申请日2014.11.13
公开(公告)日2015.03.25
IPC分类号C02F1/28; C02F1/62; C02F1/70; C02F1/32
摘要
本发明公开了一种高效处理含汞废水的装置及方法，可将含汞废水处理达标回用或排放，且成本较低。本发明光催化吸附处理含汞废水的装置结合光催化剂(TiO2、改性TiO2或其他光催化剂)的光催化还原作用与载体的吸附作用，并且使用自行设计的LED灯作为光源，反应装置采用石英玻璃制作材料并外镀镜面，最大限度利用光线。内层石英套筒放置光源，内层石英套筒与外层石英套筒之间填充光催化吸附混合材料，下部为进水及曝气装置，三部分通过磨砂接口拼接。反应装置还附有光催化吸附混合材料的再生部件，回收富集的反应产物。
权利要求书
1.一种光催化吸附处理含汞废水及回收汞的装置，其特征在于包括有LED光源(1)、 光催化吸附混合材料(2)、排气口(3)、出水口(4)、光催化吸附反应器(5)、再生组件(6、 曝气室(7)、进气口(8)、进水口(9)和布水器(10)，所述的光催化吸附反应器(5)由石 英玻璃制成，催化吸附反应器(5)的内层石英套筒放置LED光源(1)，催化吸附反应器(5) 的内层石英套筒与外层石英套筒之间填充光催化吸附混合材料(2)，催化吸附反应器(5)下 部依次设有布水器(10)和曝气室(7)，曝气室(7)下端设有进气口(8)和进水口(9)， 催化吸附反应器(5)上部设有排气口(3)与出水口(4)，其中排气口高于出水口;再生组 件(6)通过管路与催化吸附反应器(5)连接，在光催化吸附反应时与催化吸附反应器(5) 经阀门隔开，当光催化吸附混合材料(2)表面的反应产物富集量较高时可将再生组件(6) 连通催化吸附反应器(5)的阀门打开将其并入催化吸附反应器(5)，利用再生试剂将吸附的 汞回收，将催化剂再生。
2.根据权利要求1所述的光催化吸附处理含汞废水及回收汞的装置，其特征在于所述的 LED光源(1)由LED灯珠贴片制成，横截面为多面体，四周贴合适应催化吸附反应器(5) 的内层石英套筒内壁，同时光源的长度根据需要可进行调节。
3.根据权利要求1所述的光催化吸附处理含汞废水及回收汞的装置，其特征在于所述的 催化吸附反应器(5)最外层石英玻璃外镀镜面，通过镜面反射减少装置内部LED灯光线的 损失。
4.根据权利要求1所述的光催化吸附处理含汞废水及回收汞的装置，其特征在于所述的 光催化吸附混合材料(2)由载体及负载在载体上的光催化剂组成，光催化剂使用溶胶凝胶法 负载于载体表面。
5.根据权利要求4所述的光催化吸附处理含汞废水及回收汞的装置，其特征在于所述的 载体为活性氧化铝、沸石、玻璃纤维布、玻璃珠或活性炭;所述的光催化剂为TiO2、改性TiO2或其他光催化剂。
6.根据权利要求1所述的光催化吸附处理含汞废水及回收汞的装置，其特征在于所述的 排气口(3)排出的气体可根据实际需求循环通入串联的反应装置，出水口(4)排出的处理 后废水根据实际效果循环处理或者排出。
7.一种使用如权利要求1-6任一所述的装置处理含汞废水的方法，其特征在于包括以下 步骤：将含有无机汞及有机汞的废水通过反应装置，气体与液体在曝气室(7)充分混合后， 经布水器(10)均匀上升进入催化吸附反应器(5)的反应室，经过光催化还原反应之后被光 催化吸附混合材料吸附;反应温度为20-30℃、反应时pH范围7-10，曝气为空气，反应时添 加的辅助试剂为甲醇、乙醇、甲酸或EDTA。
8.根据权利要求7所述的处理含汞废水的方法，其特征在于当光催化吸附混合材料的光 催化处理能力与吸附容量近饱和状态时，通过再生支路将再生试剂通入反应装置，将反应后 光催化吸附混合材料表面的反应产物回收，光催化吸附混合材料得到再生。
9.根据权利要求8所述的处理含汞废水的方法，其特征在于所述的再生试剂为稀硝酸、 高锰酸钾溶液或硫脲。
说明书
一种光催化吸附处理含汞废水的装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种处理废水的装置及其方法，更具体地说涉及一种光催化吸附处理含汞废 水的装置及其方法，属于重金属污染废水处理领域。
背景技术
汞是一种危害性极大的重金属元素，火山喷发、化石燃料的燃烧、氯碱产业以及随意丢 弃的电子生活垃圾都会向环境中排放大量的汞。汞能够与含巯基蛋白结合，影响器官与组织 的生理活性甚至于致命，而且重金属元素在生物体内有富集效应，而且转化为有机态之后危 害更大，所以现行的标准要求水体中汞含量低至μg/L级别。当前针对汞污染的处理方法有吸 附、化学沉淀、絮凝、离子交换和固相萃取等等，但是由于汞元素的特性且自然状态下含量 低，上述方法不能很好地对含汞废水进行处理并予以回收。
自20世纪70年代以来，光催化技术被寄予厚望并且得到大量研究，已经广泛应用于污 水处理、废气处理、光致亲水性材料、光解水制氢、抑菌和表面自清洁材料等领域。其中， 作为高级氧化技术的一种，光催化技术在废水处理中展示了其相对于其他处理方式的优越性， 如耗能低，处理效果彻底，绿色环保等。
作为典型的光催化剂，TiO2或掺杂TiO2在光催化领域应用最为广泛，当吸收一定能量的 光子时，TiO2价带上的电子会跃迁至导带，并在价带上相应地形成空穴。光生电子与光生空 穴分别具有极强的还原性和氧化性，光生电子可以迁移至半导体的表面与金属元素发生还原 反应，对于汞元素而言，还原产物单质汞形成后会吸附于催化剂或吸附剂表面，从而通过还 原与吸附作用将汞从水中分离并富集。再通过稀硝酸等再生液将富集的汞回收。
发明内容
本发明的目的解决现有技术存在的问题与不足，提供一种高效处理含汞废水的装置及方 法，该装置与方法可将含汞废水处理达标回用或排放，且成本较低。
本发明光催化吸附处理含汞废水的装置，其包括有LED光源1、光催化吸附混合材料2、 排气口3、出水口4、催化吸附反应器5、再生组件6、曝气室7、进气口8、进水口9和布水 器10，所述的催化吸附反应器5石英玻璃制成，催化吸附反应器5的内层石英套筒放置LED 光源1，催化吸附反应器5的内层石英套筒与外层石英套筒之间填充光催化吸附混合材料2， 催化吸附反应器5下部依次设有布水器10和曝气室7，曝气室7下端设有进气口8和进水口 9，催化吸附反应器5上部设有排气口3与出水口4，其中排气口高于出水口;再生组件6通 过管路与催化吸附反应器5连接，在光催化吸附反应时与催化吸附反应器5经阀门隔开，当 光催化吸附混合材料2表面的反应产物富集量较高时可将再生组件6连通催化吸附反应器5 的阀门打开将其并入催化吸附反应器5，利用再生试剂将吸附的汞洗脱，将催化剂再生。
本发明的光催化吸附处理含汞废水的装置，其进一步的技术方案是所述的LED光源1由 LED灯珠贴片制成，横截面为多面体，四周贴合适应催化吸附反应器5的内层石英套筒内壁， 同时光源的长度根据需要可进行调节。本发明可根据光波需求选择特定的灯珠，而LED灯珠 的最主要特点就是寿命长，产热少。光源的长度根据需要可进行调节，便于催化吸附反应器 的设计。
本发明的光催化吸附处理含汞废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的催化吸 附反应器5最外层石英玻璃外镀镜面，通过镜面反射减少装置内部LED灯光线的损失。
本发明的光催化吸附处理含汞废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的光催化 吸附混合材料2由载体及负载在载体上的光催化剂组成，光催化剂使用溶胶凝胶法负载于载 体表面。更进一步的技术方案是所述的载体为活性氧化铝、沸石、玻璃纤维布、玻璃珠或活 性炭;所述的光催化剂为TiO2、改性TiO2或其他光催化剂。
本发明的光催化吸附处理含汞废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的排气口 3排出的气体可根据实际需求循环通入串联的反应装置，出水口4排出的处理后废水根据实 际效果循环处理或者排出。
本发明的光催化吸附处理含汞废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的再生试 剂为稀硝酸、高锰酸钾溶液或硫脲。
使用本发明上述的装置处理含汞废水的方法，其包括以下步骤：将含有无机汞及有机汞 的废水通过反应装置，气体与液体在曝气室7充分混合后，经布水器10均匀上升进入催化吸 附反应器5的反应室，经过光催化还原反应之后被光催化吸附混合材料吸附;反应温度为 20-30℃、反应时pH范围7-10，曝气为空气，反应时添加的辅助试剂为甲醇、乙醇、甲酸或 EDTA。
本发明的处理含汞废水的方法，其进一步的技术方案是当光催化吸附混合材料的光催化 处理能力与吸附容量近饱和状态时，通过再生支路将再生试剂通入反应装置，将反应后光催 化吸附混合材料表面的反应产物富集，光催化吸附混合材料得到再生。更进一步的技术方案 是所述的再生试剂为稀硝酸、高锰酸钾溶液或硫脲。
本发明中内层石英套筒放置光源，内层石英套筒与外层石英套筒之间填充光催化吸附混 合材料，下部为进水及曝气装置，三部分通过磨砂接口拼接。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中设计的光源使用LED灯珠贴片制作，横截面为多面体，四周贴合适应套 筒内壁，光线强度高，发光均匀，寿命长，发热少。光催化反应装置由石英玻璃制成，减少 对紫外光的吸收，而且最外层石英玻璃外镀镜面，通过镜面反射减少装置内部LED灯紫外光 的损失，最大限度利用LED灯紫外光。
(2)光催化吸附混合材料其载体化学性质稳定，与催化剂结合良好，具有较高的比表面 积且光透过性良好。不但可以实现汞的光催化还原，而且对光催化还原产物具有很好的吸附 效果。
(3)所设计反应器为连续反应器，并且可将多组反应器串联使用，处理量大。
(4)无机汞及有机汞的废水，经曝气混合，经过TiO2光催化还原反应之后被光催化吸 附混合材料吸附;通过控制反应温度、反应pH、曝气量及曝气种类、辅助试剂的添加、反应 时间等条件优化处理效果。
(5)当光催化吸附混合材料的光催化处理能力与吸附容量近饱和状态时，通过再生支路 将再生试剂通入反应装置，将反应后吸附于光催化吸附混合材料表面的反应产物富集，光催 化吸附混合材料得到再生。
