申请日2018.12.27
公开(公告)日2019.03.22
IPC分类号C02F1/30; C02F1/48; C02F101/30
摘要
本发明公开了用于连续降解河道有机污染物的光催化水处理装置，在箱体外顶面设置覆盖有光催化剂的波纹板，在箱体内顶面设置永磁铁，在箱体空腔侧面设置开孔，利用开孔调节箱体和波纹板的位置，利用风和波浪的作用在波纹板表面形成液膜并完成新旧液膜的交替变换，在太阳光的照射下达到持续去除液膜中有机物的目的，利用地磁场作用调整箱体方向，使得波纹板的斜面始终朝向南北，以充分利用太阳光，提高光催化去除有机污染物的效率。此外，还通过永磁铁和铁质箱体的磁场作用提升载流子在磁场下的迁移速率，降低界面处电子空穴对的复合几率，增强整个体系光催化效率，从而更有效降解河道有机污染物。
权利要求书
1.一种用于降解河道水体中有机污染物的光催化水处理装置，包括箱体，其特征在于，所述箱体为封闭的长方体空腔，在所述箱体内部顶面固定有平板状永磁铁，在所述箱体的一个侧面上设有开孔，在所述箱体的外部顶面设置有波纹板，所述波纹板的表面负载有光催化剂，在所述箱体的底部还连接有软绳，所述软绳的另一端向下连接有坠沉物。
2.如权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述箱体的外表面涂覆有防锈防腐涂层。
3.如权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述箱体采用不锈钢材料制成。
4.如权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述光催化剂为卤氧化铋或磷酸银光催化剂。
5.如权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述波纹板采用石墨制成。
6.一种用于降解河道水体中有机污染物的光催化水处理装置，其特征在于，包括箱体和太阳能电池板，其中，
所述箱体为封闭的长方体，由铁质材料制成;
在所述箱体的内顶面吸附有平板状永磁铁，在所述箱体的内底面放置有蓄电池组，在所述箱体的内部中间为空腔，在所述空腔的外表面上设有开孔;
所述箱体的外顶面上连接有波纹板，所述波纹板的表面负载有光催化剂;在所述箱体外的侧边设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述蓄电池组通过导线连接，所述蓄电池组的阳极接有碳棒，所述碳棒悬于水中，所述蓄电池组的阴极与所述波纹板连接;在所述箱体的底部还连接有软绳，所述软绳的另一端向下连接有坠沉物。
7.如权利要求6所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述光催化剂为卤氧化铋或磷酸银光催化剂。
8.如权利要求6所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述波纹板采用石墨制成。
9.如权利要求1所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述太阳能电池板通过硬杆与所述箱体连接。
10.如权利要求6所述的光催化水处理装置，其特征在于，所述蓄电池组的输出电压为6～12V。
说明书
用于连续降解河道有机污染物的光催化水处理装置
技术领域
本发明属于废水或污水处理技术领域，具体涉及一种光催化水处理装置。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，我国水环境问题日益突出，城乡水环境遭遇到空前的威胁。我国废水处理率极低，大量未经处理的工业废水直接排入江河，造成江河水质的严重污染。化肥和农药的过量施用造成大量化肥、农药随降水或灌溉水流入河道中，也成为重要的污染源。因此，目前许多城市水体，尤其是河道水体，不仅受到富营养化的影响，同时还受到了工业废水特别是难降解有机物的污染，表现出复合污染的特征。水体生态环境日趋恶化，生物多样性遭到严重破坏，不仅影响了人类正常生活，还制约着经济发展，因而对受污染河道水体进行修复或保护的研究迫在眉睫。
对于含有工业污染物特别是难降解有机物的河道水体而言，其处理难度十分大。由于河道水体中的难降解有机物在一般生物处理后仍不能得到降解或者矿化，这类污染水体不适用于常规的生物处理方法。光催化剂在紫外光或太阳光照射下可以发生光催化高级氧化反应，产生强氧化性自由基，快速无选择性地氧化分解水中各种有毒有害有机污染物，直至彻底矿化为CO2和H2O，同时光催化剂自身无损耗，且不带来二次污染，还具有反应速度快，反应条件温和等优势，因而被视为一项极有前景的水处理技术。
目前，利用光催化高级氧化的污水处理设备，一般是将光催化剂膜(如TiO2催化膜)置于反应腔体壁面上，紫外灯置于反应腔体内，利用气泵在反应腔底部进行曝气，从而实现反应腔体内污水的流动，实现对整个反应腔体的污水进行净化处理。由于反应腔中污水的流动不均匀，使光催化剂膜(如TiO2催化膜)壁面上发生的光催化高级氧化反应不够稳定，使反应腔中污水处理效率偏低，特别是对大分子复杂的有机污染物缺乏有效的降解，导致反应腔体内污水净化效果不佳;同时现有的利用光催化高级氧化污水处理设备中灯膜装置、曝气装置布置在反应腔空间占有率较大，使有效污水处理量相对较低。例如，专利号为ZL201610415838.6的中国发明专利公开了一种污水净化反应器，包含：壳体，包含外壳、设置在外壳底部的底壳及设置在外壳顶部的上盖，外壳、底壳及上盖围成一污水处理反应腔，外壳的外部设有一靠近底壳的进水口及靠近上盖的出水口，进水口及出水口分别与污水处理反应腔连通;光催化高级氧化过滤模块，设置在污水处理反应腔内，光催化高级氧化过滤模块包含陶瓷膜组件、光催化组件及开关阀控制组件，陶瓷膜组件与所述开关阀组件连接，陶瓷膜组件承载所述光催化组件;曝气装置，设置在壳体的外部，通过一设置在底壳上的接头组件与开关阀组件连接。为了提高污水处理效率，该专利文献将陶瓷膜超滤技术与光催化高级氧化技术结合，但是陶瓷超滤膜价格昂贵，反冲洗耗费能源且容易堵塞，使得设备投入和维护成本高，限制了其应用，尤其是压水泵、气泵、抽水泵均需要持续提供动力，由于在野外电力维护困难，因而无法应用在河道水体中去除有机污染。
当前，对于河道水体中有机污染物的光催化处理设备尚未见诸报道，迫切需要开发一种用于降解河道水体中有机污染物的光催化水处理装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于降解河道水体中有机污染物的光催化水处理装置，能够连续进行光催化反应并有效降解有机污染物，装置无需额外动力、免维护。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于降解河道水体中有机污染物的光催化水处理装置，包括箱体，所述箱体为封闭的长方体空腔，在所述箱体内部顶面固定有平板状永磁铁，在所述箱体的一个侧面上设有开孔，在所述箱体的外部顶面设置有波纹板，所述波纹板的表面负载有光催化剂，在所述箱体的底部还连接有软绳，所述软绳的另一端向下连接有坠沉物。
上述光催化水处理装置中，所述箱体的外表面涂覆有防锈防腐涂层;或者，所述箱体采用防锈耐腐蚀材质来制成，比如不锈钢材料。
上述光催化水处理装置中，所述光催化剂为可见光催化剂，比如卤氧化铋或磷酸银等常见的可见光催化剂，可以通过烧结或其他常规方法负载在所述波纹板的表面。
上述光催化水处理装置中，所述波纹板采用石墨制成。
同样，为了实现上述目的，本发明还可以采取以下技术方案：
一种用于降解河道水体中有机污染物的光催化水处理装置，包括：箱体和太阳能电池板，其中，
所述箱体为封闭的长方体，由铁质材料制成;
在所述箱体的内顶面吸附有平板状永磁铁，在所述箱体的内底面放置有蓄电池组，在所述箱体的内部中间为空腔，在所述空腔的外表面上设有开孔;
所述箱体的外顶面上连接有波纹板，所述波纹板的表面负载有光催化剂;在所述箱体外的侧边设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述蓄电池组通过导线连接，所述蓄电池组的阳极接有碳棒，所述碳棒悬于水中，所述蓄电池组的阴极与所述波纹板连接;在所述箱体的底部还连接有软绳，所述软绳的另一端向下连接有坠沉物。
上述光催化水处理装置中，所述光催化剂为可见光催化剂，比如卤氧化铋或磷酸银等常见的可见光催化剂，可以通过烧结或其他常规方法负载在波纹板的表面。
上述光催化水处理装置中，所述波纹板采用石墨来制成。
上述光催化水处理装置中，所述太阳能电池板可以通过硬杆与所述箱体连接，也可以直接通过硬杆固定在河道中。
上述光催化水处理装置中，所述蓄电池组的输出电压为6～12V。
上述光催化水处理装置中，所述波纹板的表面具有向上隆起和向下凹陷间隔地规则地排布的波纹，向下凹陷处形成凹槽，由斜面连接隆起和凹陷。
本发明中，在箱体外顶面设置覆盖有光催化剂的波纹板，在箱体内顶面设置永磁铁，在箱体空腔侧面设置开孔。利用开孔调节箱体和波纹板的位置，使河道水面正好处于波纹板垂直高度的中部，这样，在风和波浪的作用下，箱体顶面上的波纹板会上下沉浮，在表面形成液膜并完成新旧液膜的交替变换，在太阳光的照射下达到持续去除液膜中有机物的目的;而且，利用地磁场作用，永磁铁带动箱体进行方向调整，从而使得波纹板的凹槽方向始终为东西方向，波纹板的斜面始终朝向南北，以充分利用太阳光，能够提高光催化降解河道有机污染物的效率。进一步，采用铁质箱体时，通过设置由蓄电池组、波纹板、箱体、水和碳棒构成的电路，既可以保护铁质箱体不被腐蚀，又可以在波纹板表面形成电解作用，并在永磁铁和铁质箱体形成的磁场作用下，提升载流子在磁场下的迁移速率，进而降低了界面处电子空穴对的复合几率，导致整个体系光催化效率增强，从而更有效降解河道有机污染物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1)与现有技术中常见的将光催化剂膜置于反应腔体内不同，本发明装置直接在河道水体中进行光催化反应，通过波纹板的浮动在光催化剂表面形成液膜并完成新旧液膜的交替变换(更新液膜)，在太阳光的照射下实现持续去除液膜中有机物的技术效果，由此克服了现有技术在腔体内部进行光催化反应装置中设备复杂且无法持续进行等问题。
2)与现有技术中常见的复杂的太阳光追随装置不同，本发明通过永磁铁的设置，能够很容易实现水中悬浮的箱体以及箱体顶上的波纹板的方向调整，从而使得波纹板的斜面(催化剂负载面)始终朝向南北(对着太阳)，以充分利用太阳光，从而提高光催化效率，能够更高效去除有机污染物。
3)与现有技术中复杂的增效机构设置不同，本发明利用简单的结构设置产生的磁场作用来提升载流子的迁移速率，达到增强光催化效率的目的，有磁场的作用，光催化效果可以提高2倍左右。
4)本发明装置结构简单，制造容易，成本低廉，维护方便，无需提供额外动力，适合推广应用。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
