申请日2000.03.17
公开(公告)日2000.08.09
IPC分类号C02F1/32; B01D21/00
摘要
本发明属于使用光催化剂的水处理技术领域,包括装有强制循环手段的流化床形式的反应器,该反应器被分隔成反应区和沉淀分离区,反应区位于反应器的下部,它又分为中心区域和周边区域,多个紫外灯设置在反应器内的反应区内,在反应器下部还设置有入水口。反应器顶部为沉淀分离区及出水口。本发明具有反应速率高、处理量大、操作容易且催化剂能回收再用,可连续运行的优点,可成为应用于工业化的污水处理的实用装置。
摘要附图
权利要求书
1、一种内置沉淀分离区的流化床型悬浮光催化氧化水处理方法，其特征在于：
1)采用具有多孔结构、粉末状的催化剂颗粒与待处理水混合形成悬浮催化剂的 混合液;
2)将所说的混合液送入流化床形式的反应器中，并对该混合液进行强制循环， 以增强传质效率;
3)将紫外灯直接置入反应器内，其产生的光子可被催化剂有效利用;
4)在反应器顶部设置沉淀分离区，使催化剂颗粒与处理水分离，处理水由出水 口排出，催化剂回流到反应器内循环使用，水处理过程实现连续运行。
2、采用如权利要求1所述方法的内置沉淀分离区的流化床型悬浮光催化氧化水 处理装置，其特征在于，包括装有强制循环装置的流化床形式的反应器。该反应器被 分隔成反应区和沉淀分离区，反应区位于反应器的下部，它又分为中心区域和周边区 域，多个紫外灯设置在反应器内的反应区内，在该反应器下部还设置有入水口，该反 应器顶部为沉淀分离区及出水口。
3、如权利要求2所述悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于，所说的强制循 环装置为设置在反应器底部的空气空气供给装置及设置在反应器内部的导流装置。
4、如权利要求2所述悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于，所说的强制循 环装置为设置在反应器底部的搅拌器及设置在反应器内部的导流装置。
5、如权利要求2所述悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于，所说的导流装 置为导流筒，该导流筒将所说的反应器分隔成中心区域和周边区域。
6、如权利要求4或5所述悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于，所说的导 流筒上设置有多个旋流板。
7、如权利要求2所述悬浮光催化氧化水处理装置，其特征在于，所说的反应器 的外壳为圆柱形状。
说明书
内置沉淀分离区的流化床型悬浮光催化氧化水处理方法及其装置
本发明属于使用光催化剂的水处理方法及装置的技术领域，特别涉及适用于含有 难降解有机物的水的光催化氧化处理方法及装置。
近年来，随着工业和经济的发展，许多含有难以生物降解的有毒有害物质的排放 水不断进入环境，给工农业生产、人民生活和人体健康带来很大的危害。如何有效地 处置这些被污染的水成为环境领域的热点。光催化氧化技术是一项刚兴起不久的高级 氧化技术，出于它具有(1)能将有机物完全矿化成对环境几乎没有危害的CO2、H2O及矿物酸;(2)几乎能没有选择性地氧化所有的有机物;(3)反应条件温和，对反应 温度、pH值没有什么特殊要求等等一些优势，使其在环境领域中的应用有着非常光 明的前途。
总的来说，光催化氧化技术在污水处理中的应用方法的主要分歧在于反应器的类 型：一类是利用自然光(太阳光)为照射光源、采用催化剂固定化技术的平板式反应 器;另一类是利用人工光源(紫外灯)为照射光源、采用粉末催化剂的悬浮体系光催 化氧化反应器。
目前国内文献如Wang Yi-zhong，et al(Journal of Environmental Sciences，Vol.10， No.3，pp.291-295，1998)对光催化氧化反应器的报导均为第一类反应器，其结构示意 图如图1所示，它是由平板反应器11，出水槽12，水箱13，循环泵14，流量计15， 搅拌器16，喷射栅17及排水口18组成。该反应器为间歇式反应器，当水箱中污染 物的浓度达到排放标准时，一个反应周期结束。
上述反应器存在如下缺陷：(1)该反应器为间歇式反应器，操作起来很不方便; (2)平板式反应器的一个特点就是将催化剂固定在平板的表面，这大大地降低了可 用于催化反应的催化剂的比表面积，使反应器对污染物的去除速率大大降低;(3)平 板式反应器多利用太阳光源，由于太阳光强度随季节、天气和时间的变化非常明显， 给反应器的操作带来很大的不便;(4)太阳光中能触发光催化氧化反应的紫外线的比 例非常低(约4%)，大大地限制了反应的速度。
对第二类反应器而言，由于催化剂处于悬浮状态，使得(1)催化剂颗粒可以尽 可能地小并且含有孔隙，增加了颗粒的比表面积;(2)增加了催化剂颗粒表面的利用 效率;(3)增加了催化剂颗粒表面与污染物接触的机率，其反应速率大大高于第一类 反应器。但其不能推广的重要原因就是催化剂的分离和连续运行问题。在一些研究中 曾尝试采用混凝沉淀的方法来使粉末催化剂与处理水分离，但这种方法操作烦琐，而 且催化剂难以回收再用。例如，特开平9-174067号公报中发表的技术中，向处理后 的溶液中加入高分子混凝剂，使粉末状光催化剂与处理水分离。由于以上原因，光催 化氧化技术的实用化受到了很大的限制。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种悬浮光催化氧化水处理方 法及其装置，使其具有反应速率高、处理量大、操作容易且催化剂能回收再用，可连 续运行的优点，可成为应用于工业化的污水处理的实用装置。
本发明提出的一种内置沉淀分离区的流化床型悬浮光催化氧化水处理方法，其特 征在于：
1)采用具有多孔结构、粉末状的催化剂颗粒与待处理水混合形成悬浮催化剂的
混合液，以增大催化剂的比表面积，提高反应速率;
2)将所说的混合液送入流化床形式的反应器中，并对该混合液进行强制循环，
以增强传质效率;
3)将紫外灯直接置入反应器内，其产生的光子可被催化剂有效利用;
4)在反应器顶部设置沉淀分离区，使催化剂颗粒与处理水分离，处理水由出水
口排出，催化剂回流到反应器内循环使用，水处理过程实现连续运行。
本发明还提出采用上述方法的内置沉淀槽的流化床型悬浮光催化氧化水处理装 置，其特征在于，包括装有强制循环装置的流化床形式的反应器。该反应器被分隔成 反应区和沉淀分离区，反应区位于反应器的下部，它又分为中心区域和周边区域，多 个紫外灯设置在反应器内的反应区内，在该反应器下部还设置有入水口，该反应器顶 部为沉淀分离区及出水口。
所说的强制循环装置可为设置在反应器底部的空气空气供给装置及设置在反应 器内部的导流装置。也可为设置在反应器底部的搅拌器及设置在反应器内部的导流 装置。
所说的导流装置可为导流筒，该导流筒将所说的反应器分隔成中心区域和周边区 域。所说的导流筒上还可设置有多个旋流板。
所说的反应器的外壳可为圆柱形状。
本发明的利用悬浮光催化剂的水处理方法及装置具有以下效果。
(1)本装置可将含有有机物的原水与粉末状的光催化剂的混合液强制循环，并用
紫外灯进行照射，使粉末状的光催化剂及有机物均匀搅拌，有效地实现了有
机物与光催化剂表面的接触。这样，有机物能被有效地氧化分解，缩短了原
水的处理时间，相应地增加了处理水量。
(2)将混合液以旋流形式强制循环，光催化剂及有机物能更均匀地得到搅拌，从
而使有机物能更高效地被氧化分解。
(3)光催化剂为多孔质的颗粒，比一般颗粒的光催化剂表面积大。这样，有机物
与光催化剂表面的接触机会增大，有机物能更有效地被氧化分解。