專利名稱：用于水處理的光催化曝氣濾池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于水處理的光催化曝氣濾池。
背景技術(shù)：
利用Ti02在特定波長的光照射下發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生氧化能力極強的羥基自由基，作為 降解有機污染物的主導(dǎo)氧化劑的光催化氧化工藝近年來被廣泛研究和應(yīng)用，該工藝技術(shù)的 優(yōu)點是..(1)降解范圍廣，幾乎能降解任何有機物，尤其是采用生物降解難以處理的氯代 有機物、多環(huán)芳烴等；(2)處理效率高， 一般只需要幾十分鐘到幾個小時即可取得良好的 處理效果；(3)反應(yīng)條件溫和，在紫外光照射或可見光下即可發(fā)生光催化氧化反應(yīng)；(4)無二 次污染，有機物徹底被氧化降解為C02和H20等無害物質(zhì)；(5)應(yīng)用范圍廣，幾乎所有的 污水都可以采用。
目前用于納米二氧化鈦催化氧化處理污染物的裝置一般有以下幾種
(1) 懸浮式光反應(yīng)器
這類反應(yīng)器通常是將光催化劑粉末加到所要處理的溶液中。它的優(yōu)點是在反應(yīng)中，污 染物容易和光催化劑接觸，不存在質(zhì)量傳輸?shù)南拗?，但不足之處是處理效率不高。?dāng)提高 催化劑的濃度時會造成懸浮液渾濁，影響光的穿透，降低光效率，而且催化劑與液體分離 困難，處理成本昂貴。
(2) 鍍膜催化劑反應(yīng)器 這類反應(yīng)器的催化劑主要是以膜的形式存在，如將二氧化鈦光催化劑涂抹在反應(yīng)器的
內(nèi)外壁、燈管壁、不銹鋼片、發(fā)泡鎳、玻璃或玻璃布、光導(dǎo)纖維材料等上面,催化劑膜在紫 外光的照射下，將吸附在膜表面的污染物降解、礦化。它最大的特點就是不需要對催化劑 進行分離，但是反應(yīng)容易受到傳質(zhì)的限制，反應(yīng)效率較低。
(3) 填充床式光催化反應(yīng)器 這類反應(yīng)器通常是反應(yīng)器內(nèi)填充二氧化鈦顆?；蛘弑砻嫱坑卸趸伳さ墓枘z、二氧
化鋁、石英砂和實心玻璃珠等。這些載體通常是具有二維表面的，結(jié)構(gòu)緊密且具有多孔的 顆粒。顆粒直徑在100ym左右的半透明比較適合，由于它有效地讓光通過并且有較高比 表面積，適用于用在具有較高傳質(zhì)能力的反應(yīng)系統(tǒng)中。這類反應(yīng)器和傳統(tǒng)懸漿式反應(yīng)器相 比，不需要分離催化劑，和環(huán)形膜狀反應(yīng)器相比，反應(yīng)可不受傳質(zhì)的限制，但不足是顆粒
之間的碰撞可能會造成膜的脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于水處理的光催化曝氣濾池。
本發(fā)明提出的用于水處理的光催化曝氣濾池，該濾池呈矩形結(jié)構(gòu)，從上至下依次由配 水區(qū)、光催化反應(yīng)區(qū)4、過濾區(qū)和集水區(qū)8組成，其中
配水區(qū)由條形的配水槽3組成，配水槽3兩側(cè)開有配水孔；配水槽3—端連接配水渠 2,配水渠2下端設(shè)有進水管1，配水渠2底部設(shè)有排污管13;
光催化反應(yīng)區(qū)4內(nèi)充滿中空玻璃微珠15，其內(nèi)垂直布置有紫外燈11，紫外燈ll位于 紫外燈套12內(nèi)，底部設(shè)有曝氣管10;
過濾區(qū)由石英砂過濾層5和鵝卵石承托層6組成，石英砂過濾層5位于承托層6上方， 承托層6下部設(shè)有濾頭7;
集水區(qū)8—側(cè)設(shè)有出水管9。
本發(fā)明中，所述中空玻璃微珠15的直徑為100 200pm，其外包鍍有二氧化鈦層。 本發(fā)明中，所述承托層6可以采用鵝卵石。
本發(fā)明中，曝氣管10采用穿孔曝氣管，曝氣管10下部開有曝氣孔。 本發(fā)明中，紫外燈套管12為中部空心的雙層結(jié)構(gòu)，套管內(nèi)壁17與套管外壁之間的空 心部位為冷卻室16，通冷卻循環(huán)水。
本發(fā)明中，反沖洗時，出水管9即為反洗水管，排污管13即為反洗排水管。 本發(fā)明中，所述配水渠2的底部為傾斜面，可以使反洗沉泥滑向排水管口。 本發(fā)明中，曝氣所用的氣體既可以為空氣，還可以采用臭氧來加強處理效果。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明既克服了懸浮式光催化反應(yīng)器催化劑與液體難分離的問 題，同時與鍍膜催化劑反應(yīng)器相比，又提高了傳質(zhì)效率，并且還避免了填充床式光催化反 應(yīng)器內(nèi)顆粒之間的碰撞引起的光催化膜的脫落。本裝置既具有懸浮式光催化反應(yīng)裝置所具 有的高傳質(zhì)效率和光能利用率，又可以通過石英砂濾層，使負載二氧化鈦的空心玻璃珠停 留在反應(yīng)區(qū)內(nèi)而不流失，實現(xiàn)了光催化劑的重復(fù)利用。反應(yīng)區(qū)內(nèi)既可以用空氣曝氣作為攪 拌動力，又可以用臭氧攪拌來氧提高反應(yīng)效率。對于色度較高的難降解廢水，在其中加入 1 5mg/L的雙氧水，本裝置能在2 3小時內(nèi)去除95%以上的色度。負載二氧化鈦的空心 玻璃珠比重小于水，因此在反洗時可以比較容易地實現(xiàn)泥、水、載體三相分離。


圖l為本發(fā)明的平面布置圖。 圖2為圖1所示裝置的A-A剖面圖。
圖3為圖1所示裝置的B-B剖面圖。 圖4為紫外燈管冷卻套管結(jié)構(gòu)圖。
圖號說明1為進水管，2為配水渠，3為配水槽，4為光催化反應(yīng)區(qū)，5為石英砂過 濾層，6為承托層，7為濾頭，8為集水區(qū)，9為出水管，IO為曝氣管，ll為紫外燈管，12 為紫外燈管外套，13為排污管，14為反應(yīng)池壁，15為中空玻璃微珠，16為冷卻室，17為 套管內(nèi)壁。
具體實施例方式
下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
實施例l:如圖l-圖4所示，本裝置為一個矩形濾池，四周通過反應(yīng)池壁14圍成，曝
氣濾池的上部是穿孔配水槽3，中間是光催化反應(yīng)區(qū)4，下部是過濾區(qū)；配水槽3兩側(cè)開
有圓形的配水孔，保證使進水均勻配置到光催化反應(yīng)區(qū)4;光催化反應(yīng)區(qū)4內(nèi)有漂浮有光
催化劑，該催化劑由直徑100 20(Vm的空心玻璃微珠15負載納米二氧化鈦制成；光催化 反應(yīng)區(qū)4內(nèi)垂直布置套有由石英玻璃組成的此外燈管外套12的紫外燈管11，為光催化提 供光源；光催化反應(yīng)區(qū)4底部配有穿孔曝氣管10，使裝置在運行時，光催化反應(yīng)區(qū)4內(nèi)的 水和催化劑處于均勻混合狀態(tài)，或者在其中通入臭氧，在起到攪拌作用的同時，還可以強 化處理效果；過濾區(qū)是由石英砂過濾層5、鵝卵石承托層6、濾頭7構(gòu)成，裝置在運行時， 石英砂濾層5可以阻止負載有二氧化鈦的空心玻璃微珠被出水帶走。當(dāng)石英砂濾層5內(nèi)的 通道受污染物或某些細小顆粒堵塞影響濾速時，可以通過短時反沖洗的方式使濾層得到清 洗。
光催化反應(yīng)區(qū)4底部的穿孔曝氣管10可以采用不銹鋼制成，為避免細小顆粒物進入 曝氣管10，曝氣孔可以開在曝氣管10下側(cè)。
紫外燈套管12采用石英玻璃套管，石英玻璃套管為雙層結(jié)構(gòu)，中間為冷卻循環(huán)水， 它可以冷卻紫外燈管，避免其在照射過程中的溫度不斷升高。
本發(fā)明的工作過程如下原水經(jīng)進水管1進入配水渠2，在配水渠2得到重新分配后， 進入配水槽3，配水槽內(nèi)的水流入反應(yīng)區(qū)4。在反應(yīng)區(qū)4內(nèi)，穿孔曝氣管IO釋放出的氣體 使水與鍍有二氧化鈦的中空玻璃微珠15粉末劇烈混合，在紫外燈ll的照射下，產(chǎn)生羥自 由基，從而使水中的有機物質(zhì)得到降解。處理后的水經(jīng)過石英砂過濾層5、鵝卵石承托層 6及濾頭7，進入底部的集水區(qū)8，然后經(jīng)出水管9排出。
設(shè)備在運行一段時間后，由于石英砂過濾層5內(nèi)會積聚一些中空玻璃微珠15或其它 顆粒污染物，使過濾的水頭損失增加，因此需要進行反洗。反洗時，反洗水經(jīng)出水管9進 入集水區(qū)8，經(jīng)濾板配水后，使石英砂過濾層5膨脹，從而依靠水流的沖刷把污染物帶走。 反洗時反應(yīng)區(qū)4的液位上升，溢流至配水槽3內(nèi)，然后流入配水渠2，在配水渠2內(nèi)靜沉 30分鐘后，反洗水中的雜質(zhì)被沉至配水渠2底部，開啟底部排水管上的排水閥13，把反 洗沉渣及部分反洗水排出，當(dāng)液位降至配水渠2的一半深度時，關(guān)閉排水閥13。由于中空 玻璃微珠15的比重在0.9左右，比水輕，因此反洗水經(jīng)靜沉后，中空玻璃微珠15粉末會 漂浮在配水渠內(nèi)，當(dāng)下一個運行周期的原水進入時，會把上述中空玻璃微珠15重新帶入 反應(yīng)區(qū)4內(nèi)，繼續(xù)完成催化作用。
下面給出一試驗例，用于說明本發(fā)明的效果
用自來水配濃度為50pg/L的DDT水樣，用光催化曝氣濾池進行去除，實驗在室溫下 進行，利用紫外燈管作為光源，實驗條件為裝置的水力停留時間2小時，空氣曝氣的氣水 比為5:1，鍍有二氧化鈦的空心玻璃珠粉末投加量為3g/L，循環(huán)反應(yīng)2.5小時，DDT的去 除率為91%，裝置反洗周期為10天，裝置每次反洗后，催化劑的損耗小于5%。
權(quán)利要求
1、一種用于水處理的光催化曝氣濾池，該濾池呈矩形結(jié)構(gòu)，從上至下依次由配水區(qū)、光催化反應(yīng)區(qū)(4)、過濾區(qū)和集水區(qū)(8)組成，其特征在于配水區(qū)由條形的配水槽(3)組成，配水槽(3)兩側(cè)開有配水孔；配水槽(3)一端連接配水渠(2)，配水渠(2)下端設(shè)有進水管(1)，配水渠(2)底部設(shè)有排污管(13)；光催化反應(yīng)區(qū)(4)內(nèi)充滿中空玻璃微珠(15)，其內(nèi)垂直布置有紫外燈(11)，紫外燈(11)位于紫外燈套(12)內(nèi)，底部設(shè)有曝氣管(10)；過濾區(qū)由石英砂過濾層(5)和鵝卵石承托層(6)組成，石英砂過濾層(5)位于承托層(6)上方，承托層(6)下部設(shè)有濾頭(7)；集水區(qū)(8)一側(cè)設(shè)有出水管(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的光催化曝氣濾池，其特征在于所述中空玻璃 微珠(15)的直徑為100 200^im,其外包鍍有二氧化鈦層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的光催化曝氣濾池，其特征在于所述承托層(6) 采用鵝卵石。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的光催化曝氣濾池，其特征在于曝氣管(10) 采用穿孔曝氣管，曝氣管(10)下部開有曝氣孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的光催化曝氣濾池，其特征在于紫外燈套管(12) 為中部空心的雙層結(jié)構(gòu)，套管內(nèi)壁(17)與套管外壁之間的空心部位為冷卻室(16),通 冷卻循環(huán)水。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的光催化曝氣濾池，其特征在于反沖洗時，出 水管(9)即為反洗水管，排污管(13)即為反洗排水管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的光催化曝氣濾池，其特征在于所述配水渠(2) 的底部為傾斜面。
全文摘要
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于水處理的光催化曝氣濾池。它包括配水區(qū)、反應(yīng)區(qū)、過濾區(qū)。配水區(qū)內(nèi)為穿孔配水槽；反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有紫外燈管、穿孔曝氣管以及負載二氧化鈦的空心玻璃珠粉末；底部過濾區(qū)為石英砂過濾層。本裝置既具有懸浮式光催化反應(yīng)裝置所具有的高傳質(zhì)效率和光能利用率，又可以通過石英砂濾層，使負載二氧化鈦的空心玻璃珠停留在反應(yīng)區(qū)內(nèi)而不流失，實現(xiàn)了光催化劑的重復(fù)利用。反應(yīng)區(qū)既可以用空氣曝氣作為攪拌動力，又可以用臭氧攪拌來氧提高反應(yīng)效率。負載二氧化鈦的空心玻璃珠比重小于水，因此在反洗時可以比較容易地實現(xiàn)泥、水、載體三相分離。
文檔編號C02F1/72GK101186380SQ20071017126
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者龐維海, 高乃云 申請人:同濟大學(xué)