3與風(fēng)機(jī)4相連接，因此可以把空氣從風(fēng)機(jī)中吹到氧化反應(yīng)槽1的里邊。即，通過(guò)把空氣吹入氧化反應(yīng)槽1中的原水中，把光催化劑存在下的氧化反應(yīng)所必須的氧供入原水中，另外通過(guò)曝氣和其攪拌作用，光催化劑顆?？梢跃鶆虻胤稚⑷朐校固幚硌b置的結(jié)構(gòu)更合理。
另外，也可以采用另一螺旋槳式攪拌器等取代上述曝氣管3和風(fēng)機(jī)4進(jìn)行的曝氣和攪拌，或不取代而額外使用螺旋槳式攪拌器，由此對(duì)氧化反應(yīng)槽1中的原水進(jìn)行攪拌。另外，也可以采用把臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧射入或供入原水中，取代上述通過(guò)風(fēng)機(jī)4向原水中供氧或不是取代而是額外使用上述臭氧發(fā)生器。在這種情況下，利用吹入的臭氧和光催化反應(yīng)氧化作用的協(xié)同效應(yīng)，可以更有效地進(jìn)行氧化反應(yīng)。
但是，在上述實(shí)施方式中，氧化反應(yīng)槽1中處理的水與其中所含的光催化劑粉末或顆粒以及無(wú)機(jī)絮凝劑一起被轉(zhuǎn)移到快速攪拌槽5中。這時(shí)，向快速攪拌槽5中加入堿中和原水，而調(diào)節(jié)其pH值，使光催化劑與無(wú)機(jī)絮凝劑一起而被凝聚。在這種情況下，pH值最好調(diào)到大約5-8。然后pH調(diào)節(jié)儀6向原水中加入堿性物質(zhì)，比如氫氧化鈉，氫氧化鉀等，或者石灰，來(lái)中和原水的pH值。
在這里，如上所述，在沉淀分離槽8中通過(guò)沉淀分離出來(lái)的淤泥9，包括光催化劑粉末或顆粒以及無(wú)機(jī)絮凝劑，被轉(zhuǎn)移到淤泥溶解槽10中。在淤泥溶解槽10中，轉(zhuǎn)移到這里的淤泥用pH調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)其pH值到，例如，pH值小于2(酸性)。即，與光催化劑凝聚在一起的無(wú)機(jī)絮凝劑比如鋁鹽，亞鐵鹽等在水中又被溶解，因此，無(wú)機(jī)絮凝劑不再具有電化學(xué)凝聚作用而釋放出已絮凝的光催化劑顆粒。即，絮凝體不再凝聚在一起，又成為分散的光催化劑顆粒。而且，pH調(diào)節(jié)儀11還可加入酸性溶液，比如鹽酸，硫酸等。
然而，采用上述這種方式，將溶解在淤泥溶解槽10中的淤泥，也就是含有無(wú)機(jī)絮凝劑和光催化劑顆粒的淤泥，轉(zhuǎn)移出淤泥溶解槽10并且投加到上述氧化反應(yīng)槽1中重復(fù)使用?；蛘?，取而代之，把含有無(wú)機(jī)絮凝劑和光催化劑顆粒的淤泥加入到位于氧化反應(yīng)槽1上游的原水中。
在上面這個(gè)實(shí)施方式中，溶解在淤泥溶解槽10中的淤泥是酸性淤泥，那么氧化反應(yīng)完成后聚集在一起的無(wú)機(jī)絮凝劑和光催化劑顆粒返回到氧化反應(yīng)槽1中并再加入到原水中。因此，氧化反應(yīng)槽1中的原水呈現(xiàn)酸性。如上所述，在酸性(或堿性)條件下，無(wú)機(jī)絮凝劑失去了電化學(xué)凝聚作用，因此，氧化反應(yīng)槽1中的光催化劑顆粒不再與無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚在一起，而是分散在水中。同時(shí)，由于光催化劑的氧化反應(yīng)是一個(gè)在其表面發(fā)生的反應(yīng)，因此，光催化劑顆粒不再與無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚在一起，而是分散在氧化反應(yīng)槽1中，這一事實(shí)有利于或適于高效進(jìn)行氧化反應(yīng)。從這點(diǎn)可以看出，最好將氧化反應(yīng)槽1中原水pH值控制在2-4。
采用本發(fā)明的這種方法，不采用昂貴的聚合絮凝劑，而用相對(duì)便宜的的無(wú)機(jī)絮凝劑，可以從原水中容易地分離出粉末狀或顆粒狀的光催化劑，否則，光催化劑顆粒一旦分散入水中，就很難從水中把其分離出來(lái)。另外，從理論上講，在以上沉淀分離槽8和淤泥溶解槽10中，反復(fù)地所述凝聚和溶解過(guò)程從原水中分離出無(wú)機(jī)絮凝劑和光催化劑顆粒，把它們添加到原水返回到氧化反應(yīng)槽1中，而不斷地或永久地重復(fù)使用。況且，由于分離出來(lái)的光催化劑顆?；厥蘸竽軌蚝芎玫胤稚⒃谘趸磻?yīng)槽1中的原水中，因此，可以連續(xù)地通過(guò)氧化反應(yīng)來(lái)對(duì)水進(jìn)行凈化。
但是實(shí)際上，有時(shí)一部分光催化劑顆粒和/或無(wú)機(jī)絮凝劑不能很好地從原水中去除而仍留在原水中，然后隨原水一起排放。在這種情況下，顯然可以通過(guò)提供一個(gè)補(bǔ)充從氧化反應(yīng)槽1流失的光催化劑顆粒和/或無(wú)機(jī)絮凝劑的裝置來(lái)很好地進(jìn)行氧化反應(yīng)。
在上述實(shí)施方式中已作出說(shuō)明，上述pH調(diào)節(jié)儀6向原水中加入堿性物質(zhì)，中和氧化反應(yīng)槽1中原水的酸性物質(zhì)，同時(shí)pH調(diào)節(jié)儀11向從沉淀分離槽8收集的淤泥中加入酸性物質(zhì)而把淤泥轉(zhuǎn)化為酸性，因此溶解無(wú)機(jī)絮凝劑，然后把淤泥返回到氧化反應(yīng)槽1中。在中性條件下，與光催化劑粉末或顆粒一起加入到原水中的無(wú)機(jī)絮凝劑由于電化學(xué)凝聚作用，將與光催化劑凝聚在一起。但是，上述這種無(wú)機(jī)絮凝劑具有不管在酸性條件下，還是在堿性條件下(例如pH值從9到12)，都能溶解在水中的特性。
然后，上述pH調(diào)節(jié)儀6可以向原水中加入酸性物質(zhì)，同時(shí)pH調(diào)節(jié)儀11向收集的淤泥中加入堿性物質(zhì)。在這種情況下，由上述pH調(diào)節(jié)儀11向淤泥中加入堿性物質(zhì)，淤泥呈堿性，由此溶解水中含有的無(wú)機(jī)絮凝劑，因而可使無(wú)機(jī)絮凝劑失去凝聚作用，然后把淤泥加入到氧化反應(yīng)槽1中的原水中。也就是說(shuō)，氧化反應(yīng)槽1中的光催化劑顆粒沒(méi)有被凝聚，而是分散在水中，因此可以進(jìn)行高效氧化反應(yīng)。另一方面，上述pH調(diào)節(jié)儀6通過(guò)向從氧化反應(yīng)槽1中流出的原水中加入酸性物質(zhì)，來(lái)中和它的堿度，因此而促進(jìn)了無(wú)機(jī)絮凝劑的凝聚作用。
還有，如圖1中劃出的虛線所示，pH調(diào)節(jié)儀11還包括一個(gè)用于測(cè)量淤泥溶解槽10中淤泥pH值的pH探測(cè)器100，因此采用這種結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)測(cè)得的pH值來(lái)控制加入的酸堿量。另外，還是如圖1中劃出的虛線所示，pH調(diào)節(jié)儀11還包括一個(gè)用于測(cè)量氧化反應(yīng)槽1中的原水，而不是測(cè)量淤泥溶解槽10中淤泥pH值的pH探測(cè)器100，因此采用這種結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)測(cè)得的pH值來(lái)控制加入的酸堿量。從上述說(shuō)明中可以明顯地看出，為了利用光催化劑粉末或顆粒高效地進(jìn)行氧化反應(yīng)，重要的是保持氧化反應(yīng)槽1中原水的pH值在一個(gè)預(yù)定的寬度或范圍(即，pH從2到4或從9到12)，從這點(diǎn)看，最好采用后一種結(jié)構(gòu)(即，在氧化反應(yīng)槽1中探測(cè)pH值)。
另外，在利用光催化反應(yīng)來(lái)氧化水中有機(jī)物的過(guò)程中，原水中的金屬離子粘附在光催化劑的表面而覆蓋在其上，因此，產(chǎn)生了阻止光催化反應(yīng)進(jìn)行的現(xiàn)象。在這種情況下，當(dāng)水轉(zhuǎn)化成酸性條件時(shí)，粘附在光催化劑表面的污垢就會(huì)再溶解成金屬離子，因此，上述pH調(diào)節(jié)儀6最好向原水中加入酸性物質(zhì)，同時(shí)上述pH調(diào)節(jié)儀11向收集的淤泥中加入堿性物質(zhì)。采用這種結(jié)構(gòu)，可以保證光催化劑不粘附污垢，很好地進(jìn)行光催化反應(yīng)。
還有，采用結(jié)合圖1描述的那種連續(xù)式氧化水凈化裝置，設(shè)置上述快速攪拌槽5，低速攪拌槽7和沉淀分離槽8，用于凝聚和/或分離光催化劑。但是，本發(fā)明不局限于這些。例如，可以設(shè)置一個(gè)過(guò)濾裝置，比如膜過(guò)濾裝置或沙濾裝置來(lái)代替沉淀分離槽8，以此來(lái)構(gòu)成凝聚和/或分離部件?；蛘撸硪环矫?，也可以采用離心分離器來(lái)取代。另外，當(dāng)采用過(guò)濾裝置，比如膜過(guò)濾器作為凝聚和/或分離部件時(shí)，能夠分離出更細(xì)小或微小的絮凝體，這時(shí)，就可以采用這種結(jié)構(gòu)，只利用快速攪拌槽5來(lái)直接分離出細(xì)小或微小的絮凝體，而取消低速攪拌槽7。另外，也可以通過(guò)提供一個(gè)磁分離部件，并且添加磁鐵粉形成凝聚的磁性絮凝體，由此利用磁性分離絮凝體。
另外，不考慮光催化劑顆粒的氧化反應(yīng)，尤其是當(dāng)原水含有懸浮固體時(shí)，在光催化劑顆粒的凝聚和/或分離過(guò)程中，懸浮固體有時(shí)進(jìn)入凝聚的絮凝體中。在這種情況下，由于在氧化反應(yīng)槽1中積累有懸浮固體，因此最好提供一個(gè)部件或裝置，預(yù)先從原水中去除懸浮固體。例如，在含有這種懸浮固體的原水流入氧化反應(yīng)槽1的情況下，無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚了水中的懸浮固體而被消耗或浪費(fèi)，因此，最好在氧化反應(yīng)槽1或快速攪拌槽5中再提供一個(gè)裝置，它根據(jù)懸浮固體的濃度來(lái)添加無(wú)機(jī)絮凝劑。
圖2說(shuō)明了本發(fā)明上面實(shí)施方式中連續(xù)式水凈化裝置的改動(dòng)。在圖2所示的改動(dòng)中，相同的標(biāo)號(hào)代表著與圖1相同或相似的部件，因此，不再作重復(fù)說(shuō)明。
從圖2可明顯地看出，改動(dòng)是采用以下結(jié)構(gòu)，在沉淀分離槽8中，通過(guò)沉淀分離出的含有光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑的淤泥，直接返回到氧化反應(yīng)槽1中，而不經(jīng)過(guò)淤泥溶解槽10，pH調(diào)節(jié)儀11向氧化反應(yīng)槽1的原水中加入酸性或堿性物質(zhì)。另外，采用這種結(jié)構(gòu)，如圖中虛線所示，可以在上述氧化反應(yīng)槽1中設(shè)置pH探測(cè)器100，因此根據(jù)探測(cè)器所探測(cè)出的pH值，控制pH調(diào)節(jié)器11加入到原水中的酸堿量。另外，采用這種改動(dòng)的結(jié)構(gòu)，分散光催化劑和再生無(wú)機(jī)絮凝劑的作用或操作與圖1所示的相同或相似。
順便提一下，采用這種改動(dòng)的結(jié)構(gòu)，可以將氧化反應(yīng)槽1中原水的pH值控制在最佳值，因此，這種結(jié)構(gòu)尤其適合于處理其中含有大量碳酸鹽的原水。也就是說(shuō)，雖然形成的氫氧根的氧化能力對(duì)光催化反應(yīng)中的氧化作用產(chǎn)生極大的影響，然而，有時(shí)可能會(huì)由于在原水含有大量碳酸鹽，原重碳酸根離子和/或碳酸根離子與氫氧根迅速或快速發(fā)生反應(yīng)，而阻止了在待處理物質(zhì)或材料上進(jìn)行的氧化反應(yīng)。按照描述的這個(gè)改動(dòng)，采用這種方式，如果原水中含有大量的碳酸鹽，最好將氧化反應(yīng)槽1中原水的pH值控制在最佳值。特別是，通過(guò)從上述pH調(diào)節(jié)儀11向原水中加入酸性物質(zhì)而把原水變成酸性，可以進(jìn)行高效的氧化反應(yīng)，因此，在碳酸鹽難溶的條件下，用光催化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)。
另外，在附圖3中，說(shuō)明了圖1所示的實(shí)施方式中連續(xù)式水凈化裝置的另一個(gè)改動(dòng)。然而，還是在圖3所示的該另一個(gè)改動(dòng)中，與圖1中相同的標(biāo)號(hào)代表相同或相似的部件，因此，不再作重復(fù)說(shuō)明。
從圖3可明顯地看出，從基本結(jié)構(gòu)上講，上述另一個(gè)改動(dòng)的水凈化裝置幾乎與圖1所示的裝置相同或相似，但是，從圖中可明顯地看出，又增設(shè)了一個(gè)過(guò)氧化氫注入部件19，用來(lái)向引入氧化反應(yīng)槽1中的原水中連續(xù)添加氧化劑過(guò)氧化氫。但是，采用所述另一種改動(dòng)的水凈化裝置，最好使用含鐵離子的鐵系或亞鐵系無(wú)機(jī)絮凝劑，而且還使用光催化劑粉末或顆粒的凈水劑。原因是由于原水中鐵離子和過(guò)氧化氫兩者共存，發(fā)生了所謂的“芬頓氧化反應(yīng)”，即，在這個(gè)現(xiàn)象中，當(dāng)過(guò)氧化氫與鐵離子催化劑共存時(shí)，在鐵離子催化劑的作用下，從過(guò)氧化氫中產(chǎn)生出呈現(xiàn)強(qiáng)氧化性的氫氧根。并且，采用這種水凈化裝置，通過(guò)芬頓氧化反應(yīng)和光催化劑氧化反應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)，能夠進(jìn)行高效氧化反應(yīng)。
眾所周知，利用芬頓氧化反應(yīng)，在酸性條件下(例如pH值從2-4)可以獲得強(qiáng)氧化能力。然后，采用這種改動(dòng)的方案，用上述pH調(diào)節(jié)儀11向淤泥溶解槽10中加入酸性物質(zhì)，同時(shí)pH調(diào)節(jié)儀6向快速攪拌槽5中加入堿性物質(zhì)。采用這種結(jié)構(gòu)，把從淤泥溶解槽10中轉(zhuǎn)移到氧化反應(yīng)槽1中的淤泥調(diào)節(jié)或調(diào)整成酸性，以此來(lái)溶解其中的已分離出的淤泥9。接著，通過(guò)將其添加到氧化反應(yīng)槽1中，可容易地把其中的原水轉(zhuǎn)化成酸性，因此很方便或更好。
另外，在芬頓氧化反應(yīng)中，由于二價(jià)鐵離子作為催化劑參加反應(yīng)，因此氧化成了三價(jià)鐵離子。但是，氧化反應(yīng)槽1內(nèi)的紫外線光源發(fā)出的紫外光射到三價(jià)鐵離子上，從而，三價(jià)鐵離子再轉(zhuǎn)化成二價(jià)鐵離子。因此，由于作為催化劑的鐵離子可以在氧化反應(yīng)槽1中重復(fù)使用，所以不必向反應(yīng)槽中連續(xù)添加二價(jià)鐵離子。如上所述，采用這種水凈化裝置，通過(guò)向原水中加入過(guò)氧化氫，并且供應(yīng)鐵系或亞鐵系無(wú)機(jī)絮凝劑，由芬頓氧化反應(yīng)和光催化反應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)，能夠進(jìn)行高效氧化反應(yīng)，這不僅適于圖1和2所示的實(shí)施方式和改動(dòng)中，還適用于以下給出的實(shí)施方式中。
接著，附圖4顯示的是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置。該另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置，不同于連續(xù)式水凈化裝置，它是一種間歇式的水凈化裝置或方法。然而，在該另一種實(shí)施方式中，相同的參考標(biāo)號(hào)代表與圖1中所示的相同或相似的元件。
在圖中，首先向其內(nèi)設(shè)有紫外線光源2的氧化反應(yīng)槽1加入以上所述的光催化劑粉末和無(wú)機(jī)絮凝劑。第一步，打開供應(yīng)原水的進(jìn)水閥17，把原水引入氧化反應(yīng)槽1中到預(yù)定的液位。這時(shí)，氧化反應(yīng)槽1的原水排放閥18當(dāng)然是關(guān)著的。在該另一個(gè)實(shí)施方式中，上述一系列工藝(即，光催化劑粉末或顆粒的氧化反應(yīng)，由無(wú)機(jī)絮凝劑引起的分散在原水中的光催化劑顆粒的凝聚工藝等等)都在氧化反應(yīng)槽1中進(jìn)行，因此，在氧化反應(yīng)槽1把攪拌器16和紫外線光源2(圖中是兩個(gè)光源)設(shè)置在一起，槽1底部制成圓錐形。
緊接著，當(dāng)原水到達(dá)預(yù)定的液位時(shí)，關(guān)閉原水進(jìn)水閥17，因而在氧化反應(yīng)槽1中進(jìn)行原水的凈化處理(即，水被處理)。這時(shí)，最好驅(qū)動(dòng)位于氧化反應(yīng)槽1中的攪拌器16，對(duì)原水進(jìn)行適當(dāng)?shù)財(cái)嚢瑁构獯呋瘎┓勰┰谄渲蟹稚⒕鶆颉４撕螅獯呋瘎╊w粒進(jìn)行一段時(shí)間的氧化反應(yīng)，即，用紫外線光源發(fā)出的紫外光照射光催化劑顆粒，因此使光催化劑進(jìn)行光催化反應(yīng)，然后，開始從凈化過(guò)的原水中(已處理水)分離出分散的光催化劑顆粒。
在分離光催化劑顆粒的過(guò)程中，首先，用pH調(diào)節(jié)儀6向其中含有無(wú)機(jī)絮凝劑的原水(已處理水)中加入堿性物質(zhì)，調(diào)節(jié)或調(diào)整原水的pH值到最佳值，因此使無(wú)機(jī)絮凝劑起凝聚作用。然后，光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚在一起成絮凝狀，這時(shí)，最好進(jìn)行攪拌，攪拌的強(qiáng)度和時(shí)間都要適合于絮凝體的長(zhǎng)大，比如調(diào)節(jié)或調(diào)整攪拌器16的轉(zhuǎn)速。例如，為適于絮凝體的長(zhǎng)大，攪拌器16的轉(zhuǎn)速開始設(shè)為高速，然后逐漸或分步調(diào)到低速。另外，如上所述，用于測(cè)量pH值的pH探測(cè)器可以設(shè)在氧化反應(yīng)槽1中。
接著，當(dāng)攪拌器16停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，原水中凝聚在一起成絮凝狀的光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑很容易地沉淀到氧化反應(yīng)槽1的底部。然后，使氧化反應(yīng)槽1中的原水靜止一段時(shí)間，使絮凝體沉淀下來(lái)，之后，通過(guò)排放已處理水的排放閥18排放已處理水，由此容易地將已處理水從絮凝狀的光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑中分離出來(lái)。
然后，從pH調(diào)節(jié)儀11向分離和收集的淤泥9中加入酸性物質(zhì)使其呈酸性，淤泥9包括由光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚形成的絮凝體。由此，收集在氧化反應(yīng)槽1底部的無(wú)機(jī)絮凝劑再次被溶解，光催化劑顆粒不再受無(wú)機(jī)絮凝劑的凝聚作用。即，通過(guò)把原水引入到以上條件下的氧化反應(yīng)槽1中，光催化劑顆粒被再次被分散在原水中。但是，在這種情況下，最好還要驅(qū)動(dòng)上述攪拌器16適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)動(dòng)，以徹底分散分離出來(lái)的淤泥9。
接著，關(guān)閉排放已處理水的排水閥18，同時(shí)再次打開原水進(jìn)水閥17，把需處理的原水引入到氧化反應(yīng)槽1中。通過(guò)不斷地重復(fù)上述操作或工藝，使光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑分離以便重復(fù)使用，由此能夠重復(fù)或反復(fù)使用。也就是說(shuō)，本實(shí)施方式采用間歇式水凈化裝置(即，把原水一次裝到氧化反應(yīng)槽1中到預(yù)定的體積，對(duì)原水進(jìn)行處理)，僅在氧化反應(yīng)槽1中就可以進(jìn)行一系列的處理，因此可使整個(gè)裝置在體積或規(guī)模上小型化。
因此在采用水凈化裝置和使用該裝置的水凈化方法時(shí)，要控制待處理流體(即含有光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑的原水)的pH值，換句話說(shuō)，在分散光催化劑顆粒時(shí)，要把氧化反應(yīng)槽1中的pH值調(diào)節(jié)或調(diào)整成酸性，由此加速光催化劑進(jìn)行高效氧化反應(yīng)，另一方面，在從已處理水中分離光催化劑顆粒時(shí)，要把pH值調(diào)節(jié)或調(diào)整成中性，由此利用凝聚作用，使光催化劑顆粒絮凝。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)或調(diào)整淤泥溶解槽中淤泥的pH值，使分離出的淤泥，即包括光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑再溶解，把它再次加入到氧化反應(yīng)槽中的待處理水中，由此能夠永久地使用。
即，在利用光催化反應(yīng)的水凈化裝置中，可以使用細(xì)小或微小的、且呈現(xiàn)良好的反應(yīng)效率的光催化劑顆粒，可以從已處理水中容易地分離出光催化劑顆粒，并且在分離后還能夠重復(fù)使用，有可能提供一種其中利用光催化劑的水凈化裝置，使其達(dá)到實(shí)用產(chǎn)品水平。
接著，附圖5顯示的是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置。但是，從圖中明顯看出，在這個(gè)實(shí)施方式中，使用或應(yīng)用了流化床槽12作為氧化反應(yīng)槽1。該流化床式氧化反應(yīng)槽12，通過(guò)使原水與絮凝狀的光催化劑顆粒接觸，同時(shí)在該槽使無(wú)機(jī)絮凝劑與光催化劑顆粒凝聚在一起而形成絮凝體，由此通過(guò)光催化劑的氧化反應(yīng)也可以實(shí)現(xiàn)水的凈化。
在本實(shí)施方式的水凈化裝置中，首先，待處理或待凈化的原水通過(guò)快速攪拌槽5以及低速攪拌槽7，從流化床氧化反應(yīng)槽12的底部引入并向上流動(dòng)。引入的原水穿過(guò)沉淀在流化床氧化反應(yīng)槽12底部的凝聚的光催化劑顆粒(顆粒被絮凝)，由此流到槽上部，然后從槽出口引到沉淀分離槽8中。在這個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)設(shè)在氧化反應(yīng)槽12中的紫外線光源2發(fā)出的光照射在光催化劑顆粒上，引起氧化反應(yīng)，由此凈化或氧化原水中含有的有機(jī)物。然后，凈化過(guò)原水從上述沉淀分離槽8排放出去成為已處理水。
然而，在上述水凈化裝置中，要調(diào)節(jié)或調(diào)整從底部向上引入的原水流速，使絮凝和沉淀在氧化反應(yīng)槽12底部的光催化劑顆粒不隨原水一起流出。在這里，如上所述，絮凝的光催化劑顆粒粒徑變大，由此呈現(xiàn)出很好的沉淀特性，另一方面，由于光催化劑顆粒的比表面積減小，因此降低了反應(yīng)效率。然而，在該另一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)控制氧化反應(yīng)槽12中原水的pH值，并且控制無(wú)機(jī)絮凝劑添加量，使絮凝狀光催化劑顆粒的粒徑等于或小于0.1mm，粒徑范圍尤其從0.1μm到0.1mm更好，由此，從實(shí)用的觀點(diǎn)來(lái)看，反應(yīng)效率是足夠用的。另外，如上所提到的，在氧化反應(yīng)槽12中設(shè)有一個(gè)pH探測(cè)器，因此可以利用探測(cè)到的槽中的pH值，來(lái)控制pH值和/或控制無(wú)機(jī)絮凝劑的加入量等。
即，采用以上結(jié)構(gòu)，使氧化反應(yīng)槽12中的原水向上流動(dòng)，呈現(xiàn)出沉淀特性的絮凝狀光催化劑顆粒形成多層懸浮的光催化劑顆粒，光源2射出的紫外線照在光催化劑顆粒層上，由此在其上引起光催化反應(yīng)。并且，基本上，由于無(wú)機(jī)絮凝劑的凝聚作用形成的絮凝體狀的光催化劑顆粒仍留在流化床氧化反應(yīng)槽12中。然而，有時(shí)一部分光催化劑顆粒因?yàn)榱教?huì)隨原水一起流出。然后，根據(jù)該另一實(shí)施方式，把從流化床氧化反應(yīng)槽12上部排放的處理水引入到沉淀分離槽8中，在這里通過(guò)沉淀作用把流出的光催化劑顆粒從處理后的水中分離出來(lái)，使上清液部份作為處理過(guò)的水而排放。
另外，按照與圖1相似的方式，把沉淀在沉淀分離槽8底部的分離淤泥9引入淤泥溶解槽10中，然后從PH調(diào)節(jié)儀11向淤泥9中加入酸性物質(zhì)，使凝聚有光催化劑顆粒的無(wú)機(jī)絮凝劑在酸性環(huán)境下溶解，而使光催化劑顆粒再生。并且，溶解的光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑返回到快速攪拌槽5，加入到槽中的原水中，使光催化劑顆粒重復(fù)使用。即，從pH調(diào)節(jié)儀6向原水中加入堿性物質(zhì)，把原水的pH值調(diào)節(jié)或調(diào)整到預(yù)定水平(即被中和)，因此使原水形成具有優(yōu)良沉淀特性的絮凝體，然后在低速攪拌槽中，由于無(wú)機(jī)絮凝劑的凝聚作用而使光催化劑顆粒絮凝體增大。然后，形成的絮凝體再返回到上述流化床氧化反應(yīng)槽12而留在其中。
然而，在上述另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置中，在流化床氧化反應(yīng)槽12中采用上述pH調(diào)節(jié)儀6，還可以省去快速攪拌槽5和/或低速攪拌槽7。在這種情況下，在氧化反應(yīng)槽12中，返回的光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑在水流向上流動(dòng)的過(guò)程中，顆?；ハ嗯鲎捕纬尚跄w。
還有，如先前提到的，在利用光催化反應(yīng)處理水中所含的有機(jī)物的氧化工藝中，原水中的金屬離子有時(shí)粘附在光催化劑顆粒上，并且形成一層污垢覆蓋在其表面，因而阻止了光催化劑顆粒氧化反應(yīng)的進(jìn)行。所以，在上述另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置中，在流化床氧化反應(yīng)槽12的一部分(即在本實(shí)施方式中絮凝狀的光催化劑顆粒淤積的部分)上設(shè)置一個(gè)帶有閥15的排放管14。并且，通過(guò)開關(guān)閥15，連續(xù)或間歇地把部分或全部淤積在流化床氧化反應(yīng)槽12中的光催化劑顆粒引入沉淀分離槽8中，使其沉淀下來(lái)。沉淀下來(lái)的顆粒作為分離淤泥轉(zhuǎn)移到淤泥溶解槽10中，在酸性條件下使污垢溶解，由此從光催化劑顆粒的表面去除污垢，使其再生。
另外，根據(jù)上述另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置，如果將從流化床氧化反應(yīng)槽12中流出的光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑的量相對(duì)于其總量來(lái)說(shuō)控制到很小，就不用對(duì)其進(jìn)行不斷地分離，再生(即溶解絮凝劑)，也不用返回，即，不需要提供上述沉淀分離槽8和淤泥溶解槽10就可運(yùn)行。但是，在這種情況下，最好比如在快速攪拌槽5中提供一個(gè)光催化劑顆粒和/或無(wú)機(jī)絮凝劑的添加裝置。
然而，根據(jù)上述另一個(gè)實(shí)施方式的水凈化裝置，通過(guò)無(wú)機(jī)絮凝劑的凝聚作用形成的絮凝狀的光催化劑顆粒，基本上留在流化床氧化反應(yīng)槽12中。從這一點(diǎn)看出，轉(zhuǎn)移到上述淤泥溶解槽10中進(jìn)行溶解的光催化劑顆粒和無(wú)機(jī)絮凝劑淤泥量或體積很少，因此，在凈化水過(guò)程中使用的酸堿量也很少，所以裝置運(yùn)行起來(lái)也很經(jīng)濟(jì)。另外，從裝置的運(yùn)行原理來(lái)看，從上述流化床氧化反應(yīng)槽12中排放的處理水呈現(xiàn)幾乎中性，因此其優(yōu)點(diǎn)是在以后的凈化水工藝中不需要再對(duì)水進(jìn)行中和。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式以及所作的一些改動(dòng)，在上述水凈化裝置以及水凈化方法中，粉末狀的二氧化鈦?zhàn)鳛檠趸兴袡C(jī)物的催化劑，加入到待處理的原水中，它們被發(fā)射出的紫外線光活化用于氧化反應(yīng)。本發(fā)明不僅限制于此，還可以采用以下物質(zhì)作為用于氧化有機(jī)物的催化劑，即，金屬氧化物半導(dǎo)體顆粒，比如二氧化錳，氧化鎢，氧化鐵等，也包括二氧化鈦，金屬硫化物半導(dǎo)體顆粒，比如硫化鋅，硫化鎘，硫化鎢，還有金屬，比如鉑，鈀，銠，銥，銅，金，鎢等，及其不溶和/或難溶的化合物。
還有，為了通過(guò)活化以上列出的催化劑加速有機(jī)物的氧化，可以采用照射紫外線光來(lái)活化催化劑，特別是上述二氧化鈦。然而，本發(fā)明不限于此，例如還可以通過(guò)向氧化反應(yīng)槽中射入(或添加)臭氧代替上述照射紫外光，來(lái)活化催化劑。
還有，圖6顯示的是其中安裝有本發(fā)明上述水凈化裝置的一個(gè)水凈化系統(tǒng)。本水凈化系統(tǒng)中的水凈化裝置20可以使用以上圖1到圖5所示的水凈化裝置，在水凈化裝置中進(jìn)行本發(fā)明的光催化劑氧化反應(yīng)。還有，在該水凈化系統(tǒng)中，在上述氧化反應(yīng)裝置20的上游設(shè)有一個(gè)預(yù)處理裝置21，同時(shí)在其下游設(shè)有一個(gè)后處理裝置22。采用這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，待處理水(即原水)先經(jīng)預(yù)處理裝置21進(jìn)行預(yù)處理，再在上述氧化反應(yīng)裝置20中進(jìn)行氧化處理，然后在后處理裝置22中進(jìn)行后處理，最后作為處理過(guò)的水排放。
在這里，預(yù)處理裝置21主要用于去除原水中含有的泥沙或懸浮物，其中采用一種比如凝結(jié)沉淀法、凝結(jié)砂濾法、膜過(guò)濾法等水處理方法。如上所述，由于本發(fā)明的氧化反應(yīng)裝置20通過(guò)收集和重復(fù)使用細(xì)小或微小的光催化劑來(lái)進(jìn)行氧化反應(yīng)，所以最好不使像泥沙或懸浮物這類不是光催化劑的物質(zhì)流入氧化反應(yīng)裝置20中。因此，通過(guò)在氧化反應(yīng)裝置20的上游添加一個(gè)預(yù)處理裝置21，預(yù)先從原水中去除含有的泥沙或懸浮物，使氧化反應(yīng)裝置20中的凈化工藝更好地進(jìn)行。
另外，后處理裝置22用于去除從氧化反應(yīng)裝置20中流出的處理水中所含的有機(jī)物，在其中使用水處理方法，比如利用活性碳的吸附法(活性碳吸附工藝)、利用微生物氧化的生物法、或者利用活性碳作為微生物載體的生物活性碳法等。如以前提到的，氧化反應(yīng)裝置20利用光催化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，以去除處理水中含的有機(jī)物，但是，有時(shí)很難把它/它們徹底分解成水和二氧化碳，或者把它/它們徹底分解需要很長(zhǎng)的時(shí)間，這都取決于有機(jī)物的種類。然后，在氧化反應(yīng)裝置20的下游添加一個(gè)后處理裝置22，由此去除氧化反應(yīng)裝置20中通過(guò)分解仍不能完全去除而留下的有機(jī)物，因而，原水得到了更高級(jí)的凈化處理。
尤其是在后處理裝置22中應(yīng)用活性碳吸附法時(shí)，即使處理水中含有的有機(jī)物不能在氧化反應(yīng)裝置20中徹底分解，但是由于通過(guò)光催化劑的作用，有機(jī)物幾乎都部分分解成低分子物質(zhì)，所以對(duì)活性碳吸附法來(lái)說(shuō)很適用，它能很好地去除水中的低分子有機(jī)物。
還有，尤其是在后處理裝置22中應(yīng)用生物法時(shí)，即使處理水中含有的有機(jī)物不能在氧化反應(yīng)裝置20中徹底分解，但是通過(guò)光催化劑的作用，有機(jī)物幾乎都部分分解了。在這種情況下，光催化劑起把生物法很難分解的有機(jī)物分解成了生物法容易分解的有機(jī)物的作用，因此，光催化劑對(duì)生物法來(lái)說(shuō)很適宜，生物法能利用微生物很容易地把有機(jī)物分解而去除。
另外，在應(yīng)用生物活性碳法時(shí)，它把上述活性碳吸附法和生物法結(jié)合起來(lái)，可以得到上述兩種方法預(yù)期的復(fù)合效果。但是，根據(jù)原水的水質(zhì)或性質(zhì)，可以省略預(yù)處理裝置21和后處理裝置22中的其中一個(gè)。
況且，在本實(shí)施方式中，如圖6中的虛線箭頭所示，還可以把一部分處理過(guò)的水通過(guò)處理水的返回管23返回到氧化反應(yīng)裝置20的入口，或通過(guò)處理水返回管24返回到預(yù)處理裝置21的入口，由此對(duì)水循環(huán)處理。在后處理裝置22中利用微生物的氧化作用進(jìn)行生物處理時(shí)，水中仍含有后處理裝置22中的生物分解幾乎不能分解的有機(jī)物時(shí)，尤其如此。然后，通過(guò)向上述氧化反應(yīng)裝置20返回一部分處理后的水，可以把有機(jī)物分解成或轉(zhuǎn)變成生物法容易分解的有機(jī)物。即，通過(guò)上述氧化反應(yīng)裝置20的氧化處理，以及后處理裝置22的生物處理重復(fù)交替運(yùn)行，包括預(yù)處理裝置21的預(yù)處理，可以得到更純凈的凈化水。
按照以上所做的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明提供一種水凈化裝置及其方法，采用這種方法和裝置，不需要使用昂貴的聚合絮凝劑，而利用光催化劑的氧化反應(yīng)，就可以實(shí)現(xiàn)水的凈化處理。
權(quán)利要求
1.一種使用催化劑通過(guò)其氧化反應(yīng)凈化水中所含的有機(jī)物的水凈化裝置，包括一個(gè)用于存放待處理水的氧化反應(yīng)槽，向水中添加一種無(wú)機(jī)絮凝劑，并且水中 分散有粉末狀的催化劑顆粒；用于活化上述氧化反應(yīng)槽中上述催化劑的部件；一個(gè)從待處理水中分離出用無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚在一起的上述催化劑顆粒的分離槽；以及用于使分散在上述氧化反應(yīng)槽處理水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm的部件。
2.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于上述顆粒粒徑保持部件包括控制上述氧化反應(yīng)槽中待處理水pH值的部件。
3.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于上述顆粒粒徑保持部件還包括探測(cè)上述氧化反應(yīng)槽中待處理水pH值的部件。
4.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于還包括控制上述分離槽中pH值的部件。
5.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于上述氧化反應(yīng)槽和上述分離槽形成為一個(gè)部件并位于其中。
6.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于上述催化劑是光催化劑，上述催化劑活化部件包括從其中發(fā)射光的部件。
7.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于上述氧化反應(yīng)槽包括對(duì)其中的待處理水進(jìn)行曝氣的部件。
8.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于上述氧化反應(yīng)槽包括向其中的待處理水注入臭氧的部件。
9.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于還包括向上述氧化反應(yīng)槽待處理水中添加一種誘發(fā)芬頓氧化反應(yīng)的物質(zhì)的部件。
10.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于還包括一個(gè)設(shè)在上述氧化反應(yīng)槽與上述分離槽之間的攪拌器。
11.按照權(quán)利要求1所述的水凈化裝置，其特征在于還包括把從上述分離槽中分離出的含有上述凝聚的光催化劑顆粒的淤泥返回到上述氧化反應(yīng)槽的部件。
12.按照權(quán)利要求11所述的水凈化裝置，其特征在于上述淤泥返回部件還包括溶解其中含有的上述凝聚光催化劑顆粒的淤泥的部件。
13.一種使用催化劑通過(guò)其氧化反應(yīng)凈化水中所含的有機(jī)物的水凈化方法，包括以下步驟把粉末狀的光催化劑顆粒分散到待處理水中；通過(guò)活化分散到待處理水中的上述催化劑來(lái)氧化有機(jī)物，對(duì)水進(jìn)行處理；以及在對(duì)催化劑照射光進(jìn)行氧化反應(yīng)后，通過(guò)無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚上述分散的催化劑顆粒，使其從處理水中分離出來(lái)，其中，在進(jìn)行氧化反應(yīng)的上述步驟中，分散在待處理水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm。
14.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于控制上述待處理水的pH值，使得在進(jìn)行氧化反應(yīng)的上述步驟中，分散在待處理水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm。
15.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于還包括在進(jìn)行上述氧化反應(yīng)步驟后，通過(guò)上述無(wú)機(jī)絮凝劑凝聚催化劑顆粒，然后使上述凝聚的催化劑顆粒沉淀，由此分離催化劑顆粒的步驟。
16.按照權(quán)利要求15所述的水凈化方法，其特征在于在上述沉淀分離步驟中，控制待處理水的pH值，使上述沉淀分離步驟中分散在處理水中的光催化劑顆粒的粒徑大于上述氧化反應(yīng)步驟中分散在待處理水中的光催化劑顆粒的粒徑。
17.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于催化劑是光催化劑，并且在上述氧化反應(yīng)步驟中，向分散有光催化劑的水中照射光。
18.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于在上述氧化反應(yīng)步驟中，還要向待處理水中注入臭氧。
19.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于在上述氧化反應(yīng)步驟中，還要向待處理水中加入誘發(fā)芬頓氧化反應(yīng)的物質(zhì)。
20.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于在上述氧化反應(yīng)步驟中，還要對(duì)分散有光催化劑顆粒的待處理水進(jìn)行攪拌。
21.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于還包括把在上述分離步驟中通過(guò)凝聚作用而分離出來(lái)的光催化劑顆粒再返回到上述氧化反應(yīng)步驟中的待處理水中的步驟。
22.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于還包括在利用催化劑凈化水中有機(jī)物之前，有一個(gè)去除待處理水中懸浮物的預(yù)處理步驟。
23.按照權(quán)利要求13所述的水凈化方法，其特征在于還包括在利用催化劑凈化水中有機(jī)物之后，有一個(gè)去除已處理水中所含的低分子有機(jī)物和/或微生物易降解的有機(jī)物的后處理步驟。
24.按照權(quán)利要求23所述的水凈化方法，其特征在于將一部分上述后處理步驟后流出的已處理水返回到利用催化劑凈化水中有機(jī)物步驟的上游，由此進(jìn)行循環(huán)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用催化劑尤其是光催化劑如二氧化鈦的氧化作用,凈化原水中有機(jī)物的水凈化裝置,包括:用于存放原水的氧化反應(yīng)槽(1,12),向其中添加一種無(wú)機(jī)絮凝劑,并且使其與催化劑顆粒分散在一起;位于氧化反應(yīng)槽內(nèi)用于發(fā)射紫外線光以活化催化劑的光源(2);通過(guò)無(wú)機(jī)絮凝劑的電化學(xué)作用,凝聚催化劑顆粒,使其從原水中分離出來(lái)的分離槽(8,12);用于使分散在氧化反應(yīng)槽原水中的催化劑顆粒粒徑保持在等于或小于0.1mm的pH調(diào)節(jié)儀(11,6)。
文檔編號(hào)C02F1/32GK1269330SQ99109719
公開日2000年10月11日 申請(qǐng)日期1999年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月2日
發(fā)明者田中哲也, 都筑浩一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所