申请日2013.02.19
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号C02F1/72; C02F1/32
摘要
高效光催化污水处理装置，包括罐体、石英管、回流接口、超强紫外灯管、三维蜂窝陶瓷网光化学反应室、污水布水器、污水接口、曝气接口、曝气组件、排污口、布药组件、药剂接口、粗效过滤网、高压反冲装置、高压水接口、尾气回收口及往复运动装置;罐体下部设有有机污水接口、曝气接口和药剂接口三个接口;上部为超强紫外灯和纳米TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室;罐体上部设有尾气回收口。
权利要求书
1.高效光催化污水处理装置，其特征是包括罐体、石英管、回流接口、超强紫外灯 管、三维蜂窝陶瓷网光化学反应室、污水布水器、污水接口、曝气接口、曝气组件、排 污口、布药组件、药剂接口、粗效过滤网、高压反冲装置、高压水接口、尾气回收口及 往复运动装置;罐体下部设有有机污水接口、曝气接口和药剂接口三个接口;上部为超 强紫外灯和纳米TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室;罐体上部设有尾 气回收口。
2.根据权利要求1所述的高效光催化污水处理装置，其特征是污水布水器、布药组 件及曝气组件三个组件在各自的平面上，都具有流量均匀且流量可控的阀门。
3.根据权利要求1所述的高效光催化污水处理装置，其特征是TiO2光催化剂负载的 三维蜂窝陶瓷网光化学反应室的结构是：三维蜂窝陶瓷网有2至N层，纳米TiO2光催化 剂负载的三维蜂窝陶瓷层的均匀开孔是竖直的，垂直平行的150～280nm紫外光灯管有1 至N根，N等于8至16，并可以穿过三维蜂窝陶瓷网上面的孔，也可以采用环形紫外灯 管水平放置的方式，此时三维蜂窝陶瓷网上面无需开孔。每根灯管都配有信号检测数据 线，确保工作正常。
4.根据权利要求1所述的高效光催化污水处理装置，其特征是超强紫外灯管置于石 英套管内，石英套管外固定安置清洁刮片，石英套管由往复运动装置带动可作上下运动。
5.根据权利要求1所述的高效光催化污水处理装置，其特征是设有平行放置的金属 栅格网，均匀放置纳米TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷层。
6.根据权利要求1所述的高效光催化污水处理装置，其特征是设有高压水反冲装置， 其水压力在0.1～16Mpa之间可调。
7.根据权利要求1至6之一所述的高效光催化污水处理方法，其特征是有机污水同 时与氧化剂、曝气混和均匀，随进水流通过超强紫外灯和纳米TiO2光催化三维蜂窝陶瓷 网的光化学反应室进行处理;污水、药剂、曝气混和均匀后，通过超强紫外灯和纳米TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室的时间为5min以上;反应温度是15-40℃。
8.根据权利要求7所述的高效光催化污水处理方法，其特征是氧化剂为K2FeO4、Na2O2、 过硫酸钾、FeCl3或芬顿试剂，也可以采用H2O2，与有机污水同时混和，添加的质量可调。
9.根据权利要求7所述的高效光催化污水处理方法，其特征是FeCl3或芬顿试剂归 为酸性氧化剂，而K2FeO4、Na2O2、过硫酸钾归为碱性氧化剂类。经一类氧化剂进行处理后， 经检测处理后有机污水的COD值(或可生化性)未降到50%时再采用另一类氧化剂进行处 理。
10.根据权利要求7所述的高效光催化水处理方法，其特征是混和污水进入置有在 150～280nm紫外线(UV-C)和光催化反应产生的强氧化剂作用下，使各种有机污染物能 有效地打开分子、甚至分解成无毒的水、二氧化碳和无污染的无机物;曝气为富氧气体、 纯氧或臭氧。
说明书
一种高效光催化水处理方法与装置
技术领域
本发明涉及一种高效光催化水处理方法与装置，尤其是对高污染的有机污水的处理方 法与装置。
背景技术
随着经济发展与城市化的加速，工矿企业导致的场地和高污染的有机污水对环境的污 染十分严重。由于产业结构与城市布局的变化与调整，有些化工、冶金等污染企业纷纷 搬迁，加上一些企业的倒闭，污染场地不断产生。土壤是人类社会生产活动的重要物质 基础，是不可缺少、难以再生的自然资源。没有处理的污染场地将是化学定时炸弹，一 旦大面积爆发将会对国家可持续发展造成难以估量的影响,因此必须对土壤以及对地下 水的污染的修复和治理予以高度重视。因此有必要妥善管理并加以修复，使其得到合理 利用。
随着我国城市规划、城市布局的调整，许多化工厂、制药厂、钢铁厂等排污企业外迁， 遗留了大量有机污染场地。许多化工或农药企业搬迁后的污染土壤场地和地下水是高污 染的有机污水和重金属污染。废弃的有机污水污染的场地将被开发作商用和民用，其中 的大量有毒有机物质，会严重影响着生态环境和人体健康，因此亟需对有机污染场地进 行高效、快速的修复。物理修复的方法已经公开报导的有，包括清洗法、蒸发法、电修 复法、热修复法、通风去污和焚烧法。若不经过地面之下对污染水的处理，则根本没有 完成土壤的治理工作。在现有的污染土壤场地和地下水修复处理的实践中还缺乏一种比 较理想的治理污染的方法。
CN102101715A一种有机污水的处理方法，负载羰基金属为催化剂，羰基金属为Ru、 Co中的一种或两种组合，催化剂载体选自Al2O3、活性炭、TiO2、ZrO2、CeO2中的至少一 种或者是它们的组合;金属的重量百分含量为0.01～5%(相对于载体)，其中贵金属元素 的重量百分比(相对于载体)为0.05～0.3%，以含氧气体为氧化剂，氧化降解污水中有机 物，反应温度为90～250℃，反应总压1.0～6.0MPa，反应1～3小时。
CN201110394823有机污水的处理方法，首先将有机污水排入进料仓，投加PH值调节 剂，将PH值调制6-8;然后将调整过的污水排入梯级反应舱，先投加控粘剂，再投加阻 聚剂，进行初步沉淀，净水排入回用水池，滤液排入梯级裂解舱;再次，滤液排入梯级 裂解舱后，排入蒸汽，通过蒸汽控制温度在100～210℃，使得甲基磺酸钠与丙烯酸钠和 净水分离，回收甲基磺酸钠和丙烯酸钠，净水回收回用水池，滤渣排入残液槽;最+后在 残液槽中通入CO2，CO2和残渣中的NaOH经过置换反应后，完全置换成Na2CO3，Na2CO3加以 回收，所剩残渣压滤排出。有机污水的处理方法，处理流程短，可资源化回收利用。
CN201110302520公开了一种处理有机污水的方法,该方法是用有机塑料不完全包覆 铁基材料制备成包覆型铁基材料,置入pH值为3~7的有机污水中进行处理;所述有机塑料 为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯,所述铁基材料为零价铁。所采用的铁基材料原料来源广 泛、成本低、制作过程简单、性能稳定、环境友好,反应效率高、可重复使用,使用寿命 长。本发明的处理方法可以用于各种有机污染的水处理,针对不同行业工业典型有机污染 物特点因地制宜进行调整,可克服以往各种技术的不足,方便易操作且效率高。
CN200810059241有机污水的处理方法,使用负载有金属酞菁的活性炭材料吸附污水 中的有机污染物,吸附饱和后将活性炭材料浸入含有氧化剂的水溶液中;或直接在有机污 水中加入负载有金属酞菁的活性炭材料和氧化剂,有机污染物被催化降解,活性炭材料得 以再生并可以重复使用;该处理方法可应用于难降解的酚类有机污水、染料污水等多种有 机污水处理或中水回用;它具有方法简便,成本低,有机污水处理效果好等特点。
芬顿氧化技术是以芬顿试剂进行化学氧化的污水处理方法。Fenton试剂是由H2O2和 Fe2+混合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。其氧化机理主要是在酸性条件下(一般 pH<3.5)，利用Fe2+作为H2O2的催化剂，生成具有很强氧化电性且反应活性很高的·OH， 羟基自由基在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。 同时Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，将大量有机物凝结而去除。芬顿氧化法可有效地处 理含硝基苯、ABS等有机物的污水以及用于污水的脱色、除恶臭。Fenton试剂氧化能力 强。过氧化氢分解成羟基自由基的速度很快，氧化速率也较高。羟基自由基具有很高 的电负性或亲电性。处理效率较高，处理过程中不引入其他杂质，不会产生二次污染。 由于是一种物理化学处理方法，很容易加以控制，比较容易满足处理要求。芬顿氧化既 可以单独使用，也可以与其他工艺联合使用，以降低成本，提高处理效果。如果将生物 氧化法作为预处理，其去除有机物的效果将会更好。对污水中干扰物质的承受能力较强， 操作与设备维护比较容易，使用范围比较广。Fe(OH)3胶体能在低pH值范围内使用，而 在低pH值范围内有机物大多以分子态存在，比较容易去除，这也提高了有机物的去除效 率。但此技术一般较难直接用于处理更高污染的有机污水:有些重污染源之地的半地下的 污染污水，包括在修复土壤污染过程中必须要处理的污水，这些污水无法进行立即的生 化处理，芬顿絮凝的方法效率亦不高，故需要提出一种有些重污染源之地的半地下的污 染污水进行预处理提出一种更高效的处理方法，并提出一种移动的处理设备。
发明内容
本发明目的是，提出一种高效光催化水处理方法与装置，尤其是对高污染的有机污水 的处理方法与装置，并提出一种移动的处理设备。
高效光催化污水处理装置，包括罐体1、石英管2、回流接口3、超强紫外灯管4、三 维蜂窝陶瓷网光化学反应室(包括纳米TiO2三维蜂窝陶瓷网5)、清洁刮片6、污水布水 器7、污水接口8、曝气接口9、曝气组件10、排污口11、布药组件12、药剂接口13、 粗效过滤网14、高压反冲装置15、高压水接口17、尾气回收口17及往复运动装置18 等部分组成;罐体下部设有有机污水接口8、曝气接口9和药剂接口11等三个接口;上 部为超强紫外灯和纳米TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室。
进一步的，有机污水布水器7、布药组件12及曝气组件10等三个组件在各自的平面 上，都具有流量均匀且流量可控的功能。
进一步的，TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷网光化学反应室的结构是：三维蜂窝陶 瓷网有2至N层，纳米TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷层的均匀开孔是竖直的，垂直 平行的150～280nm紫外光灯管有1至N根，N等于8至16，并可以穿过三维蜂窝陶瓷网 上面的孔，也可以采用环形紫外灯管水平放置的方式，此时三维蜂窝陶瓷网上面无需开 孔。每根灯管都配有信号检测数据线，确保工作正常。
超强紫外灯管4置于石英套管3内，石英套管外固定安置了松紧配合适当的清洁刮片 6，石英套管由往复运动装置18带动可作上下运动。设有平行放置的金属栅格网，均匀 放置纳米TiO2光催化剂负载的三维蜂窝陶瓷层。
设有高压水反冲装置，其水压力在0.1～16Mpa之间可调。罐体上部设有尾气回收口 17。
高效光催化污水处理方法，有机污水同时与氧化剂、曝气混和均匀，随进水流通过超 强紫外灯和纳米TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室进行处理;污水、药剂、曝 气混和均匀后，通过超强紫外灯和纳米TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网的光化学反应室的时 间为5min以上;反应温度最好在10℃以上，尤其是15-40℃或更高。
氧化剂为K2FeO4、Na2O2、过硫酸钾、FeCl3或芬顿试剂，也可以采用H2O2，与有机污水 同时混和，添加的质量可调。
有机污水同时与氧化剂、曝气混和均匀，随进水流通过紫外灯和纳米TiO2光催化三 维蜂窝陶瓷网的光化学反应室。药剂、曝气混和均匀，通过紫外灯和纳米TiO2光催化三 维蜂窝陶瓷网的光化学反应室的时间为5min以上;反应温度最好在10摄氏度以上，尤 其是20-40摄氏度。
药剂为K2FeO4、Na2O2、过硫酸钾、FeCl3、或芬顿试剂，也可以采用H2O2，与有机污水 同时混和，添加的质量为10-10000mg/L或更大。
FeCl3、或芬顿试剂归为酸性氧化剂，而K2FeO4、Na2O2、过硫酸钾归为碱性氧化剂类， 经一类氧化剂进行处理后，经检测处理后有机污水的COD值(或可生化性)未降到50% 时再采用酸性和碱性氧化剂的另一类进行处理。即K2FeO4、Na2O2、过硫酸钾与酸性氧化 剂FeCl3、芬顿试剂交叉处理，更换氧化剂过渡时采用双氧水作为中性氧化剂。有机污水 经过粗效过滤网去除颗粒物再进行光催化处理。
混合污水进入置有在150～280nm紫外线(UV-C)和光催化反应产生的强氧化剂(羟 基自由基等)作用下，使各种有机污染物能有效地打开分子、甚至分解成无毒的水、二 氧化碳和无污染的无机物。
FeCl3或芬顿试剂归为酸性氧化剂，而K2FeO4、Na2O2、过硫酸钾归为碱性氧化剂类。 经一类氧化剂进行处理后，经检测处理后有机污水的COD值(或可生化性)未降到50% 时再采用另一类氧化剂进行处理。
混和污水进入置有在150～280nm紫外线(UV-C)和光催化反应产生的强氧化剂作用 下，使各种有机污染物能有效地打开分子、甚至分解成无毒的水、二氧化碳和无污染的 无机物。曝气为富氧气体、纯氧或臭氧时更有助于处理效果。
本发明的有益效果是：能够直接用于处理更高污染的有机污水(COD可以大于 10000mg/L以上)，一般是低成本的将高污染的有机污水的COD值降低一半以上，尤其是 重污染源之地的半地下的污染污水，包括在修复土壤污染过程中必须要处理的污水，经 本发明处理后经曝气后或再采用芬顿絮凝的方法，再进行生化、曝气絮凝，使后道效率 提高。
采用的光源发出紫外线的波长为150～280nm，既能激发TiO2光催化作用，又能直接 杀灭细菌，紫外灯管的寿命大于10000小时。