申请日2003.01.23
公开(公告)日2006.09.06
IPC分类号C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种高效光催化反应装置及其处理技术，其特点在于催化剂易于回收、反应器的效率高、光的有效利用率高、废水处理能力与降解深度可调控、能连续降解常规方法难以降解的有毒有机污染物废水。该装置主要由光反应器装置、过滤装置、泵、缓冲罐构成;光催化反应以较大尺寸的颗粒状或纤维状半导体材料作为催化剂，易于回收;废水在光反应管中以平推流的方式流动，具有高的反应器效率;光反应管均匀分布在灯管周围，具有高的光有效利用率;通过改变光反应管的联接方式，达到增加废水处理能力或提高降解深度的目的。
権利要求書
1、一种连续降解含有机污染物废水的光催化反应装置，包括光反应器装置、 过滤装置、泵、缓冲罐，其中，缓冲罐下出口连接到泵进口，泵出口再连接到光 反应器装置的光反应管进口，光反应管出口和过滤装置进口相连接，过滤装置中 设有两个出口，其中一出口和缓冲罐进口连接，其特征在于核心装置光反应器由 作为光源的灯管以及均匀呈环形分布在灯管周围的平行于灯管的一组光反应管 构成，灯管与光反应管之间的距离为20～300mm。
2、根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于采用紫外光或近紫 外光作为光源，灯管外型为圆柱型直管，长度为50～3000mm。
3、根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于光反应管采用中空 的石英或硼硅酸盐玻璃管，其直径为10～100mm，壁厚为1～10mm，长度为 50～3000mm。
4、根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于灯管与光反应管之 间的距离为50～150mm。
5、根据权利要求1所述的光催化反应装置，其特征在于光反应管的联接方 式是指将等分的光反应管并联后串联，或等分的光反应管串联后并联，或全部串 联。
说明书
一种连续降解含有机污染物废水的光催化反应装置及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种高效光催化反应装置及其处理技术，其特点在于催化剂易于 回收、反应器的效率高、光的有效利用率高、废水处理能力与降解深度可调控、 能连续降解常规方法难以降解的有毒有机污染物废水。
技术背景：
对于难降解的有毒有机污染物如有机卤代烃、多氯联苯、有机磷化合物、多 环芳烃等，传统的废水处理技术如物理化学法、生物化学法等在技术上、经济上 都有很大的困难，如何处理水质中这些难降解的、具有强烈致癌和致畸变作用的 有机污染物，已成为当今环境保护和提高人民生活质量的急待解决的问题。
利用二氧化钛等易受光照激发产生光生电子和空穴的半导体特征，将其作为 催化剂降解水质中的有机污染物是近20年发展起来的新兴研究领域[1]。例如 TiO2在阳光或日光灯的紫外线照射下，吸收一定波长的光子能量，产生空穴和电 子对，与吸附在表面的H2O和O2作用，产生活性很强的自由基，OH自由基具 有很强的氧化、分解能力，可破坏有机物中C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、H-N键等，不仅可以氧化水质中可生物降解的物质，而且可 以将水质中难以生物降解的有机污染物完全氧化为CO2和H2O，无二次污染。
目前已有的光催化反应器大致可以分为两类。其一是光源插入待处理废水中 的圆柱型反应器，如CN 2410032[2]公开的光催化流态化反应器和CN 1301668[3] 公开的可连续光催化净化含有机污染物废水的光反应器;其二是光源置于待处理 废水之上的平板型反应器，如CN 2354931[4]公开的倾角连续可调的固定膜平板 型光催化水处理装置和CN 2399374[5]公开的废水光催化处理器。
这两种反应器都存在待处理废水光照停留时间短、光有效利用率不高、反应 器效率不高的问题。另外，如果催化剂使用纳米粉末，则存在催化剂难以分离回 收的问题，若将催化剂固定于载体上，又将严重降低其光催化效率和活性。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高效光催化反应装置，其特点在于催化剂易于回 收、反应器的效率高、光的有效利用率高、废水处理能力与降解深度可调并能连 续降解。
本发明另一目的是提供一种连续降解含有机污染物废水的处理技术。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
该装置主要由光反应器装置、过滤装置、泵、缓冲罐构成。
本发明的废水处理工艺流程为：待处理废水在缓冲罐2中与颗粒状或纤维状 催化剂及助氧化剂O2或H2O2或O3充分混合后，通过泵1进入光反应器4，待 处理废水经光照后流出光反应器4，经过滤装置过滤5，颗粒状或纤维状催化剂 随部分处理完的废水流回缓冲罐2，含有机污染物废水降解后从过滤装置的另一 侧排出。
光反应器4是该装置的核心部分，它由光源以及均匀分布在灯管周围的平行 于灯管的一组光反应管构成。
本发明所使用的光源，为紫外光或近紫外光，灯管外型为圆柱型直管，长度 为50～3000mm，优选为100～1500mm。
光反应管为中空的石英或硼硅酸盐玻璃管，其直径为10～100mm，优选为 20～50mm，壁厚为1～10mm，优选为2～5mm，长度为50～3000mm，优选 为100～1500mm。
本发明的光反应器装置中，灯管与光反应管之间的距离是一重要参数，它将 极大影响降解效率，该参数为20～300mm，优选为50～150mm;一组光反应管 的根数可以依据灯管与光反应管之间的距离以及光反应管的直径而定，例如，灯 管与光反应管之间的距离为100mm，光反应管的直径为20mm，则选择光反应 管的根数为6根。灯管与光反应管之间的距离为150mm，光反应管的直径为40 mm，则选择光反应管的根数为12根。
废水在光反应管中以平推流方式流动，取代了传统的反应效率低下的全混流 方式，因此具有较高的反应器效率。
通过改变光反应管的联接方式，如将等分的光反应管并联后串联，或串联后 并联，或全部串联，达到增加生产能力或提高降解深度的目的。例如，选择光反 应管的根数为6根，可以是将每3根并联后串联，或每2根并联后串联，与6根 全部串联相比，生产能力理论上增加3倍、2倍，其光照停留时间分别是单管串 联的1/3、1/2。
本发明使用的催化剂形貌为较大尺寸的颗粒或纤维，其直径或当量直径为 0.5～1000μm，优选为2～100μm。
催化剂为半导体材料及改性半导体材料中的一种或一种以上组合。所指半导 体材料为金属的氧化物和硫化物及其含氧酸盐，包括二氧化钛、氧化锌、三氧化 钨、氧化锡、氧化镉、硫化镉、硒化镉、硫化锌、氧化铌、氧化钼、氧化钽、氧 化铁、铌酸铁、钛酸钡、钛酸锶、钛酸钾。所指改性半导体材料为：在半导体材 料表面沉积铂、钯、银、金、钌贵金属;或在半导体中掺杂不同价态的金属离子， 掺杂方法可以采用含金属离子的溶液浸渍后高温焙烧、光辅助淀积等方法使半导 体的催化性质发生改变，金属离子包括Fe3+、Fe2+、Mg2+、V3+、V4+、V5+、Al3+、 Cr3+、Mn3+、Co3+、Ni2+、Zn2+、Ga3+、Zr4+、Nb5+、Mo5+、Ru3+、Rh3+、Sn4+、 Sb5+、Ta5+、Re5+、Os3+。
本发明催化剂的过滤装置是可以连续实行固液分离的工业分离设备。
本发明的处理对象为含有机污染物废水，如经过常规处理后仍含有难降解有 毒有机污染物的工厂排放废水，印染废水，造纸废水、生活污水等，优选适用于 无固体杂质颗粒，废水透明度较高的废水处理。
本发明的优点和积极效果：
本发明的优点在于催化剂易于回收、反应器的效率高、光的有效利用率高、 废水处理能力与降解深度可调控、能连续降解常规方法难以降解的有毒有机污染 物废水。
光催化反应以较大尺寸的颗粒状或纤维状半导体材料作为催化剂，取代纳米 粉末，在工业化生产中易于回收。
本发明的废水在光反应管中以平推流方式流动，取代了传统的反应效率低下 的全混流方式，因此具有较高的反应器效率。
本发明的核心装置光反应器由光源以及均匀分布在灯管周围的平行于灯管 的一组光反应管构成使光的有效利用率较高。
本发明的光反应管串并联法为提高处理有机污染物废水的能力和降解深度 提供了很大的弹性空间。当待处理废水中有机物含量较少时，将等分的光反应管 串联后并联可成倍增加废水处理能力;当待处理废水中有机物含量较多或对处理 后的水质要求较高时，将光反应管串联，可达到延长反应停留时间，达到深层次 降解的目的。
