申请日2005.05.24
公开(公告)日2005.11.23
IPC分类号C02F1/30
摘要
一种太阳能固定膜光催化氧化水处理装置涉及一种太阳能TiO2光催化氧化水处理装置。光反应器是由平截式复合抛物面聚光板(6)和一组内装固定膜催化剂的光反应管(7)组成，其底端设有支撑板(11);顶端与支撑板(11)之间设有支撑轴(10)和调节螺母(9)进行角度调节。固定膜催化剂单元是由两端的支架(13)和支杆(14)，以及围绕并包裹在支杆(14)上的内外层固定催化膜(15)和(16)组成，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，用挂钩(17)与横杆(18)连接。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 理水贮槽(2)、预处理器(3)、泵(4)、流量计(5)和光反应器;光反应器由 聚光板(6)和光反应管(7)组成，其特征在于：聚光板(6)由平截式复合抛 物面构成，每组抛物面的中心设有一根光反应管(7)，光反应管(7)中装填2～ 8层以玻璃纤维网为载体的TiO2固定膜催化剂，优选为2～5层;光反应管(7) 并排放置，并通过端部设有的弯头(12)互相串联连接成一体;光反应器底端设 有支撑板(11)，通过固定在支撑板(11)上的铰链(8)活动连接;光反应器顶 端与支撑板(11)之间设有角度调节机构，角度调节机构由带有螺纹的支撑轴(10) 和调节螺母(9)组成;两个调节螺母(9)分别与支撑板(11)和光反应器顶端 固结，通过旋转支撑轴(10)，使其两端相对称的罗纹移动，调节光反应器的倾 斜位置达到最佳采光。
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：光反应管(7)内装填的固定膜催化剂是由两端的支架(13)和与光反 应管(7)长度相应并与支架(13)固结的支杆(14)，以及围绕并包裹在不同直 径的两层圆柱型框架支杆(14)上的内外催化膜(15)和(16)组成的TiO2固 定膜光催化剂，支架(13)中心顶端上设有挂钩(17)，挂钩(17)与固结在弯 头(12)端部的横杆(18)连接，当两端挂钩(17)同时拉紧钩住两端横杆(18) 时，固定膜可均匀展开。
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：光反应管(7)内装填的固定膜催化剂的支架(13)采用扭成螺旋状有 弹性的不锈钢丝或聚四氟乙烯或聚乙烯或ABS耐氧化类塑料作为框架，框架上 围绕并包裹大小不一的内外层催化膜(15)和(16)。
说明书
一种太阳能固定膜光催化氧化水处理 装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能TiO2光催化氧化水处理装置，具体是指可广泛用于 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 有机废水的处理的新型的太阳能固定膜光催化氧化水处理装置。
背景技术
太阳光是取之不尽、用之不竭的清洁能源。将太阳能用作光催化氧化水处理 的能源，具有降低能耗，减轻环境负荷的社会效益和降低处理成本的经济效益。 以太阳能为光源的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，受到水处理行业的高度关注。经研究，可用于TiO2光催化氧化 水处理的太阳能(λ<400nm)约为太阳能辐射总量的3%-4%。目前，根据聚光 板的不同，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。
聚光型反应器的代表抛物槽型反应器(PTR)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组成的反应单元，管 内装有悬浮型TiO2光催化。根据跟踪装置的不同，PTR可分为单轴(方位角或 仰角)和双轴(方位角和仰角)跟踪两类。该太阳能光催化反应器用于处理工业 废水已有实验性工程应用。但是，它存在着催化剂难以与水分离、回收困难、运 行费用高等问题。总之，聚光型反应器由于存在着光利用率较低、对天气条件变 化的适应性较差、初期投资和运行成本高等问题，有逐渐被非聚光型反应器所取 代的趋势。
非聚光型反应器主要有平板型反应器和复合抛物面反应器(CPC)。平板型 反应器的主体是涂覆催化膜的平板。反应液以薄膜状流经催化膜，能够达到较高 的反应速率。但这种反应器的明显缺点是水力负荷低，摩尔流速慢，随着溶液摩 尔流速的增加，污染物的降解率呈指数级降低。反应溶液深度不能太大、传质受 到限制，反应器液膜厚度的增加，会阻碍溶液组分的扩散，要想提高反应器的处 理能力，只能扩大光照面积，这将导致反应器占地面积大，难以大规模推广。
复合抛物面型(CPC)反应器是当前聚光效率最高的太阳能反应器，它可将 集光角范围内的所有直射和散射光均匀地反射在反应管的圆周上，这个特点使其 对于天气条件变化的适应性较强，即使在紫外辐射很弱的阴天，也能达到较好的 聚光效果。此外，这种反应器不需要太阳光跟踪装置，结构简单。但目前这种 CPC反应器多采用悬浮态催化剂，催化剂分离回收不便，这限制了它的进步 推广应用。
发明内容
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、成本低廉、反应速率高，处理量大、操作方便、运行稳定和应用 广泛的优点。
为了达到上述目的，本发明是这样进行的：包括清水储存箱、待处理水贮槽、 泵、流量计和光反应器，光反应器由聚光板和光反应管组成，其特点是：聚光板 由按照设计要求确定数量的平截式复合抛物面构成，每组抛物面的中心设有一根 光反应管，光反应管并排放置，并通过端部设有的弯头串联连接成一体。光反应 管内装有以玻璃纤维网为载体的TiO2固定膜光催化剂。TiO2固定膜光催化剂由 两端的支架和与光反应管长度相应、并与支架固结的支杆，以及围绕并包裹在支 杆上催化膜组成，支架中心顶端上设有挂钩，挂钩与固结在弯头端部的横杆连接， 使催化膜在光反应管内撑开。光反应器底端设有通过铰链连接的支撑板，支撑板 的另一端与光反应器顶端之间固结有角度调节机构，该角度调节机构由带有螺纹 的支撑轴以及分别与支撑板和光反应器固结的调节螺母组成。通过旋转支撑轴， 使其两端相对称的罗纹移动，调节光反应器的倾斜位置，达到最佳采光效果。待 处理水流经催化膜时，在太阳光能的作用下，水中的有机污染物被氧化分解。
本发明的优点如下：
1.由于本发明的光反应管内装有特制的TiO2固定膜光催化剂，而且通过支 架支杆组件将其撑开，以保持理想的空间位置，因此本发明结构简单、反应速率 高、运行费用低廉、操作方便、运行稳定。消除了使用悬浮性催化剂反应器所存 在的催化剂分离、回收困难的固有缺点。
2.由于构成本发明的平截式复合抛物面型聚光板是倾斜放置，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，达到非常好的处理效果，具有简单实用的优点。
3.由于本发明的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，因此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使用刚性载体的固定膜反应器优越， 在不高的流速条件下，就可基本消除传质对反应速率的限制。可根据处理水量、 水质要求灵活选择多组光反应器串连或并联连接，使装置规模放大不影响基本设 计参数，制造简单。
5.由于本发明的组成光反应器的光反应管和聚光板的数量可以按照不同的 水质设计，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和其他技术联用。
