申请日2011.03.15
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号C02F9/04; C02F1/72; C02F1/78; C02F1/74; C02F1/32
摘要
一种太阳能固定膜光催化氧化水处理装置，由清水储存箱(1)、待处理水贮存箱(2)、预处理器(3)、泵(4)、流量计(5)和光催化反应器(6)组成。光反应器主体为顶盖能透紫外光的盒子，内部被分隔成多个互连廊道(7),廊道(7)侧壁和底部平板装填2~5层固定膜催化剂(8)。催化剂(8)以特制不锈钢丝网骨架(22)或长柱型骨架(23)将其支撑。该催化膜以部分透光的玻璃纤维网为载体，载体上负载永久性TiO2膜。本发明结构简单、处理量大、反应速率高、运行费用低廉、操作方便、运行稳定。可广泛用于饮用水的深度处理和高纯水的制备或有毒有害高浓度难降解有机废水的处理。
权利要求书
1.一种太阳能固定膜光催化氧化水处理装置，包括清水储存箱(1)、待处 理水贮存箱(2)、预处理器(3)、泵(4)、流量计(5)和光催化反应器(6); 其特征在于该处理装置由预处理器(3)、待处理水贮存箱(2)、泵(4)、流量计 (5)、光催化反应器(6)、清水储存箱(1)顺序连接所构成;其中：光催化反 应器(6)主体为顶盖能透紫外光的光催化反应器盒体(15)，光催化反应器盒体 (15)内部被分隔成多个互连廊道(7)，廊道(7)的侧壁和底部平板装填固定 膜催化剂(8)，透光板(14)置于光催化反应器盒体(15)上面;
在透光板(14)上设有固定压片(18);在透光板(14)与光催化反应器盒 体(15)之间，以及透光板(14)与固定压片(18)之间分别放置一层硅胶材料 密封片(19);
固定膜催化剂(8)的装填是由不锈钢丝网骨架(22)固定，装填时将固定 膜催化剂(8)包覆于预先根据廊道尺寸做成的不锈钢丝网骨架(22)上，光催 化剂方便拆换，光催化剂组件多层叠置。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能固定膜光催化氧化水处理装置，其特 征在于光催化反应器(6)内装填的固定膜催化剂(8)的长柱型骨架(23)采用 不锈钢、聚四氟乙烯、聚乙烯、ABS或PVC-U耐氧化类塑料制成，在长柱型骨架 上围绕并包裹多层固定膜催化剂(8)组成光催化剂组件;与廊道长度相应的长 柱型骨架(23)由两端的支架(24)和固结的支杆(25)组成。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能固定膜光催化氧化水处理装置，其特 征在于：在光催化反应器盒体(15)、透光板(14)、固定压片(18)和密封片(19) 的相同位置设有固定孔，以固定螺栓(20)和固定螺母(21)对透光板进行密封 紧固。
说明书
一种太阳能固定膜双层薄板光催化氧化水处理装置
技术领域
本发明涉及一种新型的太阳能固定膜光催化氧化水处理装置，本发明的装置可广泛用于饮用水的深度处理和高纯水的制备，同时也可推广应用到有毒有害高浓度难降解有机废水的处理或和其他水处理技术联用。
背景技术
太阳能是一种资源丰富的新型能源，研究表明，可用于TiO2光催化氧化水处理的太阳紫外辐射(λ<387.5nm)约为太阳能辐射总量的3%~4%，可高达约50W/m2，且太阳能环境友好，不会产生环境污染，所以，将太阳能用作光催化氧化水处理的能源，除了可以减少能耗，降低处理成本，具有良好的经济效益外，还可以减轻环境负荷，从而具有良好的社会效益。由于采用太阳能设计的TiO2光催化氧化水处理装置具有氧化能力强、对污染物没有选择性等特点，所以，被广泛应用于降解水中有毒有害物质。
目前，根据对太阳紫外辐射利用不同，太阳能TiO2光催化氧化水处理装置可分为聚光型反应器和非聚光型反应器两种。聚光型反应器通常指抛物槽反应器(PTCR)，该类型反应器通过跟踪装置追踪太阳光，将直射光聚集到位于抛物槽焦线上的由多组互相连接的反应管单元组成，管内装有悬浮型TiO2光催化剂。但是， PTCR需要太阳跟踪装置，建造成本高，且只能利用直射太阳紫外辐射，故光能利用效率较低。另外，抛物槽反应器采用的催化剂为悬浮型，存在分离回收难题，更不适于饮用水的深度处理和高纯水的制备。
随着技术的发展，聚光型反应器已逐渐为非聚光型反应器所取代。非聚光型反应器既可利用直射太阳紫外光又可利用散射太阳紫外光，光能利用效率高。非聚光型多为静态装置，不需要太阳跟踪设备，大多面向赤道放置，并根据当地纬度而和水平面成一定倾斜角，以达到年最大光能利用效率。非聚光型反应器主要有薄膜固定床反应器(TFFBR)、复合抛物面反应器(CPCR)和双层薄板反应器(DSSR)。
薄膜固定床反应器的主体是涂覆催化膜的平板，反应液以薄膜状流经固定化催化剂，在太阳紫外辐射的作用下，使水中污染物得到降解去除。但这种反应器的明显缺点是水力负荷低，水流通常为层流，存在传质限制问题，反应器效率偏低。
复合抛物面型反应器可将集光角范围内的所有直射和散射光较均匀地反射到反应管的周边上，具有较高的光能采集效率;水力条件好，不存在传质限制问题。采用悬浮态催化剂的CPCR反应器，催化剂分离回收不便。
为了提高太阳紫外辐射的利用效率，消除传质限制，并克服悬浮态催化剂分离回收困难的缺点，专利CN1699200(申请号CN200510026138.X)采用复合抛物面采光板作为集光装置，将负载于玻璃纤维网上TiO2装填在反应管内。虽然固定膜催化剂可以省去悬浆体系催化剂回收工序，但由于载体为柔性材料，在反应管狭小空间内进行布设存在一定难度。且装置对复合抛物面采光板的制作精度与安装精度要求高。
双层薄板反应器采用悬浮态催化剂, 其主要结构是由隔成多个互连廊道,顶盖能透紫外光的盒子组成,混有悬浮型光催化剂的反应液循环流过这些廊道，在紫外光照射下发生光催化反应。这种反应器可以采用较高的流速,有利于反应物混合传质,提高反应速率用泵使催化剂处于悬浮状态。但由于该类反应器采用悬浮型催化剂，因而存在催化剂分离回收难题。
发明内容
技术问题： 本发明的目的是设计一种太阳能TiO2固定膜光催化氧化水处理装置。该装置具有结构简单、建造和运行成本低、反应速率高，处理水量大、操作方便、运行稳定，可广泛用于饮用水的深度处理和高纯水的制备。
技术方案：本发明的太阳能固定膜光催化氧化水处理装置包括清水储存箱、待处理水贮存箱、预处理器、泵、流量计和光催化反应器;该处理装置由预处理器、待处理水储槽、泵、流量计、光催化反应器、清水储存箱顺序链接所构成;其中：光催化反应器主体为顶盖能透紫外光的光反应器盒体，光反应器盒体内部被分隔成多个互连廊道,廊道的侧壁和底部平板装填固定膜催化剂，透光板置于光反应器盒体上面。
在透光板上设有固定压片。在透光板与光反应器盒体之间，以及透光板与固压片之间分别放置一层硅胶材料密封片。
固定膜催化剂的装填是由不锈钢丝网制成的骨架固定，装填时将固定膜催化剂包覆于预先根据廊道尺寸做成的不锈钢丝网骨架上。光催化剂可以方便拆换。光催化剂组件可以多层叠置。
光催化反应器内装填固定膜催化剂也可以采用长柱型骨架进行固定，长柱型骨架采用不锈钢、聚四氟乙烯、聚乙烯、ABS或PVC-U等耐氧化类塑料制成，在长柱型骨架上围绕并包裹多层催化膜组成光催化剂组件;与廊道长度相应的长柱型框架由两端的支架和固结的支杆组成。
在光反应器盒体、透光板、固定压片和密封片的相同位置设有固定孔，以固定螺栓和固定螺母对透光板进行密封紧固。
有益效果：1.本发明的光反应器组件内装有TiO2固定膜光催化剂，多层固定膜催化剂可以简单固定于不锈钢丝网等材料做成的骨架上，因此本发明结构简单、反应速率高、运行费用低、操作方便、运行稳定。消除了使用悬浮型催化剂反应器所存在的催化剂分离、回收困难的固有缺点。
2.可充分利用太阳紫外辐射。在不需要特殊太阳紫外辐射采集系统情况下，既可以利用直射太阳紫外光又可以利用散射太阳紫外光。构成本发明的光催化反应器组件面向太阳倾斜放置，其倾斜角可通过由带有螺纹的支撑轴和调节螺母组成的角度调节机构调节，因此能够适合不同纬度地区的运行需要，既可利用太阳紫外辐射的直射部分又可利用散射部分，达到非常好的处理效果。
3.本发明的TiO2固定膜光催化剂是在柔性基材玻璃纤维网上制作的，比表面积大、装填方便、质轻、透光率高、耐久性好，在重复使用多次后，处理效果降低很少，稳定性好，且可以多层布设，在采光面积不变的情况下，最大化的利用了反应器的容积，提高了催化剂的有效催化面积。
4.本发明的反应器的传质性能较一般采用刚性载体的太阳能固定膜反应器优越。在不高的流速条件下，就可基本消除污染物向催化剂转移的传质限制问题。
5.可根据处理水量、水质要求灵活选择反应器单元组件采用串连或并联连接方式，装置规模放大不影响基本设计参数，制造简单。因此本发明的装置可广泛用于饮用水的深度处理和高纯水的制备，同时也可推广应用到有毒有害高浓度难降解有机废水的处理或和其他技术联用。
