申请日2014.04.24
公开(公告)日2014.09.24
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明涉及一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，属于废水处理技术领域。现有的相关背景技术中，存在纳米光触媒流失、微波能量浪费、反应器单罐废水处理量偏小、降解反应终点时刻难辨明、触媒团聚物无法原位强力消散、触媒团聚发生无法被即时觉察等等问题，本案针对上述系列问题。本案以金属笼约束微波，由此实现反应器的大幅扩容;其外置多级级联过滤器拦截触媒微粒;其结构并以低频超声波消散触媒团聚物，同时捎带清洁石英管;其结构并能在降解反应达到终点时自动即时关闭相关电源;其结构并且能够自动侦测触媒团聚主诱因参数。
权利要求书
1.一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，该反应器的结构包括一个容器， 所述容器其外形轮廓呈立方体形、长方体形、圆柱体形、椭圆柱体形、多棱柱体形、球体形 或椭球体形，在所述容器内腔的底部位置装设有许多的微孔曝气头，以及，石英管，该石英 管架设在所述容器的内腔位置，该石英管的两端装设有封堵盖头，分别位于石英管两端的所 述封堵盖头上均开设有通气接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、 海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外 灯均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于所述容器的外部，所述石英 管其一端封堵盖头上的通气接口经由通气管道并透过所述容器的壁与所述空气泵的出气口 联接，所述石英管其另一端封堵盖头上的通气接口经由另一条通气管道与位于所述容器内腔 底部的微孔曝气头联接，以及，微波发生器，该微波发生器装设于所述容器的外部，该微波 发生器是磁控管，以及，波导管，该波导管是用于传输微波的构件，该波导管的一端与所述 磁控管联通，该波导管的另一端透过所述容器的壁朝向所述容器的内腔，以及，水泵，该水 泵位于所述容器的外部，该水泵用于泵送待处理的废水，该水泵其出水口通往所述容器的内 腔，所述容器的顶部开设有尾气排放口，其特征在于，该波导管的透过所述容器的壁的那一 端进一步延伸进入所述容器的内腔，该深入所述容器内腔的波导管的那一端并且再进一步透 过所述石英管的一个封堵盖头探入石英管的内部，以及，该反应器的结构还包括金属材质的 笼状的微波约束器，该笼状的微波约束器上含有许多的孔洞或网眼，该笼状的微波约束器的 功能是约束微波，遏制其无益耗散，同时，允许大部分紫外光穿透，该笼状的微波约束器的 装设位置位于所述石英管的内部，该笼状的微波约束器其内腔与所述波导管的探入石英管的 那一端联通，所述架设在石英管内部的无极紫外灯均被所述笼状的微波约束器裹在其中，以 及，循环引导器，该循环引导器的功能是聚束来自微孔曝气头的含臭氧空气气泡的升腾路径， 并借助因受聚束而强化的升腾的气泡流的拖拽力量来带领所述容器内部液体作相对大尺度 的循环运动，该循环引导器装设在所述容器的内腔位置，该循环引导器其轮廓状似两端贯通 的简易喇叭筒，该循环引导器其小口端垂直朝上，该循环引导器其大口端垂直朝下，该循环 引导器其中轴线与所述容器的内腔底面相互垂直，该循环引导器的垂直朝上的小口端其结构 位置是在所述石英管的正下方，该循环引导器的垂直朝下的大口端其边沿与所述容器内壁之 间的横向距离介于5厘米与300厘米之间，该循环引导器的垂直朝下的大口端其边沿与所述 容器内腔底面之间的纵向距离介于5厘米与100厘米之间，以及，所述许多的微孔曝气头是 聚拢地装设在所述循环引导器其大口端边沿在所述容器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之 内，以及，增压泵，该增压泵用于增压泵送混有大量催化剂微粒的降解之后的水，该增压泵 其进水口经由通水管道并透过所述容器的壁与所述容器的内腔联接，以及，反冲洗式前置预 过滤器，该反冲洗式前置预过滤器其进水口与所述增压泵的出水口联接，以及，反冲洗式中 空纤维膜微滤过滤器，所述反冲洗式前置预过滤器其净水出口经由第一个净水阀与该反冲洗 式中空纤维膜微滤过滤器的进水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器，所述反冲 洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口经由第二个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜超滤过 滤器的进水口联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其净水出口与第三个净水阀的进口端 联接，该第三个净水阀的出水端是输出终端净水的出水端，以及，触媒浓浆过渡罐，该触媒 浓浆过渡罐是一个中空的罐体，该触媒浓浆过渡罐用于暂时存放所述过滤器其反冲洗程序所 排放的触媒浓度比较高的水体，位于该触媒浓浆过渡罐其内腔底部的触媒浓浆回流口经由触 媒浓浆回流阀通往所述容器的内腔，该触媒浓浆回流阀是用于开关控制该触媒回流通道的阀 体，所述反冲洗式前置预过滤器其污水出口经由第一个污水阀通往该触媒浓浆过渡罐的内 腔，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其污水出口经由第二个污水阀通往该触媒浓浆过渡 罐的内腔，所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其污水出口经由第三个污水阀通往该触媒浓 浆过渡罐的内腔，各所述过滤器均用于截留催化剂微粒，各所述过滤器其污水出口均转用为 受截留催化剂微粒的回收再用输出口，以及，臭氧传感器，该臭氧传感器其取样管的取样端 口邻近所述尾气排放口或探入所述尾气排放口的内部，以及，臭氧含量显示器、臭氧警示器 或臭氧含量显示器与臭氧警示器的复合机构，该臭氧传感器经由第一条电缆与该臭氧含量显 示器、臭氧警示器或臭氧含量显示器与臭氧警示器的复合机构联接，以及，电源控制器，该 臭氧传感器其输出电讯号经由第二条电缆与该电源控制器联接，该电源控制器经由第三条电 缆与所述磁控管联接，该电源控制器经由第四条电缆与所述空气泵联接，该电源控制器是能 够根据其所接收的所述电讯号进行电源开关动作的电源控制器，以及，一组超声波换能器， 该一组超声波换能器至少含有一个超声波换能器个体，该一组超声波换能器用于辐射低频超 声波，该低频超声波指的是频率在20kHz-60kHz范围的超声波，该容器内腔底面由周边向 中心区域逐渐洼陷，所述洼陷其坡度介于5度与35度之间，该一组超声波换能器是贴附地 装设在该容器内腔底面其洼陷最深处所对应的那部分容器底壁的外侧面位置或内侧面位置， 以及，高频振荡电讯号传输电缆，该高频振荡电讯号传输电缆的一端与该一组超声波换能器 联接，以及，高频振荡电讯号发生器，所述高频振荡电讯号传输电缆的另一端与该高频振荡 电讯号发生器联接，以及，pH探头，以及，pH分析仪，该pH探头与pH分析仪相互联接， 该pH分析仪并且与警报器联接，该警报器用于对pH值超限状况发出警报，该pH探头透过 所述容器的顶部伸入所述容器内腔，以及，经粉末烧结工艺制成的微孔不锈钢套筒，该微孔 不锈钢套筒呈笔帽状，该微孔不锈钢套筒位于所述容器内腔，该微孔不锈钢套筒其封闭端朝 下，该微孔不锈钢套筒其开口端朝上，该微孔不锈钢套筒其朝上的开口端经由缓冲隔离垫与 所述容器顶部联接，该pH探头其伸入所述容器内腔的那个部分探入该微孔不锈钢套筒之内， 该缓冲隔离垫其材质是氟橡胶或硅橡胶，以及，两对干簧式浮球液位控制器，该两对干簧式 浮球液位控制器均透过反应器的顶部伸入到反应器的内腔，其中的一对干簧式浮球液位控制 器通过一个继电器与所述水泵的电源线缆联接，其中的另一对干簧式浮球液位控制器通过另 一个继电器与所述增压泵的电源线缆联接，所述污水阀以及所述净水阀以及所述触媒浓浆回 流阀均是电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，该笼状的微波约束器其材质是经过镜面抛光处理的冲孔不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，该笼状的微波约束器是由镜面抛光不锈钢丝编织制成。
4.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，所述许多的微孔曝气头是在三维方向上进行堆叠架设，以此方式聚拢形成具有三维堆叠 架构的团簇状微孔曝气头集群。
5.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，该轮廓状似两端贯通的简易喇叭筒的循环引导器其材质是不锈钢。
6.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，所述反冲洗式前置预过滤器其滤孔孔径介于5微米与300微米之间，所述反冲洗式中空 纤维膜微滤过滤器其滤孔孔径介于25纳米与1000纳米之间，所述反冲洗式中空纤维膜超滤 过滤器其滤孔孔径介于15纳米与2纳米之间。
7.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜超滤过滤 器单体相互并联联接组成。
8.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜微滤过滤 器单体相互并联联接组成。
9.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征在 于，在所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口与所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤 器的进水口的联接管路上装设有第二个增压泵，该第二个增压泵用于增补水压以满足所述反 冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水压力需求。
10.根据权利要求1所述的一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，其特征 在于，该金属笼自身结构中遍布的孔洞或网眼其口径范围是介于0.5厘米与3.0厘米之间。
说明书
一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器
技术领域
本发明涉及一种允许大幅扩张处理容量的光催化废水降解反应器，属于C02F废水处理 技术领域。
背景技术
微波光催化降解处理技术，作为一种有效的针对含有机污染物工业废水的无害化处理技 术，近年来颇受关注。
关于微波光催化降解技术，作为一例，可以参见公开号为CN102260003A的中国专利申 请案。
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，是以微波作为激发源，激发无极紫外灯 发射紫外线，于液体内部照射掺有光催化剂二氧化钛的悬浮液，该无极紫外灯被石英管所笼 罩保护着，有空气泵向该石英管内腔持续注入空气，由石英腔溢出的空气经由管道与位于反 应器底部的微孔曝气头联通，该反应器内部的下方区域为曝气区，该反应器内部的上方区域 是微波光催化反应区，该方案还以反应器内置的膜分离组件，来提析净化后的水，并以该膜 分离组件实现光催化剂二氧化钛微粒的截留再用;该方案还在无极紫外光源与膜分离组件之 间架设隔板，用于防止紫外线对有机质的膜分离组件的辐射损伤;通入反应器内部的空气， 部分直接参与依托光催化剂二氧化钛的光催化降解反应，还有一部分空气，在紫外光的直接 照射下，生成一定量的臭氧，该生成的臭氧当然也发挥着针对有机污染物的直接的氧化降解 作用。
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案毫无疑问为微波光催化废水降解技术的 进步起到了不可忽视的推动作用，其研发人员在该领域所展开的工作令人敬佩。
基于由衷的敬佩之意，以及，共同的努力方向，我们下面要谈的是问题。
以下将要谈到的问题，共有十四个;该十四个问题是并列的十四个问题;其排序的先后 仅仅是出于论述便捷的考虑。
问题之一：
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截催化剂二氧化钛微粒的膜分 离组件是安置于反应器内腔，浸没在处理对象液体之中，并且依靠升腾的含臭氧气泡来冲刷 膜分离组件，藉此除去其表面所吸附、滞留的催化剂微粒，达成催化剂微粒的回收、再利用 目的，同时，膜分离组件也是依靠这个方式自洁并保持其分离能力，那么，基于该结构，只 能选用商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，并且，该膜分离组件是需要浸泡在有臭氧 气泡升腾的强氧化性的周遭环境中，因此，对膜分离组件的氧化耐受力必然有要求，普通材 质的有机膜分离组件不能耐受这样的使用环境，故只能选用PVDF材质的膜分离组件，这一 点已在该案公开文本第0009段文字以及权项3中清楚地表明;该种需要特殊的氧化耐受力的 滤膜其材质成本较高，其市售价格当然也高于无氧化耐受力要求的普通有机微滤膜组件;换 句话说，该案的结构方式，导致膜分离组件的材质被局限于较昂贵的PVDF材质。再有，装 置内可能的紫外光泄露，可能触及有机膜组件，这也要求装置内的有机膜组件材质能够抵抗 紫外光辐照，从这一点看，基于该装置的结构方案，有机膜分离组件的材质也只能被局限在 较昂贵的PVDF材质。
有机膜组件相较于陶制过滤组件，有其显而易见的优势;关于这一点，对于过滤技术专 业的人士来说，是公知的，在这里不展开赘述。
那么，在使用有机材质膜组件的前提之下，能否撇开这种PVDF滤膜材质局限呢?这是 一个需要解决的问题，此为问题之一。
问题之二：
鉴于所述升腾气泡的冲刷力、清洁能力比较弱，因此，与该清洁方式配合使用的膜分离 组件其孔径只能选用比较大的微滤级别的滤孔孔径，该微滤级别的滤孔孔径为0.1-0.2微米， 关于这一点，同样在该案公开文本第0009段文字以及权项3中有清楚的限定，该种滤孔孔径 限定，从该案这样的膜分离组件的选型、内置且浸泡使用方式、升腾气泡自洁方法来看，是 必然的，只能限定其滤孔孔径在微滤级别。换句话说，这种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、 清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，所以说，在该案装置中，滤膜孔径限定 在0.1微米-0.2微米之间，是没有商量余地的必然选择。
所谓0.1-0.2微米的滤孔孔径，如果换一个计量单位，对应的就是100-200纳米的滤孔孔 径;那是什么概念呢?以其下限的100纳米滤孔孔径来说，它所能拦截的催化剂微粒其尺寸 必须是在100纳米以上，而小于100纳米的催化剂微粒是无法被拦截的;换句话说，小于100 纳米的催化剂微粒将直接穿透、通过膜组件的滤孔，混入降解反应器所输出的所谓的净水之 中。
现在需要来谈谈紫外光催化降解反应所涉光催化剂的粒径以及光催化剂剂型选择。
从事光催化降解研究的专业人士都知道，以紫外光激励的光化学降解反应，其催化剂多 选用二氧化钛微粒催化剂;目前，在实验室水平上已经研发出品种繁多的基于二氧化钛光催 化特性的光降解用微粒催化剂，当然，这些不同制备方式形成的光降解用催化剂，其粒径也 是多样的;不同制备方法制成的光催化剂其粒径小至20纳米，大至100000纳米也即100微米， 都有，其中不乏性能优异的光催化剂品种;但是，由于性能长期稳定性评价、制备成本以及 市场拓展等等方面因素的制约，绝大多数的所述光催化剂其供应能力仅局限于实验室水平， 而没有能够形成大规模市售的生产水平;目前周知的能够大量购买到的市售的能够实际大量 使用的用于紫外光波段的光催化剂是著名的气相二氧化钛P25;气相二氧化钛P25其具体技 术含义，业内人士都知道，在这里不展开赘述;气相二氧化钛P25的平均粒径是21纳米;气 相二氧化钛P25性能不算最优，但是，其性能稳定，关键是可以在市场上大量购买得到，并 可以在工业规模上大量使用，因此，光催化专业实验室里也常常用P25催化剂来作为衡量各 种自制光催化剂催化性能的参照指针或对比指针，事实上，鉴于紫外光催化降解反应的特点， 分散度越高的光催化剂，越是适合该型反应的需要，也就是说，平均粒径在21纳米左右的光 催化剂其所能够提供的触媒界面面积、抗沉降能力、催化性能长期稳定性等等方面，综合而 言，是最理想的。简单地讲，目前，价廉物美，能够实际大量购买、使用的现成的市售的商 品级的紫外光波段的光催化剂，就是平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25催化剂;在工业 规模的应用层面，这种平均粒径为21纳米的光催化剂是事实上的首选。
上文已述及，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截光催化剂的膜 组件，是以升腾气泡的冲刷来剥离膜组件表面所吸附、沉积的催化剂微粒，然而，该种以升 腾气泡冲刷的方式其冲刷力、清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，因此，在 该案装置中，滤膜孔径被限定在0.1微米-0.2微米之间微滤滤孔级别，换个计量单位来说，在 该案装置中，滤膜孔径被限定在100纳米-200纳米之间的微滤滤孔级别，这是没有商量余地 的必然选择;该案无可选择的100纳米-200纳米之间的微滤滤孔当然无法拦截如上所述的平 均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25颗粒;那么，如果使用P25光催化剂，该催化剂将完全 无法拦截，并流入所谓的净水中，形成二次污染，当然也造成催化剂的严重损失和无法再用; 即便是使用其它品种的为此而特制的大粒径的二氧化钛光催化剂，其使用过程中因相互碰撞 或与器壁碰撞，必然也会产生大量小粒径碎片，其中粒径小于100纳米的碎片，同样不能被 100纳米-200纳米之间的微滤滤孔所拦截，这些小碎片也会透过其膜组件进入所谓的净水之 中，形成二次污染。
可见，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其针对光催化剂微粒的拦截结构 方案以及相关膜组件的清洁方案都不理想。
因此，如何在兼收并蓄该案优点的前提之下，达成针对光催化剂微粒的精细的拦截和回 收再用，是一个很值得深思的重要课题，此为问题之二。
问题之三：
我们知道，液态水体其本身也能够吸收微波的能量，并导致被处理的液态水体其本身的 温升效应，而这种伴随废水处理过程而出现的温升效应，却不是我们所期待的情形，换句话 说，来自磁控管的微波能量没有完全被用于激发无极紫外灯，而有相当一部分本应只用于激 发无极紫外灯的微波能量被耗散于所述的温升效应，该种不受待见的温升效应造成了不必要 的微波能量浪费，鉴于上述公开号为CN102260003A的中国专利申请案所展示的装置结构方 案，其合理的途径，只能是通过减少微波光催化反应器的体积或者说减少单罐处理容量来来 达成弱化微波多余耗散的目的，关于这一点，在该CN102260003A申请案其具体实施方式中 清晰表达了关于该装置结构整体的适宜尺寸，其所表达的优选尺寸对应的就是一个外形很小 的装置，那么，如此一来，反应器内壁与微波辐射源的距离小了，与微波接触的废水量小了， 废水所吸收的微波能量相对也小了，与之相对应地，单罐的废水处理量因此也小了，更具体 地说，其实施例中所表达的装置适宜尺寸所对应的内部容积是40升，也即单罐废水处理量是 40升，即0.04立方，换句话说，其一次全套、全程操作只解决了0.04立方的工业废水，那么， 就需要进行很多次的由首至尾的全套操作的重复，其处理量的累加才具有工业规模的意义， 打个比方说，只是个大致的比方，该案其优选结构尺寸大致对应的单罐0.04立方这样的废水 处理量，需要重复1000次的由首至尾的全套、全程操作，其累加量，才能达到40立方这样一 个具有工业水平的的废水处理量，如此过度繁琐的重复操作将导致人力、物力的严重浪费， 可见，该种由CN102260003A所展示的方案其实际的废水降解处理效率可能不能尽如人意。 因此，如何在不造成更多微波能量浪费或减少微波能量浪费的前提下，增加单罐废水处理量， 减少该间歇式废水处理装置的不必要的太多的由首至尾的重复操作次数，提高其废水处理效 率，是一个有意义的值得关注的技术问题，此为问题之三。
问题之四：
该种由CN102260003A所展示的方案，其反应罐内部漫布升腾的气泡，对于推动反应罐 内部液体的相对大尺度的循环运动，贡献稍显不足;当然，该不足之处，对于CN102260003A 方案如其具体实施方式中清晰表达的事实上对应的小尺寸、小容量装置来说，几乎没有什么 可观测的影响。从工业规模的应用需求来看，小尺寸的不能扩张处理量的装置当然没有多大 的吸引力;那么，作为一种可能性，倘若有某种方式能够实现处理量的大幅扩张，此情形下， 反应罐内部液体的相对大尺度的循环运动其重要性就会自然地凸显出来;设想一下这种处理 量大幅扩张的可能性，那么，如何强化反应罐内部液体的相对大尺度的循环运动，当然就是 个问题，此为问题之四。
问题之五：
对于紫外光波段的光化学催化氧化反应来说，有以下这么几个要素会影响到该种氧化反 应的效率，其一是紫外光波长、强度，其二是光催化剂的粒径、单位体积反应液中光催化剂 的使用量、光催化剂其自身的催化性能等等，其三是被氧化对象即水体中有机物的浓度、有 机物分子结构其自身所决定的氧化难易程度等等，其四是氧气气氛的充足程度，在其它条件 相同的情况下，氧气气氛的充足程度，就会成为影响光化学催化氧化降解能力的一个举足轻 重的要素。
如CN102260003A所展示的方案，其安置于反应器内腔下部的众多微孔曝气头漫布在底 部，并借由其所称的布水板，使得这种微孔曝气头漫布安排的效果变得更甚，当然，这对于 使用相对容易沉降的大颗粒的微米级的光催化剂的情形而言，的确存在其有利的一面，但是， 从另一面来看，这种微孔曝气头漫布安排的方式，氧气气氛的供给过于分散，而实际上最需 要强化供氧的区域的是光化学催化氧化的最有效区域，由于短波紫外线在液态水体中的有效 穿透深度只有20厘米左右，因此，最需要强化供氧以促进光化学催化氧化进程的有效区域实 际上就是在石英管周边约20厘米距离之内的区域，换句话说，石英管周边约20厘米距离之内 的区域是真正需要强化氧气气氛供给保障的区域，这个区域氧气气氛供给越强，氧化反应也 就进行得越快;尤其特别地，以微波激励方式来产生无极紫外发射，其特点就是可以做到大 功率、高强度，这是无极紫外灯这种灯型的强项，然而，正因为其紫外辐射的高功率、高强 度，就更需要以强大的氧气气氛供给能力进行匹配，否则的话，那个强大的紫外辐射能力就 真的是大部分被浪费了。上文已经述及，如CN102260003A所展示的方案，诸多因素限制了 它的反应器尺寸，限制了它的实际处理容量，就如其具体实施例中清楚地表明的那样，那只 能是一个单罐单次处理量只有40升左右的小反应器，在这样的小反应器、小内腔的情况下， 因为尺寸本身就很小，那么，它在光化学催化氧化有效区域供氧集中度方面的欠缺，就不会 那么明显，甚至可以忽略不计，更甚至完全可以看做是一个根本不存在的问题，面对那样的 小尺寸的小反应器，关于供氧集中度方面的欠缺问题，根本就不可能浮上脑际;但是，设想 一下，倘若能够克服所述诸多限制因素，倘若能够有办法实际构建一个大型、大处理量的反 应器，那么上述石英管周边20厘米距离之内有效区域供氧强化问题就会凸现出来，尤其对于 使用无极紫外灯作为紫外辐射源的情况，上述石英管周边20厘米距离之内有效区域供氧强化 问题更加不容藐视，因此，如何在可能的大型无极紫外光催化氧化降解反应器的构建之中， 增强所述有效区域的供氧集中度、提高废水降解设备的效能，就是个需要盯住的问题，此为 问题之五。
问题之六：
该CN102260003A方案将空气泵入内含无极紫外灯的石英管之内，达成无极紫外灯的通 风降温、冷却的目的，而那些流动经过石英管的空气，因受紫外线的照射，有一部分空气会 转变为臭氧，因此，从石英管中流出的空气当然就是含有一些臭氧的空气，该方案将该含臭 氧空气传输到位于反应器下方微孔曝气头，并从微孔曝气头释出，在这些含臭氧气泡自下而 上的升腾过程中，其中所含的臭氧会与路程之中遇到的有机分子遭遇并发生氧化还原反应， 这一氧化还原反应当然会消耗一部分臭氧，这是没有疑问的，但是，上文已经述及，如 CN102260003A所展示的方案，必然存在的无法忽视的诸多的因素限制了它的反应器尺寸， 限制了它的实际处理容量，就如其具体实施例中清楚地表明的那样，那只能是一个单罐单次 处理量只有40升左右的小反应器，在这样的小反应器、小内腔的情况下，因为总体尺寸本身 就很小，那么，其反应器内腔的纵向尺寸或者满打满算地视作盛液深度也只能是一个很小的 尺寸，这个尺寸如其具体实施方式之中所清楚地表明的，只有大约40厘米，满打满算盛液深 度也就只有40厘米，实际上盛液深度当然要小于这个数，就以40厘米的盛液深度来分析，那 么，这个40厘米的盛液深度是个什么概念呢?那就是说，含臭氧空气升腾通过废水的路径只 有短短的40厘米，这个路径太短了，含臭氧空气气泡飞快地穿越仅仅只有40厘米深的水体， 与水体接触时间太短了，气泡中所含的臭氧，只能有很小的一部分被用于氧化降解有机物， 而大部分的臭氧实际上只是简单地路过液体，从液面上逸出并经尾气排放口排空，简单地说， 这些臭氧的氧化作用潜力大部分被浪费了，并且，逸出的、被浪费的臭氧实际上会造成不必 要的空气污染;本案主要发明人曾以普通家用臭氧机经由微孔曝气头向一米深的储水池中打 入含臭氧空气，在水深深度达一米的情况下，仍然能够在水面附近明显嗅到臭氧的气味，可 见，那种40厘米深的盛液深度，显然是不足以完全利用臭氧;可见，对于无极紫外光化学催 化废水降解反应器这种类型的设备来说，臭氧利用不完全的问题也需要关注，显然，人们更 期待的是臭氧利用更完全、污染性尾气排放更少的无极紫外废水降解反应器，此为问题之六。
问题之七：
废水催化降解反应器其运作，需要消耗能量，因此，操作人员一定会希望，当废水降解 反应进行到终点时，能够不偏不倚地、不过早也不过晚地即时地停止向反应器内部继续注入 能量;停止注入能量的时刻倘若过早，则废水降解不完全;而如果早已达到反应终点，却仍 然继续地向反应器内部注入能量，那毫无疑问是在浪费宝贵的能源。作为本案技术背景的 CN102260003A方案其结构不能对废水降解反应终点时刻给出任何的即时的信息，那么，就 只能靠经验来估计废水降解反应的终点;而靠经验来估计废水降解反应的终点，那显然不能 令人满意;那么，如何针对废水降解反应终点时刻作出既不提前也无延迟的即时的信息输出， 并在恰到好处的时刻即时地关闭对反应器的能量输入，就是一个不可藐视的技术门槛，此为 问题之七。
问题之八：
接受微波光催化降解处理的所述工业废水，其中难免夹杂一些缘自机械系统磨耗过程的 金属微粒以及碳粒之类的物质，即便数量微小，其存在几乎难以避免，该公开号为 CN102260003A的中国专利申请案中的所述有机质膜分离组件装设于微波光催化反应区，其 中的装设在石英管与膜分离组件之间的用于阻隔紫外线的隔板当然阻挡不了微波，如此，微 波的实际作用区域必然覆盖该方案中所述有机质膜分离组件所装设区域，基于膜分离组件的 工作机制，如上所述的金属微粒以及碳粒之类的微粒其在膜分离组件有机质表层的积淀过程 难以避免，而此类所述金属微粒以及碳粒之类的微粒，恰恰是微波能量的良好吸收介质，吸 收了微波能量的积淀态的所述金属微粒以及碳粒之类的微粒，自然会对其紧贴的有机质膜分 离组件的表层产生基于热透蚀机制的持续的洞穿破坏，如上所述，由于该CN102260003A 申请案其装置的结构决定了只能选用聚偏氟乙烯膜材，该聚偏氟乙烯膜材耐温约140摄氏度， 比一般膜材耐温确实高不少，然而，吸收了微波能量的积淀态的所述金属微粒以及碳粒之类 的微粒其点状洞穿式的热透蚀作用十分容易突破该聚偏氟乙烯膜材的耐温温限，由于上述原 因，可想而知，该CN102260003A申请案其装置中的PVDF膜材其实际使用寿命将大大低 于所期待的理想的使用寿命，该CN102260003A申请案其装置的结构，决定了在该结构框 架下，上述点状洞穿式的热透蚀破坏问题无法回避;因此，如何绕开该点状洞穿式的热透蚀 破坏问题，亦需思量，此为问题之八。
问题之九：
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其说明书公开文本正文第0008段文字 及权利要求第二项，对于其装置所能适用的催化剂粒径范围，有一个限定，该粒径范围限定 为20纳米至100微米。我们知道，在某些PH值预先调节不到位、PH值不恰当的情况下， 二氧化钛微粒容易发生团聚，进而影响其有效工作界面面积，影响其光催化效能;尤其对于 该粒径范围之中的那些相对较小粒径的区段，更是容易出现因PH值预调不到位、PH值不 恰当而导致的团聚问题;对于这种催化剂微粒团聚的情况，是必须即时地采取有效措施，进 行针对团聚体的解聚运作;然而，我们在该CN102260003A方案之中，没有看到任何的有 助于即时地化解这一问题的结构或能够即时地化解该问题的方案提示。对于如 CN102260003A方案那般因诸多因素限制而只能是小尺寸结构的反应器，尚可以人工直接提 起反应器，进行倾倒并在反应器外部检视、处理上述团聚情况，那么，倘若有可能扩张其容 量，只是打个比方说，倘若是数个立方到数十个立方的大型反应器或巨型反应器，那显然不 是手工倾倒其操作所能够对付的问题了，那么，对于这种催化剂微粒相互团聚的情况，如何 实现即时原位处置，就是一个技术问题，此为问题之九。
问题之十：
在该公开号为CN102260003A的中国专利申请案所表达的装置结构中，用于屏护无极紫 外灯的石英管，其外壁，指的是石英管的外壁，经长时间的与被处理工业废水的接触，难免 逐渐积垢，垢积的物质当然主要是不易被光催化反应所触动的无机类杂质，因该机制形成的 积垢现象，在设备长时间运行之后很容易被观察到;附着于所述石英管外壁的垢积层，虽然 只是薄薄的一层，也足以对无极紫外灯的紫外光辐射造成显著的阻挡，这将导致该微波光催 化反应处理装置的实际处理效力大幅减小;其反应器内漫布升腾的气泡因过于分散，冲刷力 量较弱，倘若仅依靠该比较分散的气泡来维持石英管表面的光洁，着实是勉为其难，换句话 说，该比较分散的气泡，其较弱的冲刷力量尚不足以完全阻挡该石英管表面的积垢进程;在 实验室尺度的使用过程中，上述积垢问题不易觉察，但是，在工业应用尺度上，该积垢问题 毫无疑问将凸显出来;因此，如何在不拆机的前提下，即时、有效地清除该石英管外壁上的 垢积层，维持该微波光催化处理装置的持续的高效率，该问题亦不可忽视，此为问题之十。
问题之十一：
此问题为上文述及的问题之九其所衍生的问题。前面谈到，在某些PH值预先调节不到 位、PH值不恰当的情况下，二氧化钛微粒容易发生团聚，进而影响其有效工作界面面积， 影响其光催化效能;尤其对于该CN102260003A方案论及的其所适用催化剂粒径范围之中 的那些相对较小粒径的区段，更是容易出现因PH值预调不到位、PH值不恰当而导致的团 聚问题;对于这种催化剂微粒团聚的情况，是必须即时地采取有效措施，进行针对团聚体的 解聚运作;基于该CN102260003A方案其架构，操作人员无法即时觉察反应器内部发生所 述团聚的情况，因而也无法作出即时的处置，由此，该受诸多因素限制而只能是小尺寸结构 的反应器其有限的效能会进一步降低;因此，在反应器的应用运作之中，特别是，比方说， 在可能的大型反应器或巨型反应器的应用运作之中，如何即时地觉知反应器内部催化剂微粒 团聚的主要诱因参数，是一个关键问题，此为问题之十一。
问题之十二：
基于该CN102260003A方案其架构，由于已经述及的诸多因素的限制，其反应器只能 是小尺寸的处理量比较小的反应器，反应器内腔的可用尺寸当然也比较小，反应器内腔其结 构之中能够用于安置帘式膜组件的空间高度大约也只是在30厘米左右，这样一来，即便只 是采用很小幅面的帘式膜组件，也几乎只能上下两头顶着塞在反应器里面，由于反应器的小 处理量、小尺寸，那么，在其降解反应完成之后，在由内向外排除液体的状况下，其帘式膜 组件难免暴露在空气中，虽然每次暴露的时间可以不长，但是，经常倒腾的累加结果，就是 使得该帘式膜组件过多地与空气接触，帘式膜组件其正常使用要求，是要在完全浸没状态下 使用，也就是说，必须是湿态使用，倘若帘式膜组件过多地与空气接触，会使其比较快速地 老化、性能比较快速地衰减，而这种帘式膜组件过多地与空气接触的情况，在该 CN102260003A方案其架构之下，无法避免;因此，如何保护用于拦截催化剂的膜组件，使 其能够在正常工况下使用，使其能够避免与空气的过多的接触，以维护其正常使用性能，确 保其正常使用寿命，就是一个需要正视的问题，此为问题之十二。
问题之十三：
基于该CN102260003A方案其架构，其运作之中，被帘式膜组件拦截的催化剂颗粒， 一部分在帘式膜组件表面淀积，另一部分则滞留在液态物相之中，由此导致液态物相中催化 剂颗粒浓度随着液相体积的逐步减小而逐步升高，这对后续的膜分离而言，其膜分离负荷也 会随之逐渐升高，这种膜分离负荷前后差异过大的问题需要解决，此为问题之十三。
问题之十四：
基于该CN102260003A方案其架构，其运作之中，向反应器内腔加注废水的水泵，其 本身无法判别反应器内部水位高低，操作人员只能依靠经验或目测来及时关闭该加注废水的 水泵电机，倘若经验失误或目测响应不够及时，很容易出现因废水加注过量而溢出反应器的 情形，由此造成不必要的麻烦;另一方面，在降解反应结束之后，需要由内部经由帘式膜组 件向外抽水，在未能知晓反应器内部水位的情况之下，完全就只能根据经验或目测来判定关 停水泵的时机，而这样运作，明显不可靠，极易因经验失误或目测响应不及时，导致该抽水 用水泵无法及时关机，而这种干抽、空转很容易造成该抽水水泵电机烧毁，该问题不能被忽 视，此为问题之十四。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上文述及的问题之一、二、三、四、五、六、七、 八、九、十、十一、十二、十三、十四，研发一种能够一揽子地解决所述系列问题的新型的 废水微波光催化降解处理装置。
