本發(fā)明涉及光催化反應(yīng)器領(lǐng)域，特別涉及負(fù)載型納米TiO₂催化劑的光催化氧化-消毒回用水處理的中試反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

光催化是一門集物理、化學(xué)、材料科學(xué)的跨學(xué)科類綜合學(xué)科，它的原理是半導(dǎo)體材料被入射光激發(fā)之后，產(chǎn)生具有還原能力的光生電子和氧化能力的光生空穴，直接或間接地在通過半導(dǎo)體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。光催化技術(shù)是一種環(huán)境友好型水處理技術(shù)，可以徹底分解污染物，不施加其他化學(xué)藥劑，帶來二次污染。

目前該項(xiàng)技術(shù)主要的研究方向有是光催化劑的摻雜修飾；負(fù)載技術(shù)研究和光催化反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)。采用納米懸浮態(tài)的光催化雖然效率高，但制約其應(yīng)用的是固液相分離問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種光催化氧化-消毒回用水處理中試反應(yīng)器，以親水性好，傳質(zhì)效率高，通透性強(qiáng)的輕型惰性材質(zhì)，通過助劑水熱法負(fù)載催化劑；附著效果好，滿足中試反應(yīng)器科研和教學(xué)的要求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種光催化氧化-消毒回用水處理中試反應(yīng)器，包括調(diào)蓄底倉(cāng)1、反應(yīng)柱2和電氣控制箱3，其特征在于：

所述調(diào)蓄底倉(cāng)1內(nèi)部裝有十字隔板1-1和漏筐1-3，漏筐1-3下的區(qū)域與十字隔板1-1所在區(qū)域之間設(shè)置有豎直懸空的平板隔板1-4，十字隔板1-1和漏筐1-3均刻有柵槽機(jī)械過濾水樣。進(jìn)水經(jīng)過漏筐1-3過濾后經(jīng)平板隔板1-4進(jìn)入十字隔板1-1與側(cè)壁形成的第一倉(cāng)室，再依次經(jīng)十字隔板1-1的各隔板進(jìn)入第二倉(cāng)室、第三倉(cāng)室和第四倉(cāng)室；底倉(cāng)的上蓋為嵌入式活板，且與其上的反應(yīng)柱可拆組安裝固定；

所述反應(yīng)柱2共包括四個(gè)內(nèi)置紫外燈2-4且負(fù)載TiO₂催化劑填料2-5的柱體，其中，第一柱體2-6上部通過帶磁力泵的上水管2-2與所述第四倉(cāng)室連通，下部通過低位連通管一2-1與第二柱體2-7的下部連通，第二柱體2-7的上部通過高位連通管2-3與第三柱體2-8的上部連通，第三柱體2-8的下部通過低位連通管二2-10與第四柱體2-9的下部連通，第四柱體2-9的上部為出水口；

所述電氣控制箱3包括內(nèi)置時(shí)間程序的控制器，控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉。

所述調(diào)蓄底倉(cāng)1下部裝有萬向輪1-2，進(jìn)水經(jīng)漏筐1-3、平板隔板1-4和十字隔板1-1、布水器共完成五次機(jī)械過濾。

所述紫外燈2-4采用工業(yè)級(jí)1.5m燈管，內(nèi)置于各反應(yīng)柱的中軸。

所述四個(gè)柱體呈兩行兩列均布形式設(shè)置，在柱體之間設(shè)置有太陽(yáng)能薄膜發(fā)電板，發(fā)電輸出至磁力泵為其供電。

所述TiO₂催化劑填料2-5利用助劑水熱法負(fù)載于多個(gè)多面空心聚丙烯球上。

所述調(diào)蓄底倉(cāng)1和反應(yīng)柱2設(shè)置多個(gè)與控制器連接的液位計(jì)，控制器根據(jù)液位控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉。

所述第四柱體2-9出水口連接兩路帶閥門的并聯(lián)管道，一路回接漏筐1-3，另一路為最終出水。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一體化實(shí)驗(yàn)裝置，采用負(fù)載型催化劑解決了懸浮態(tài)催化劑難以回收的問題，所選擇的多面空心球負(fù)載材料具有高透光性、高透水性、高效傳質(zhì)等特點(diǎn)，同時(shí)向催化劑中添加了助劑，使得催化劑可以較好地附著在負(fù)載材料上。解決了上述負(fù)載型催化劑需要解決負(fù)載物的選取和催化劑的附著的問題。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是裝置的俯視圖。

圖2是裝置的主視圖。

圖3是裝置的側(cè)視圖。

圖4是調(diào)蓄底倉(cāng)俯視圖。

圖5是圖4中A-A視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1、2、3所示，一種光催化氧化-消毒回用水處理中試反應(yīng)器，包括調(diào)蓄底倉(cāng)1、反應(yīng)柱2和電氣控制箱3，其中：

如圖4、5所示，調(diào)蓄底倉(cāng)1下部裝有萬向輪1-2，內(nèi)部裝有十字隔板1-1和漏筐1-3，十字隔板1-1和漏筐1-3均刻有柵槽機(jī)械過濾水樣。漏筐1-3下的區(qū)域與十字隔板1-1所在區(qū)域之間設(shè)置有豎直懸空的平板隔板1-4，進(jìn)水經(jīng)過漏筐1-3過濾后經(jīng)平板隔板1-4進(jìn)入十字隔板1-1與側(cè)壁形成的第一倉(cāng)室，再依次經(jīng)十字隔板1-1的各隔板進(jìn)入第二倉(cāng)室、第三倉(cāng)室和第四倉(cāng)室，共完成五次機(jī)械過濾。整個(gè)調(diào)蓄底倉(cāng)1位于反應(yīng)柱2下端，具有蓄水和四級(jí)機(jī)械過濾功能。

反應(yīng)柱2共包括四個(gè)內(nèi)置紫外燈2-4且負(fù)載TiO₂催化劑填料2-5的柱體，紫外燈2-4采用工業(yè)級(jí)1.5m燈管，內(nèi)置于各柱體的中軸，254nm紫外光提供實(shí)時(shí)消毒、光催化雙效應(yīng)。TiO₂催化劑填料2-5利用助劑水熱法負(fù)載于多個(gè)多面空心聚丙烯球上。多面空心聚丙烯球構(gòu)造形態(tài)以及材料使得其具有高的光、水通透性，表面積大，傳質(zhì)效率高，且重量輕、自由空間大，耐高溫，耐腐蝕，表面親水性能好，葉片多等特點(diǎn)。這種高密度填料形式對(duì)水質(zhì)同時(shí)還具有一定的機(jī)械過濾效果，四級(jí)輕質(zhì)高密度負(fù)載填料，可確保水質(zhì)澄清。

其中，第一柱體2-6上部通過帶磁力泵的上水管2-2與所述第四倉(cāng)室連通，下部通過低位連通管一2-1與第二柱體2-7的下部連通，通過磁力泵將調(diào)蓄底倉(cāng)中的水提升輸送至光反應(yīng)柱2中。第二柱體2-7的上部通過高位連通管2-3與第三柱體2-8的上部連通，第三柱體2-8的下部通過低位連通管二2-10與第四柱體2-9的下部連通，第四柱體2-9的上部為出水口。出水口連接兩路帶閥門的并聯(lián)管道，一路回接漏筐1-3，另一路為最終出水。該結(jié)構(gòu)中，通過將四個(gè)柱體串聯(lián)，只需用磁力泵將水提升至第一柱體2-6的上水位即可實(shí)現(xiàn)四級(jí)自重推流，形成濃度梯度，高效節(jié)能。

進(jìn)一步地，將四個(gè)柱體呈兩行兩列均布形式設(shè)置，在柱體之間設(shè)置有太陽(yáng)能發(fā)電板，發(fā)電輸出至磁力泵為其供電。

電氣控制箱3包括內(nèi)置時(shí)間程序的控制器，控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉。還可在調(diào)蓄底倉(cāng)1和反應(yīng)柱2設(shè)置多個(gè)與控制器連接的液位計(jì)，此時(shí)控制器可根據(jù)液位控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，無人職守。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，本發(fā)明有容量處理和流量處理兩種模式。

容量處理：通過四個(gè)柱體自重的推流設(shè)計(jì)，完成水力循環(huán)，在循環(huán)過程中完成藥劑混合。將調(diào)蓄底倉(cāng)1以及反應(yīng)柱2內(nèi)全部廢水循環(huán)處理后，一次性排出。具體流程見下。

進(jìn)水：打開調(diào)蓄底倉(cāng)1上部蓋板，將廢水引入調(diào)蓄底倉(cāng)1，調(diào)蓄底倉(cāng)1的尺寸為695*500*400mm。由于進(jìn)出水流速不同，因而調(diào)蓄底倉(cāng)1有水量調(diào)蓄的功能。

過濾：順著水流方向，水流依次經(jīng)過由漏筐1-3、平板隔板1-4、十字隔板1-1將調(diào)蓄底倉(cāng)1分隔出的5個(gè)區(qū)域，完成5次機(jī)械過濾，有效降低出水中的懸浮物，減小反應(yīng)柱2內(nèi)紫外線由于懸浮物遮蔽而將低對(duì)水的處理效果。因此調(diào)蓄底倉(cāng)1另外一個(gè)重要功能就是完成5級(jí)過濾。

提升：水流在第四倉(cāng)室內(nèi)經(jīng)布水器由磁力泵提升至反應(yīng)柱2。該泵為MP-15R型磁力泵，功率僅為10w，與上部電器盒相連，由電器盒中液位計(jì)以及自動(dòng)控制裝置來決定磁力泵的啟閉。

柱間推流反應(yīng)：在調(diào)蓄底倉(cāng)1部件上部為四根高1600mm，直徑200mm，反應(yīng)體積42L的柱體。被提升的水經(jīng)過直立的上水管2-2，以及流量調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入第一柱體2-6。第一柱體2-6入水口短管中心線距柱頂40mm處，直徑20mm。第一柱體2-6與第二柱體2-7靠由短管和彎頭組成的低位連通管一2-1連接，第二柱體2-7水流入口短管中心線距柱底部50mm，直徑25mm。第二柱體2-7與第三柱體2-8連接方式類似，第三柱體2-8的水流接入短管中心線距柱頂110mm，直徑20mm。第四柱體2-9入水口短管中心線距柱底部50mm。從上水管2-2流入第一柱體2-6的水流通過第一柱體2-6與第二柱體2-7之間的低位連通管一2-1進(jìn)入第二柱體2-7，隨后通過高位連通管2-3進(jìn)入第三柱體2-8，之后再通過低位連通管二2-10進(jìn)入第四柱體2-9。之后通過連接管將第四柱體2-9出水引入蓄水倉(cāng)中，再次通過磁力泵提升，完成循環(huán)。通過長(zhǎng)流程循環(huán)，完成藥物混合和光催化反應(yīng)。待定量水循環(huán)處理完成后，通過第四柱體2-9出水口一次排出。

流量處理：流量處理，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)柱進(jìn)水流量以確保光催化反應(yīng)的停留時(shí)間，保持其處理出水流速，因此可以不斷進(jìn)水反應(yīng)，連續(xù)反應(yīng)出水，完成流量處理。

流量處理的進(jìn)水、過濾、提升與容量處理相同。

柱間推流反應(yīng)：被提升的水經(jīng)過上水管2-2，以及流量調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入第一柱體2-6。在上水管2-2上裝有流量計(jì)，通過調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)水流速等于反應(yīng)出水流速。之后依次經(jīng)過4個(gè)柱體，反應(yīng)柱采用四級(jí)自重推流式，即四個(gè)柱體之間采用通過高進(jìn)低出及低進(jìn)高出交替式連接，使得污染物濃度呈逐級(jí)梯度遞減，從而反應(yīng)效率大大提高，處理效果明顯增強(qiáng)。采用四級(jí)自重推流設(shè)計(jì)的反應(yīng)器處理效率要優(yōu)于同體積單柱反應(yīng)器。完成反應(yīng)后直接從第四柱體2-9上端流出。

各個(gè)柱體頂均有一個(gè)可拆卸紫外燈架。各個(gè)柱體間連接短管中間具有可拆卸濾網(wǎng)。各個(gè)柱體底部均有泄水口(取樣口)。