申请日2019.02.25
公开(公告)日2019.05.14
IPC分类号C02F1/30; C02F7/00; C02F101/30
摘要
本发明公开了基于流控微泡‑光催化耦合进行水处理的装置及水处理方法，其中，所述装置包括通过引流管(9)连接的供气源(1)、流控组件(5)和污水处理池(6)，其中，在所述污水处理池(6)内设置有光催化膜(7)，所述光催化膜为改性纳米二氧化钛膜。在本发明中，利用流控微泡曝气增加水中溶解氧含量、强化气液传质效能、进而促进光催化速率，与此同时光催化体系产生光生电子、可以同步促进微泡溃灭过程中羟自由基的产生，并可应用于水处理。
权利要求书
1.一种基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置，其特征在于，所述装置包括通过引流管(9)连接的供气源(1)、流控组件(5)和污水处理池(6)，其中，在所述污水处理池(6)内设置有光催化膜(7)，所述光催化膜为改性纳米二氧化钛膜;其中，所述供气源用于提供气流供给，所述流控组件用于对气流进行波动控制，所述气流为包括氧气和/或空气的气流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
在所述供气源(1)与流控组件(5)之间还依次设置有控制阀(2)、调压过滤组件(3)和流量计(4);和/或
在在所述污水处理池(6)的底部、与流控组件(5)连通处设置有散气元件(8)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛为氮掺杂改性二氧化钛，例如负载在Ni基或Al基多孔泡沫膜上的改性纳米二氧化钛膜。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛膜如下制备：
步骤a、利用将钛源、水、醇类溶剂和任选的酸性介质，混合，搅拌进行反应;
步骤b、加入氮源，搅拌，形成凝胶前驱体;
步骤c、对步骤b制得的凝胶前驱体涂抹于Ni基或Al基多孔泡沫膜上，然后进行后处理，得到所述负载在Ni基或Al基多孔泡沫膜上的纳米二氧化钛。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述流控组件(5)具有中空内腔，用于气流流动;
沿气流流动方向，所述中空内腔依次包括进气段(51)、稳流段(52)、增速引入段(53)、初步自激脉冲段(54)、初步自激脉冲引出段(55)、缓冲过渡段(56)、射流段(57)、终极自激脉冲段(58)和脉冲分流段(59)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述进气段(51)、增速引入段(53)、初步自激脉冲段(54)、初步自激脉冲引出段(55)、缓冲过渡段(56)和射流段(57)均为圆柱形内腔;和/或
所述稳流段(52)为梭形内腔;和/或
所述终极自激脉冲段(58)为截面呈梯形的内腔。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
自进气段(51)至稳流段(52)，所述中空内腔的内径逐渐增大;和/或
自稳流段(52)至增速引入段(53)，所述中空内腔的内径逐渐减小;和/或
自增速引入段(53)至初步自激脉冲段(54)，所述中空内腔的内径突然变大。
8.一种利用权利要求1至7之一所述装置进行水处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、利用供气源提供气流，所述气流为包括氧气和/或空气的气流;
步骤2、将所述气流引入流控组件进行流动控制，增强气流的波动性;
步骤3、将波动的气流在流控组件内分流引出，通过散气处理后通入污水处理池中，形成微气泡;
步骤4、利用污水处理池中的微气泡以及光催化膜对水中的有机污染物进行降解。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤1之前进行光催化膜的制备。
10.权利要求1至9之一所述装置用于进行水处理的用途，尤其用于对含有溶解性有机物的水体进行处理的用途。
说明书
基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置及方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其涉及利用微泡技术进行水处理，具体地，涉及基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置及方法。
背景技术
水资源再生处理及其循环利用是解决当前供水危机、遏制水环境恶化的重要途径，水处理技术研发是当前这一领域的关键。地表水体、地下水、污水、污水处理厂二级出水、再生水等各类水体中均残余大量难生物降解的溶解性有机物，传统物化方法或因需要添加持留性的化学品易引起二次污染、或因工艺复杂成本高昂受到各种限制。
光催化技术以产生氧化活性物种为基本原理，具有污染降解效率高、无二次污染、使用寿命长等特点而备受关注。
然而，尽管传统光催化剂如TiO2等催化性能已经得到许多研究的认可，但是仍存在两方面的不足：(1)在对太阳光利用方面，TiO2的禁带宽度较宽(3.2eV)，仅能在紫外光区间有光吸收，而紫外光区仅占太阳光的4%，大大限制了其对太阳光的实际应用;(2)由于光生电子-空穴对极易复合，导致光催化反应效率降低。此外，就应用而言，如何将微纳米颗粒态的光催化材料转变为体型材料、并与传统的曝气等处理工艺相耦合也是亟待突破的关键。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出一种基于流控微泡的光催化耦合处理技术，其中，利用流控微泡曝气增加水中溶解氧含量、强化气液传质效能、进而促进光催化速率，与此同时光催化体系产生光生电子、可以同步促进微泡溃灭过程中羟自由基的产生，从而完成本发明。
本发明一方面提供了一种基于流控微泡-光催化耦合进行水处理装置，具体体现在以下几方面：
(1)一种基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置，其中，所述装置包括通过引流管9连接的供气源1、流控组件5和污水处理池6，其中，在所述污水处理池6内设置有光催化膜7，所述光催化膜为改性纳米二氧化钛膜。
(2)根据上述(1)所述的装置，其中，
在所述供气源1与流控组件5之间还依次设置有控制阀2、调压过滤组件3和流量计4;和/或
在在所述污水处理池6的底部、与流控组件5连通处设置有散气元件8。
(3)根据上述(1)所述的装置，其中，所述改性纳米二氧化钛为氮掺杂改性二氧化钛，例如负载在Ni基或Al基多孔泡沫膜上的改性纳米二氧化钛膜。
(4)根据上述(1)所述的装置，其中，所述改性纳米二氧化钛膜如下制备：
步骤a、利用将钛源、水、醇类溶剂和任选的酸性介质，混合，搅拌进行反应;
步骤b、加入氮源，搅拌，形成凝胶前驱体;
步骤c、对步骤b制得的凝胶前驱体涂抹于Ni基或Al基多孔泡沫膜上，然后进行后处理，得到所述负载在Ni基或Al基多孔泡沫膜上的纳米二氧化钛。
(5)根据上述(1)至(4)之一所述的装置，其中，所述流控组件5具有中空内腔，用于气流流动;
沿气流流动方向，所述中空内腔依次包括进气段51、稳流段52、增速引入段53、初步自激脉冲段54和初步自激脉冲引出段55和缓冲过渡段56;和/或
沿气流流动方向，在缓冲过渡段56之后，所述中空内腔还依次包括射流段57、终极自激脉冲段58和脉冲分流段59。
(6)根据上述(5)所述的装置，其中，
所述进气段51、增速引入段53、初步自激脉冲段54、初步自激脉冲引出段55、缓冲过渡段56和射流段57均为圆柱形内腔;和/或
所述稳流段52为梭形内腔;和/或
所述终极自激脉冲段58为截面呈梯形的内腔。
(7)根据上述(6)所述的装置，其中，
自进气段51至稳流段52，所述中空内腔的内径逐渐增大;和/或
自稳流段52至增速引入段53，所述中空内腔的内径逐渐减小;和/或
自增速引入段53至初步自激脉冲段54，所述中空内腔的内径突然变大;和/或
所述射流段57包括两个或多个射流管571，优选地，所述射流管的内径与缓冲过渡段56的内径之比为(0.03～0.05)：1。
本发明另一方面提供了一种利用本发明第一方面所述装置进行水处理的方法，具体体现在以下方面：
(8)一种利用上述(1)至(7)之一所述装置进行水处理的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
步骤1、利用供气源提供气流，所述气流为包括氧气和/或空气的气流;
步骤2、将所述气流引入流控组件进行流动控制，增强气流的波动性;
步骤3、将波动的气流在流控组件内分流引出，通过散气处理后通入污水处理池中，形成微气泡;
步骤4、利用污水处理池中的微气泡以及光催化膜对水中的有机污染物进行降解。
(9)根据上述(8)所述的方法，其中，在步骤1之前进行光催化膜的制备。
本发明第三方面提供了本发明第一方面所述装置用于进行水处理的用途，尤其用于对含有溶解性有机物的水体进行处理的用途。
