專利名稱：轉(zhuǎn)筒式光催化反應器及其水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化水處理反應裝置及相關(guān)的處理方法。
背景技術(shù)：
光催化水處理技術(shù)以其適用性廣、使用效率高的特點，正從實驗室走向?qū)嶋H應用。此時，反應器設計已成為此項技術(shù)是否可以實現(xiàn)工業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。光催化水處理反應器是將光源、催化劑和處理液融合為一體，并能使之成為最大限度地發(fā)揮光催化反應處理污水的場所，因此，它應具有使催化劑、處理液、光子充分接觸的基本特性。處理強度大、處理成本低、適應性廣是對光催化水處理反應器的基本要求。
目前，光催化水處理反應器主要有兩大類一類是將催化劑負載在載體上的固定床反應器(含膜反應器)，另一類是直接使用催化劑原粉細顆粒的淤漿床反應器。前者的催化劑制作成本高、透光性差，且不便于失活催化劑的更換；后者的催化劑懸浮在被處理液中，催化劑更新雖十分容易，但分離卻有困難。光源的設置也有兩種方法，一種是僅以空氣為傳播媒介的直接照射式；另一種是以透過紫外線較好的材質(zhì)和空氣共同作為傳播媒介的間接照射式。此外，反應器可以制作成敞口的開放式結(jié)構(gòu)，也可以是半封閉結(jié)構(gòu)，通過曝氣的方式提供氧源。由于反應裝置有各種靈活的組合方式，勢必會有優(yōu)選的方案。催化劑、處理液和光的優(yōu)良分布是反應器設計的優(yōu)化目標。US6409928設計了一種負載膜的光催化反應器，CN1124986設計了帶有機械提升裝置的光催化反應器，既可用負載型催化劑，也可用于漿態(tài)體系?，F(xiàn)有的反應器所具有的共同特點是反應器的主體部分是靜止的，處理液和催化劑的分布是依靠流體流速和加入或負載的催化劑量來加以調(diào)節(jié)的，這種調(diào)節(jié)方式會影響到反應器的處理量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供轉(zhuǎn)筒式光催化反應器。
本發(fā)明的另一個目的是提供采用轉(zhuǎn)筒式光催化反應器進行水處理的方法。
第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，所述轉(zhuǎn)筒的兩端通過設置有軸承的支撐板與支架連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，調(diào)速電機通過同步齒型帶與轉(zhuǎn)筒外壁上的齒輪咬合進行傳動，所述轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上涂有二氧化鈦光催化劑薄層，所述紫外燈設置在所述水槽的一側(cè)或兩側(cè)的開孔處。
所述紫外燈的設置使其光線以θ角度照射在轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上，所述θ角用下式表示arctgd2(l+L)<|θ|<arctgd2l]]>所述L為轉(zhuǎn)筒的長度，所述l為紫外燈距轉(zhuǎn)筒近端的距離，所述d為轉(zhuǎn)筒的直徑。所述θ角為紫外燈光源的入射角。
第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，所述轉(zhuǎn)筒的一端通過中心軸與支撐架連接，所述轉(zhuǎn)筒的另一端通過中心軸、支撐架與調(diào)速電機連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，所述紫外燈設置在所述轉(zhuǎn)筒的上方并與所述轉(zhuǎn)筒平行，在所述紫外燈的上方設置有反光罩。
一種處理水的方法，包括如下步驟(1)向轉(zhuǎn)筒式光催化反應器中加入含有TiO2催化劑細粉的廢水，所述轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，所述轉(zhuǎn)筒的一端通過中心軸與支撐架連接，所述轉(zhuǎn)筒的另一端通過中心軸、支撐架與調(diào)速電機連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，所述紫外燈設置在所述轉(zhuǎn)筒的上方并與所述轉(zhuǎn)筒平行，在所述紫外燈的上方設置有反光罩；(2)使轉(zhuǎn)筒垂直高度的1/3～1/2浸沒在廢水中，開動所述調(diào)速電機，所述調(diào)速電機帶動所述轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)筒外表面形成一層厚度可調(diào)的漿態(tài)液膜；(3)打開紫外燈，讓紫外光垂直照射到所述轉(zhuǎn)筒外壁的漿態(tài)液膜上，所述廢水中催化劑的投加比例為0.2g/L～1.2g/L。
所述廢水中催化劑的投加比例為0.6g/L～1.0g/L。
本發(fā)明是將反應器的主體部分設計成轉(zhuǎn)筒式，在轉(zhuǎn)筒上負載催化劑TiO2膜通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速來改變處理廢水和催化劑的分布，增加了催化劑、反應物和光源之間的接觸面。而且與平板直射式反應器相比，具有占地面積小，催化劑表面液體更新速度快的特點。
此外，反應物與催化劑在離心力和重力的雙重作用下，液體與催化劑接觸更加充分。同時將目前普遍采用的內(nèi)照射方式改變?yōu)橹鄙涫?，轉(zhuǎn)筒上催化劑膜表面的薄層液膜直接與光接觸，從而加大了光照的區(qū)域。此組合方式既能有效地利用光能，又可將紫外光照射過程中在空氣中產(chǎn)生的少量臭氧用于加速有機物的氧化降解。此外反應器的放大也比較容易。
本發(fā)明能耗低，只需少量催化劑，處理成本低。處理條件溫和，通常是在常溫、常壓下就可以脫色、降解、減少COD，是一項理想的水凈化工藝過程。


圖1為第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器側(cè)面示意圖；圖3為第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動光照示意圖；圖4為第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器側(cè)面示意圖；圖6為第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動光照示意圖；圖7為第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器中轉(zhuǎn)筒與紫外燈相對位置示意8為采用第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器的光催化效果圖。
具體實施例方式
第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽4，紫外燈2，轉(zhuǎn)筒1，水槽4上設置有進水口6和出水口7，轉(zhuǎn)筒1的兩端通過設置有軸承的支撐板3與支架9連接，轉(zhuǎn)筒1水平設置在水槽4內(nèi)，調(diào)速電機5通過同步齒型帶8與轉(zhuǎn)筒1外壁上的齒輪咬合進行傳動，轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上涂有二氧化鈦光催化劑薄層10，紫外燈2設置在水槽4的一側(cè)或兩側(cè)的開孔處。
紫外燈2的光線以θ角度照射在玻璃管的內(nèi)壁上，所述θ角用下式表示arctgd2(l+L)<|θ|<arctgd2l]]>當轉(zhuǎn)筒1的長度L為5倍的轉(zhuǎn)筒1直徑d，光源2與轉(zhuǎn)筒1近端距離l為1倍的d時，則θ角為arctg112<|θ|<arctg12]]>即4.76°＜|θ|＜26.56°第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽17，紫外燈12，轉(zhuǎn)筒11，水槽17上設置有進水口14和出水口15，轉(zhuǎn)筒11的一端通過中心軸與支撐架16連接，轉(zhuǎn)筒11的另一端通過中心軸、支撐架16與調(diào)速電機18連接，轉(zhuǎn)筒11水平設置在水槽17內(nèi)，紫外燈12設置在轉(zhuǎn)筒11的上方并與轉(zhuǎn)筒11平行，在紫外燈12的上方設置有反光罩13。
實施例1向第一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器中加入初始濃度為5mg/L的4BS直接染料5L，經(jīng)過7小時反應，4BS染料的脫色率達到63.98％。
實施例2一種處理水的方法，包括如下步驟(1)向第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器中加入含有TiO2催化劑細粉的廢水，所述轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽17，紫外燈12，轉(zhuǎn)筒11，水槽17上設置有進水口14和出水口15，轉(zhuǎn)筒11的一端通過中心軸與支撐架16連接，轉(zhuǎn)筒11的另一端通過中心軸、支撐架16與調(diào)速電機18連接，轉(zhuǎn)筒11水平設置在水槽17內(nèi)，紫外燈12設置在轉(zhuǎn)筒11的上方并與轉(zhuǎn)筒11平行，在紫外燈12的上方設置有反光罩13；(2)使轉(zhuǎn)筒11垂直高度的1/3～1/2浸沒在廢水中，開動調(diào)速電機18，調(diào)速電機帶動反應器轉(zhuǎn)筒11旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)筒外表面形成一層厚度可調(diào)的液膜；(3)打開紫外燈12，讓紫外光垂直照射到轉(zhuǎn)筒11外壁的漿態(tài)液膜上，廢水中催化劑的投加比例為0.2g/L。光催化反應器轉(zhuǎn)筒11為300mm，半徑為81mm的圓柱形玻璃管，其內(nèi)表面積為0.15m2。
實施例3采用的方法步驟同實施例2，廢水中催化劑的投加比例為1.2g/L。
實施例4采用的方法步驟同實施例2，廢水中催化劑的投加比例為0.6g/L。
實施例5采用的方法步驟同實施例2，廢水中催化劑的投加比例為1.0g/L。
實施例6采用第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器的光催化效果，廢水中催化劑的投加比例為0.2g/L分別取一定量的黑色直接染料、耐曬翠綠、X-GRRL蘭、X-GN艷橙染料，配成20mg.L-1的溶液備用，測其吸光度。分別取上述溶液各5L，置于第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器內(nèi)，應7小時，取樣，測其色度的變化，實驗結(jié)果如表1所示。
表1不同染料的色度去除率

由表1可知，光催化反應對綠色、蘭色、黑色染料都有很好的去除效果，但對橙色染料的去除效果不很理想。
實施例7采用第二種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器的光催化效果取天津某紡織印染公司總排口水、漂洗水、加穩(wěn)定劑漂洗水各5L，置于反應裝置內(nèi)，反應5小時，測其化學耗氧量COD、色度的變化，實驗結(jié)果如圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，其特征是所述轉(zhuǎn)筒的兩端通過設置有軸承的支撐板與支架連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，調(diào)速電機通過同步齒型帶與轉(zhuǎn)筒外壁上的齒輪咬合進行傳動，所述轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上涂有二氧化鈦光催化劑薄層，所述紫外燈設置在所述水槽的一側(cè)或兩側(cè)的開孔處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，其特征是所述紫外燈的設置使其光線以θ角度照射在轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上，所述θ角用下式表示arctgd2(l+L)<|θ|<arctgd2l]]>所述L為轉(zhuǎn)筒的長度，所述l為紫外燈距轉(zhuǎn)筒近端的距離，所述d為轉(zhuǎn)筒的直徑，所述θ角為紫外燈光源的入射角。
3.一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，其特征是所述轉(zhuǎn)筒的一端通過中心軸與支撐架連接，所述轉(zhuǎn)筒的另一端通過中心軸、支撐架與調(diào)速電機連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，所述紫外燈設置在所述轉(zhuǎn)筒的上方并與所述轉(zhuǎn)筒平行，在所述紫外燈的上方設置有反光罩。
4.一種處理水的方法，包括如下步驟(1)向轉(zhuǎn)筒式光催化反應器中加入含有TiO2催化劑細粉的廢水，所述轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，所述轉(zhuǎn)筒的一端通過中心軸與支撐架連接，所述轉(zhuǎn)筒的另一端通過中心軸、支撐架與調(diào)速電機連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，所述紫外燈設置在所述轉(zhuǎn)筒的上方并與所述轉(zhuǎn)筒平行，在所述紫外燈的上方設置有反光罩；(2)使轉(zhuǎn)筒垂直高度的1/3～1/2浸沒在廢水中，開動所述調(diào)速電機，所述調(diào)速電機帶動所述轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)筒外表面形成一層厚度可調(diào)的漿態(tài)液膜；(3)打開紫外燈，讓紫外光垂直照射到所述轉(zhuǎn)筒外壁的漿態(tài)液膜上，所述廢水中催化劑的投加比例為0.2g/L～1.2g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種處理水的方法，其特征是所述廢水中催化劑的投加比例為0.6g/L～1.0g/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)筒式光催化反應器，包括水槽，紫外燈，轉(zhuǎn)筒，所述水槽上設置有進水口和出水口，所述轉(zhuǎn)筒的兩端通過設置有軸承的支撐板與支架連接，所述轉(zhuǎn)筒水平設置在所述水槽內(nèi)，調(diào)速電機通過同步齒型帶與轉(zhuǎn)筒外壁上的齒輪咬合進行傳動，所述轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁上涂有二氧化鈦光催化劑薄層，所述紫外燈設置在所述水槽的一側(cè)或兩側(cè)的開孔處，本發(fā)明是將反應器的主體部分設計成轉(zhuǎn)筒式，在轉(zhuǎn)筒上負載催化劑TiO
文檔編號C02F1/32GK1587085SQ20041007192
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者尹曉紅, 辛峰, 張鳳寶, 王世銘, 張國亮 申請人:天津理工大學