申请日2014.11.14
公开(公告)日2015.02.25
IPC分类号C02F1/30; C02F1/74; C02F1/78; C02F1/72
摘要
本发明公开了一种光导介质负载催化剂的光催化处理方法，其特征在于待处理水体进入反应容器，流经表面负载粉末光催化剂的光导介质，与粉末光催化剂接触;光源发出的光通过光导介质辐照负载在其表面的粉末光催化剂活性层底层，激发粉末光催化剂与待处理水体产生羟基自由基氧化降解污染物质。本发明涉及光催化高级氧化水处理技术，适用于难降解工业废水的预处理和后处理、城市污水的深度处理和消毒、给水处理中微量有机物的去除等。本发明具有适用范围广、反应效率高、催化剂无流失、安全可靠、操作灵活、维护简单、出水水质稳定等特点。
权利要求书
1.一种光导介质负载催化剂的光催化处理设备，包括反应容器，其特征在于反应容器内设置光导介质，所述反应容器的底部设置微孔曝气盘，光导介质与光源连接，光导介质负载粉末光催化剂构成催化单元，置于待处理水体中，光源通过光导介质照射粉末光催化剂产生光催化效果，降解污染物质。
2.根据权利要求1所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理设备，其特征在于所述反应容器为推流式或完全混合式，运行方式为连续式或间歇式。
3.根据权利要求1所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理设备，其特征在于所述光导介质材质为玻璃、石英或塑料。
4.根据权利要求1所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理设备，其特征在于所述光导介质构型可为柱式、管式、膜式、卷式、网式、帘式、板式、纤维式或以上几种的组合。
5.根据权利要求1所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理设备，其特征在于所述光源为自然光源、可见光源、紫外光源。
6.根据权利要求1所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理设备，其特征在于所述光源置于反应容器外部或置于光导介质内部，通过光导介质将光能传输至粉末光催化剂。
7.根据权利要求1所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理设备，其特征在于所述粉末光催化剂为TiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3或以上几种的组合。
8.一种光导介质负载催化剂的光催化处理方法，其特征在于待处理水体进入反应容器，流经表面负载粉末光催化剂的光导介质，与粉末光催化剂接触;光源发出的光通过光导介质辐照负载在其表面的粉末光催化剂活性层底层，激发粉末光催化剂与待处理水体产生羟基自由基氧化降解污染物质。
9.根据权利要求8所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理方法，其特征在于设置在反应容器底部的曝气管鼓入空气、纯氧或臭氧，强化光催化反应效果或擦洗光导介质表面的光催化剂层。
10.根据权利要求8所述的光导介质负载催化剂的光催化水处理方法，其特征在于向反应容器内投加双氧水或Fenton试剂。
说明书
光导介质负载催化剂的光催化水处理设备及其处理方法
技术领域
本发明涉及光催化高级氧化水处理技术，具体涉及一种光导介质负载催化剂的光催化处理设备及其处理方法，适用于难降解废水的预处理和后处理、城市污水的深度处理和消毒、给水处理中微量有机物的去除等。
背景技术
随着社会经济的发展和民众环境保护意识的加强，水处理行业面临的形势日趋严峻。难降解废水的处理、城市污水的深度处理与回用、饮用水原水中POPs(Persistent Organic Pollutants，持久性有机污染物)的去除对传统工艺的处理能力和处理水平提出了极大的挑战，因此水处理行业急需开发新工艺、新技术以应对越来越复杂的水环境问题。
目前，针对上述情况比较有应用前景的几种物化水处理技术包括膜分离技术、活性炭吸附技术和高级氧化技术等。高级氧化技术以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应，直至将其氧化分解为二氧化碳和水，具有反应效率高、反应速度快、有机物降解彻底、适用范围广等特点。高级氧化技术根据羟基自由基产生途径的不同可分为光催化氧化、Fenton氧化、臭氧氧化、催化湿式氧化、电化学氧化、超声波降解等。
光催化氧化指在光照射的激发下，使光敏半导体产生电子-空穴对，与溶解氧、水分子等作用生成羟基自由基等氧化性极强的自由基，再通过与污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿化。光催化氧化中使用的催化剂多为光敏半导体材料，有TiO2、ZnO、SnO2和Fe2O3等。光催化氧化相比与其他高级氧化方法具有污染物降解效率高、反应条件温和、药剂投加少、能耗低等优点，尤为适用于水处理工程化应用。
在应用过程中，光催化氧化存在两个技术难点：(1)光催化剂须被光源充分照射并且与污染物质充分接触;(2)光催化剂须从处理后的出水中有效分离并回收。大量实践表明，上述两点往往难以兼顾，为保证光催化剂与污染物质充分接触，通常需要加大催化剂投加量和减小催化剂粒径，均不利于光的透射和催化剂的分离。因此，优化反应器构形与设计是目前光催化氧化水处理技术工程化研究的关键点。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用范围广、反应效率高、催化剂无流失、安全可靠、操作灵活、维护简单、出水水质稳定的光催化水处理设备，可作为难降解废水的预处理和后处理单元、城市污水的深度处理和消毒工艺，也可作为给水处理中微量有机物的去除设备。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种光导介质负载催化剂的光催化处理设备，包括反应容器，其特征在于反应容器内设置光导介质，所述反应容器的底部设置微孔曝气盘，光导介质与光源连接，光导介质负载粉末光催化剂构成催化单元，置于待处理水体中，光源通过光导介质照射粉末光催化剂产生光催化效果，降解污染物质。光源置于反应容器外部或置于光导介质内部。
本发明目的在于提供一种适用范围广、反应效率高、催化剂无流失、安全可靠、操作灵活、维护简单、出水水质稳定的光催化水处理方法，可作为难降解废水的预处理和后处理单元、城市污水的深度处理和消毒工艺，也可作为给水处理中微量有机物的去除方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种光导介质负载催化剂的光催化处理方法，其特征在于待处理水体进入反应容器，流经表面负载粉末光催化剂的光导介质，与粉末光催化剂接触;光源发出的光通过光导介质辐照负载在其表面的粉末光催化剂活性层底层，激发粉末光催化剂与待处理水体产生羟基自由基氧化降解污染物质。设置在反应容器底部的曝气管鼓入空气、纯氧或臭氧，强化光催化反应效果或擦洗光导介质表面的光催化剂层。
反应容器类型根据水质水量情况和处理工艺可为推流式或完全混合式，运行方式可为连续式或间歇式。
光导介质由透光率高、传输损耗低的材质制成，例如玻璃、石英、塑料，且不限于此。光导介质构型须满足反应面积充分、光源利用效率高、结构强度大、水力损失小、清洗方便、安装检修简单的要求，构型可为柱式、管式、膜式、卷式、网式、帘式、板式、纤维式或以上几种的组合且不限于此。
光源则包括自然光源、可见光源、紫外光源。光源可置于反应容器外部，也可置于光导介质内部，但与待处理水体不直接接触，因此对电气设备的安全等级要求较低，便于操作管理，也有利于延长光源寿命。光源须与光导介质有效连接，并确保光能无损耗地传输至光导介质中。
粉末光催化剂须满足无毒无害、化学性状稳定、光催化效率高的要求，可为TiO2、ZnO、SnO2、Fe2O3或以上几种的组合且不限于此。
曝气器根据处理对象和工艺要求可为穿孔曝气管、微孔曝气管、微孔曝气盘、微孔曝气板且不限于此。
本发明具有以下优点：
(1)有效处理水中难降解、微量有机污染物，适用范围广，出水水质稳定，可作为污水处理和给水处理的预处理工艺或深度处理工艺。
(2)粉末光催化剂固化于载体表面，有效比表面积大，反应效率高，催化剂无流失，且无需分离回收单元。
(3)光催化高级氧化反应条件温和，无需高压、高温和强电流，对反应容器和电气设备要求低，且电气设备不与水接触，安全可靠。
(4)处理设备结构简单，安装、更换方便，运行管理水平要求低，可实现全自动化控制。
(5)处理工艺运行参数少，操作灵活，仅需调控水力停留时间与光源强度即可适应各种水质水量。
