申请日2013.03.18
公开(公告)日2013.07.10
IPC分类号C02F9/08; C02F1/30; C02F1/44; C02F1/78; C02F1/32
摘要
本发明涉及一种次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，属于废水处理技术领域。现有的相关技术中，存在催化剂流失、微波能量浪费、单罐容量偏小、内部液体循环强度不足、臭氧利用不完全、降解反应终点时刻难辨明等等问题，本案针对上述系列问题。本案其结构限制微波辐照空域;并聚束、引导含臭氧空气气泡流，将其导向重点反应区域;其结构并以外置的级联的三级反冲洗式过滤器达成针对催化剂微粒的逐级拦截;该结构其滤芯选材不再受限;该结构其尾气排放口处并装设有臭氧传感器，其所输出的电讯号传送给联接磁控管及空气泵的电源控制器，藉此架构，能够在降解反应达到终点时即时地关闭能量注入，即时终止多余臭氧其发生进程。
权利要求书
1.次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，该反应器的主体构件是一个中空的容器，该 容器其外形轮廓呈立方体形、长方体形、圆柱体形、椭圆柱体形、多棱柱体形、球体形或椭球体形，该反 应器的结构还包括微孔曝气头，该微孔曝气头的数量是在一个以上，该微孔曝气头的装设位置是在该容器 的内腔下部区域，以及，石英管，该石英管架设在所述容器的内腔位置，该石英管的两端装设有封堵盖头， 分别位于石英管两端的所述封堵盖头上均开设有通气接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环 状、球状、海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯 均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于该容器的外部，所述石英管其一端封堵盖头 上的通气接口经由通气管道并透过所述容器的壁与所述空气泵的出气口联接，所述石英管其另一端封堵盖 头上的通气接口经由另一条通气管道与位于该容器内腔下部区域的微孔曝气头联接，以及，微波发生器， 该微波发生器装设于该容器的外部，该微波发生器是磁控管，以及，波导管，该波导管是用于传输微波的 构件，该波导管的一端与所述磁控管联通，该波导管的另一端透过该容器的顶部的壁朝向该容器的内腔， 以及，水泵，该水泵用于向所述容器内腔泵送含有机污染物的所述废水，该水泵位于该容器的外部，该水 泵的出水口经由通水管道并透过该容器的壁通向该容器的内腔，该容器的顶部开设有尾气排放口，其特征 在于，该波导管的透过该容器的顶部的壁的那一端进一步延伸进入该容器的内腔，该深入容器内腔的波导 管的那一端并且再进一步透过所述石英管的一个封堵盖头探入石英管的内部，以及，该反应器的结构还包 括金属材质的笼状的微波约束器，该笼状的微波约束器其自身结构中含有许多的孔洞或网眼，该笼状的微 波约束器的功能是约束微波，遏制其无益耗散，同时，允许大部分紫外光穿透，该笼状的微波约束器就是 一个金属笼，该笼状的微波约束器的装设位置位于所述石英管的内部，该笼状的微波约束器其内腔与所述 波导管的探入石英管的那一端联通，所述联通指的是微波通道意义上的连接与贯通，所述架设在石英管内 部的无极紫外灯均被该笼状的微波约束器裹在其中，以及，该反应器的结构还包括一个金属材质的筒状构 件，该筒状构件竖直地悬空架设于该容器的内腔位置，该筒状构件的中轴线与该容器内腔底面相互垂直， 该筒状构件的下部其腔管管径逐渐膨大使得该筒状构件的轮廓状似大头朝下的简易的喇叭筒，所述石英管 是竖直地悬空架设于该筒状构件腔管之内的上部区域，该石英管的全部或大部分隐没在该筒状构件腔管之 内，所述石英管的中轴线与该筒状构件的中轴线相互重合，所述石英管的外壁与围绕其周遭的筒状构件腔 管管壁之间的距离是介于5厘米与40厘米之间，该筒状构件的上部端口与该容器内腔腔顶的距离是介于 10厘米与100厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口边沿与该容器内腔侧壁之间的横向距离介于5 厘米与300厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口边沿与该容器内腔底面之间的纵向距离介于5 厘米与100厘米之间，所述微孔曝气头的装设位置是在该筒状构件其大头端端口边沿在该容器内腔底面铅 垂投影所圈定的范围之内，以及，增压泵，该增压泵用于增压泵送混有大量催化剂微粒的降解之后的水， 该增压泵其进水口经由另一条通水管道并透过该容器的壁与该容器的内腔联接，以及，反冲洗式前置预过 滤器，该反冲洗式前置预过滤器其进水口与所述增压泵的出水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜微滤过 滤器，所述反冲洗式前置预过滤器其净水出口经由第一个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的进 水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口经由 第二个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其净 水出口与第三个净水阀的进口端联接，该第三个净水阀的出水端是输出终端净水的出水端，所述反冲洗式 前置预过滤器其污水出口经由第一个污水阀与该容器的内腔联接，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其 污水出口经由第二个污水阀与该容器的内腔联接，所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其污水出口经由第 三个污水阀与该容器的内腔联接，各所述过滤器均用于截留催化剂微粒，各所述过滤器其污水出口均转用 为受截留催化剂微粒的回收再用输出口或回流再用输出口，以及，臭氧传感器，该臭氧传感器其取样管的 取样端口邻近所述尾气排放口或探入所述尾气排放口的内部，以及，臭氧含量显示器、臭氧警示器或臭氧 含量显示器与臭氧警示器的复合机构，该臭氧传感器经由第一条电缆与该臭氧含量显示器、臭氧警示器或 臭氧含量显示器与臭氧警示器的复合机构联接，以及，电源控制器，该臭氧传感器其输出电讯号经由第二 条电缆与该电源控制器联接，该电源控制器经由第三条电缆与所述磁控管联接，该电源控制器经由第四条 电缆与所述空气泵联接，该电源控制器是能够根据其所接收的所述电讯号进行电源开关动作的电源控制 器。
2.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，该笼状 的微波约束器其材质是经过镜面抛光处理的冲孔不锈钢。
3.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，该笼状 的微波约束器是由镜面抛光不锈钢丝编织制成。
4.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，该笼状 的微波约束器其孔洞或网眼的口径介于0.5厘米与3.0厘米之间。
5.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，该筒状 构件其材质是不锈钢。
6.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，结构涉 及许多的微孔曝气头，该许多的微孔曝气头是在三维方向上进行堆叠架设，以此方式聚拢形成具有三维堆 叠架构的团簇状微孔曝气头集群。
7.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，所述反 冲洗式前置预过滤器其滤孔孔径介于5微米与300微米之间，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其滤孔 孔径介于25纳米与1000纳米之间，所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其滤孔孔径介于15纳米与2纳 米之间。
8.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，该反冲 洗式中空纤维膜超滤过滤器是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器单体相互并联联接组 成。
9.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，该反冲 洗式中空纤维膜微滤过滤器是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器单体相互并联联接组 成。
10.根据权利要求1所述的次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，其特征在于，在所述 反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口与所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口的联接管路 上装设有第二个增压泵，该第二个增压泵用于增补水压以满足所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水 压力需求。
说明书
次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器
技术领域
本发明涉及一种次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降解反应器，属于C02F废水处理技术领域。
背景技术
微波光催化降解处理技术，作为一种有效的针对含有机污染物工业废水的无害化处理技术，近年来颇 受关注。
关于微波光催化降解技术，作为一例，可以参见公开号为CN102260003A的中国专利申请案。
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，是以微波作为激发源，激发无极紫外灯发射紫外线， 于液体内部照射掺有光催化剂二氧化钛的悬浊液，该无极紫外灯被石英管所笼罩保护着，有空气泵向该石 英管内腔持续注入空气，由石英腔溢出的空气经由管道与位于反应器底部的微孔曝气头联通，该反应器内 部的下方区域为曝气区，该反应器内部的上方区域是微波光催化反应区，该方案还以反应器内置的膜分离 组件，来提析净化后的水，并以该膜分离组件实现光催化剂二氧化钛微粒的截留再用;该方案还在无极紫 外光源与膜分离组件之间架设隔板，用于防止紫外线对有机质的膜分离组件的辐射损伤;通入反应器内部 的空气，部分直接参与依托光催化剂二氧化钛的光催化降解反应，还有一部分空气，在紫外光的直接照射 下，生成一定量的臭氧，该生成的臭氧当然也发挥着针对有机污染物的直接的氧化降解作用。
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案毫无疑问为微波光催化废水降解技术的进步起到了不 可忽视的推动作用，其研发人员在该领域所展开的工作令人敬佩。
基于由衷的敬佩之意，以及，共同的努力方向，我们下面要谈的是问题。
以下将要谈到的问题，共有七个;该七个问题是并列的七个问题;其排序的先后仅仅是出于论述便捷 的考虑。
问题之一：
该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截催化剂二氧化钛微粒的膜分离组件是安置 于反应器内腔，浸没在处理对象液体之中，并且依靠升腾的含臭氧气泡来冲刷膜分离组件，藉此除去其表 面所吸附、滞留的催化剂微粒，达成催化剂微粒的回收、再利用目的，同时，膜分离组件也是依靠这个方 式自洁并保持其分离能力，那么，基于该结构，只能选用商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，并且， 该膜分离组件是需要浸泡在有臭氧气泡升腾的强氧化性的周遭环境中，因此，对膜分离组件的氧化耐受力 必然有要求，普通材质的有机膜分离组件不能耐受这样的使用环境，故只能选用PVDF材质的膜分离组件， 这一点已在该案公开文本第0009段文字以及权项3中清楚地表明;该种需要特殊的氧化耐受力的滤膜其材 质成本较高，其市售价格当然也高于无氧化耐受力要求的普通有机微滤膜组件;换句话说，该案的结构方 式，导致膜分离组件的材质被局限于较昂贵的PVDF材质。再有，装置内可能的紫外光泄露，可能触及有 机膜组件，这也要求装置内的有机膜组件材质能够抵抗紫外光辐照，从这一点看，基于该装置的结构方案， 有机膜分离组件的材质也只能被局限在较昂贵的PVDF材质。
有机膜组件相较于陶制过滤组件，有其显而易见的优势;关于这一点，对于过滤技术专业的人士来说， 是公知的，在这里不展开赘述。
那么，在使用有机材质膜组件的前提之下，能否撇开这种PVDF滤膜材质局限呢?这是一个需要解决 的问题，此为问题之一。
问题之二：
鉴于所述升腾气泡的冲刷力、清洁能力比较弱，因此，与该清洁方式配合使用的膜分离组件其孔径只 能选用比较大的微滤级别的滤孔孔径，该微滤级别的滤孔孔径为0.1-0.2微米，关于这一点，同样在该案公 开文本第0009段文字以及权项3中有清楚的限定，该种滤孔孔径限定，从该案这样的膜分离组件的选型、 内置且浸泡使用方式、升腾气泡自洁方法来看，是必然的，只能限定其滤孔孔径在微滤级别。换句话说， 这种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，所以说，在该 案装置中，滤膜孔径限定在0.1微米-0.2微米之间，是没有商量余地的必然选择。
所谓0.1-0.2微米的滤孔孔径，如果换一个计量单位，对应的就是100-200纳米的滤孔孔径;那是什么 概念呢?以其下限的100纳米滤孔孔径来说，它所能拦截的催化剂微粒其尺寸必须是在100纳米以上，而 小于100纳米的催化剂微粒是无法被拦截的;换句话说，小于100纳米的催化剂微粒将直接穿透、通过膜 组件的滤孔，混入降解反应器所输出的所谓的净水之中。
现在需要来谈谈紫外光催化降解反应所涉光催化剂的粒径以及光催化剂剂型选择。
从事光催化降解研究的专业人士都知道，以紫外光激励的光化学降解反应，其催化剂多选用二氧化钛 微粒催化剂;目前，在实验室水平上已经研发出品种繁多的基于二氧化钛光催化特性的光降解用微粒催化 剂，当然，这些不同制备方式形成的光降解用催化剂，其粒径也是多样的;不同制备方法制成的光催化剂 其粒径小至20纳米，大至100000纳米也即100微米，都有，其中不乏性能优异的光催化剂品种;但是，由 于性能长期稳定性评价、制备成本以及市场拓展等等方面因素的制约，绝大多数的所述光催化剂其供应能 力仅局限于实验室水平，而没有能够形成大规模市售的生产水平;目前周知的能够大量购买到的市售的能 够实际大量使用的用于紫外光波段的光催化剂是著名的气相二氧化钛P25;气相二氧化钛P25其具体技术 含义，业内人士都知道，在这里不展开赘述;气相二氧化钛P25的平均粒径是21纳米;气相二氧化钛P25 性能不算最优，但是，其性能稳定，关键是可以在市场上大量购买得到，并可以在工业规模上大量使用， 因此，光催化专业实验室里也常常用P25催化剂来作为衡量各种自制光催化剂催化性能的参照指针或对比 指针，事实上，鉴于紫外光催化降解反应的特点，分散度越高的光催化剂，越是适合该型反应的需要，也 就是说，平均粒径在21纳米左右的光催化剂其所能够提供的触媒界面面积、抗沉降能力、催化性能长期稳 定性等等方面，综合而言，是最理想的。简单地讲，目前，价廉物美，能够实际大量购买、使用的现成的 市售的商品级的紫外光波段的光催化剂，就是平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25催化剂;在工业规模 的应用层面，这种平均粒径为21纳米的光催化剂是事实上的首选。
上文已述及，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截光催化剂的膜组件，是以升 腾气泡的冲刷来剥离膜组件表面所吸附、沉积的催化剂微粒，然而，该种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、 清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，因此，在该案装置中，滤膜孔径被限定在0.1微米-0.2 微米之间微滤滤孔级别，换个计量单位来说，在该案装置中，滤膜孔径被限定在100纳米-200纳米之间的 微滤滤孔级别，这是没有商量余地的必然选择;该案无可选择的100纳米-200纳米之间的微滤滤孔当然无 法拦截如上所述的平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25颗粒;那么，如果使用P25光催化剂，该催化剂 将完全无法拦截，并流入所谓的净水中，形成二次污染，当然也造成催化剂的严重损失和无法再用;即便 是使用其它品种的为此而特制的大粒径的二氧化钛光催化剂，其使用过程中因相互碰撞或与器壁碰撞，必 然也会产生大量小粒径碎片，其中粒径小于100纳米的碎片，同样不能被100纳米-200纳米之间的微滤滤 孔所拦截，这些小碎片也会透过其膜组件进入所谓的净水之中，形成二次污染。
可见，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其针对光催化剂微粒的拦截结构方案以及相关 膜组件的清洁方案都不理想。
因此，如何在兼收并蓄该案优点的前提之下，达成针对光催化剂微粒的精细的拦截和回收再用，是一 个很值得深思的重要课题，此为问题之二。
问题之三：
我们知道，液态水体其本身也能够吸收微波的能量，并导致被处理的液态水体其本身的温升效应，而 这种伴随废水处理过程而出现的温升效应，却不是我们所期待的情形，换句话说，来自磁控管的微波能量 没有完全被用于激发无极紫外灯，而有相当一部分本应只用于激发无极紫外灯的微波能量被耗散于所述的 温升效应，该种不受待见的温升效应造成了不必要的微波能量浪费，鉴于上述公开号为CN102260003A 的中国专利申请案所展示的装置结构方案，其合理的途径，只能是通过减少微波光催化反应器的体积或者 说减少单罐处理容量来来达成弱化微波多余耗散的目的，关于这一点，在该CN102260003A申请案其具体 实施方式中清晰表达了关于该装置结构整体的适宜尺寸，其所表达的优选尺寸对应的就是一个外形很小的 装置，那么，如此一来，反应器内壁与微波辐射源的距离小了，与微波接触的废水量小了，废水所吸收的 微波能量相对也小了，与之相对应地，单罐的废水处理量因此也小了，更具体地说，其实施例中所表达的 装置适宜尺寸所对应的内部容积是40升，也即单罐废水处理量是40升，即0.04立方，换句话说，其一次 全套、全程操作只解决了0.04立方的工业废水，那么，就需要进行很多次的由首至尾的全套操作的重复， 其处理量的累加才具有工业规模的意义，打个比方说，只是个大致的比方，该案其优选结构尺寸大致对应 的单罐0.04立方这样的废水处理量，需要重复1000次的由首至尾的全套、全程操作，其累加量，才能达 到40立方这样一个具有工业水平的的废水处理量，如此过度繁琐的重复操作将导致人力、物力的严重浪费， 可见，该种由CN102260003A所展示的方案其实际的废水降解处理效率可能不能尽如人意。因此，如何在 不造成更多微波能量浪费或减少微波能量浪费的前提下，增加单罐废水处理量，减少该间歇式废水处理装 置的不必要的太多的由首至尾的重复操作次数，提高其废水处理效率，是一个有意义的值得关注的技术问 题，此为问题之三。
问题之四：
该种由CN102260003A所展示的方案，其反应罐内部漫布升腾的气泡，对于推动反应罐内部液体的相 对大尺度的循环运动，贡献稍显不足;当然，该不足之处，对于CN102260003A方案如其具体实施方式中 清晰表达的事实上对应的小尺寸、小容量装置来说，几乎没有什么可观测的影响。从工业规模的应用需求 来看，小尺寸的不能扩张处理量的装置当然没有多大的吸引力;那么，作为一种可能性，倘若有某种方式 能够实现处理量的大幅扩张，此情形下，反应罐内部液体的相对大尺度的循环运动其重要性就会自然地凸 显出来;设想一下这种处理量大幅扩张的可能性，那么，如何强化反应罐内部液体的相对大尺度的循环运 动，当然就是个问题，此为问题之四。
问题之五：
对于紫外光波段的光化学催化氧化反应来说，有以下这么几个要素会影响到该种氧化反应的效率，其 一是紫外光波长、强度，其二是光催化剂的粒径、单位体积反应液中光催化剂的使用量、光催化剂其自身 的催化性能等等，其三是被氧化对象即水体中有机物的浓度、有机物分子结构其自身所决定的氧化难易程 度等等，其四是氧气气氛的充足程度，在其它条件相同的情况下，氧气气氛的充足程度，就会成为影响光 化学催化氧化降解能力的一个举足轻重的要素。
如CN102260003A所展示的方案，其安置于反应器内腔下部的众多微孔曝气头漫布在底部，并借由其 所称的布水板，使得这种微孔曝气头漫布安排的效果变得更甚，当然，这对于使用相对容易沉降的大颗粒 的微米级的光催化剂的情形而言，的确存在其有利的一面，但是，从另一面来看，这种微孔曝气头漫布安 排的方式，氧气气氛的供给过于分散，而实际上最需要强化供氧的区域的是光化学催化氧化的最有效区域， 由于短波紫外线在液态水体中的有效穿透深度只有20厘米左右，因此，最需要强化供氧以促进光化学催化 氧化进程的有效区域实际上就是在石英管周边约20厘米距离之内的区域，换句话说，石英管周边约20厘 米距离之内的区域是真正需要强化氧气气氛供给保障的区域，这个区域氧气气氛供给越强，氧化反应也就 进行得越快;尤其特别地，以微波激励方式来产生无极紫外发射，其特点就是可以做到大功率、高强度， 这是无极紫外灯这种灯型的强项，然而，正因为其紫外辐射的高功率、高强度，就更需要以强大的氧气气 氛供给能力进行匹配，否则的话，那个强大的紫外辐射能力就真的是大部分被浪费了。上文已经述及，如 CN102260003A所展示的方案，诸多因素限制了它的反应器尺寸，限制了它的实际处理容量，就如其具体 实施例中清楚地表明的那样，那只能是一个单罐单次处理量只有40升左右的小反应器，在这样的小反应器、 小内腔的情况下，因为尺寸本身就很小，那么，它在光化学催化氧化有效区域供氧集中度方面的欠缺，就 不会那么明显，甚至可以忽略不计，更甚至完全可以看做是一个根本不存在的问题，面对那样的小尺寸的 小反应器，关于供氧集中度方面的欠缺问题，根本就不可能浮上脑际;但是，设想一下，倘若能够克服所 述诸多限制因素，倘若能够有办法实际构建一个大型、大处理量的反应器，那么上述石英管周边20厘米距 离之内有效区域供氧强化问题就会凸现出来，尤其对于使用无极紫外灯作为紫外辐射源的情况，上述石英 管周边20厘米距离之内有效区域供氧强化问题更加不容藐视，因此，如何在可能的大型无极紫外光催化氧 化降解反应器的构建之中，增强所述有效区域的供氧集中度、提高废水降解设备的效能，就是个需要盯住 的问题，此为问题之五。
问题之六：
该CN102260003A方案将空气泵入内含无极紫外灯的石英管之内，达成无极紫外灯的通风降温、冷却 的目的，而那些流动经过石英管的空气，因受紫外线的照射，有一部分空气会转变为臭氧，因此，从石英 管中流出的空气当然就是含有一些臭氧的空气，该方案将该含臭氧空气传输到位于反应器下方微孔曝 气头，并从微孔曝气头释出，在这些含臭氧气泡自下而上的升腾过程中，其中所含的臭氧会与路程之中遇 到的有机分子遭遇并发生氧化还原反应，这一氧化还原反应当然会消耗一部分臭氧，这是没有疑问的，但 是，上文已经述及，如CN102260003A所展示的方案，必然存在的无法忽视的诸多的因素限制了它的反应 器尺寸，限制了它的实际处理容量，就如其具体实施例中清楚地表明的那样，那只能是一个单罐单次处理 量只有40升左右的小反应器，在这样的小反应器、小内腔的情况下，因为总体尺寸本身就很小，那么，其 反应器内腔的纵向尺寸或者满打满算地视作盛液深度也只能是一个很小的尺寸，这个尺寸如其具体实施方 式之中所清楚地表明的，只有大约40厘米，满打满算盛液深度也就只有40厘米，实际上盛液深度当然要 小于这个数，就以40厘米的盛液深度来分析，那么，这个40厘米的盛液深度是个什么概念呢?那就是说， 含臭氧空气升腾通过废水的路径只有短短的40厘米，这个路径太短了，含臭氧空气气泡飞快地穿越仅仅只 有40厘米深的水体，与水体接触时间太短了，气泡中所含的臭氧，只能有很小的一部分被用于氧化降解有 机物，而大部分的臭氧实际上只是简单地路过液体，从液面上逸出并经尾气排放口排空，简单地说，这些 臭氧的氧化作用潜力大部分被浪费了，并且，逸出的、被浪费的臭氧实际上会造成不必要的空气污染;本 案主要发明人曾以普通家用臭氧机经由微孔曝气头向一米深的储水池中打入含臭氧空气，在水深深度达一 米的情况下，仍然能够在水面附近明显嗅到臭氧的气味，可见，那种40厘米深的盛液深度，显然是不足以 完全利用臭氧;可见，对于无极紫外光化学催化废水降解反应器这种类型的设备来说，臭氧利用不完全的 问题也需要关注，显然，人们更期待的是臭氧利用更完全、污染性尾气排放更少的无极紫外废水降解反应 器，此为问题之六。
问题之七：
废水催化降解反应器其运作，需要消耗能量，因此，操作人员一定会希望，当废水降解反应进行到终 点时，能够不偏不倚地、不过早也不过晚地即时地停止向反应器内部继续注入能量;停止注入能量的时刻 倘若过早，则废水降解不完全;而如果早已达到反应终点，却仍然继续地向反应器内部注入能量，那毫无 疑问是在浪费宝贵的能源。作为本案技术背景的CN102260003A方案其结构不能对废水降解反应终点时刻 给出任何的即时的信息，那么，就只能靠经验来估计废水降解反应的终点;而靠经验来估计废水降解反应 的终点，那显然不能令人满意;那么，如何针对废水降解反应终点时刻作出既不提前也无延迟的即时的信 息输出，并在恰到好处的时刻即时地关闭对反应器的能量输入，就是一个不可藐视的技术门槛，此为问题 之七。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上文述及的问题之一、二、三、四、五、六、七，研发一种能 够一揽子地解决所述系列问题的新型的废水微波光催化降解处理装置。
本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供一种次生臭氧彻底耗尽的大处理量光催化废水降 解反应器，该反应器的主体构件是一个中空的容器，该容器其外形轮廓呈立方体形、长方体形、圆柱体形、 椭圆柱体形、多棱柱体形、球体形或椭球体形，该反应器的结构还包括微孔曝气头，该微孔曝气头的数量 是在一个以上，该微孔曝气头的装设位置是在该容器的内腔下部区域，以及，石英管，该石英管架设在所 述容器的内腔位置，该石英管的两端装设有封堵盖头，分别位于石英管两端的所述封堵盖头上均开设有通 气接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量 至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空 气泵装设于该容器的外部，所述石英管其一端封堵盖头上的通气接口经由通气管道并透过所述容器的壁与 所述空气泵的出气口联接，所述石英管其另一端封堵盖头上的通气接口经由另一条通气管道与位于该容器 内腔下部区域的微孔曝气头联接，以及，微波发生器，该微波发生器装设于该容器的外部，该微波发生器 是磁控管，以及，波导管，该波导管是用于传输微波的构件，该波导管的一端与所述磁控管联通，该波导 管的另一端透过该容器的顶部的壁朝向该容器的内腔，以及，水泵，该水泵用于向所述容器内腔泵送含有 机污染物的所述废水，该水泵位于该容器的外部，该水泵的出水口经由通水管道并透过该容器的壁通向该 容器的内腔，该容器的顶部开设有尾气排放口，重点是，该波导管的透过该容器的顶部的壁的那一端进一 步延伸进入该容器的内腔，该深入容器内腔的波导管的那一端并且再进一步透过所述石英管的一个封堵盖 头探入石英管的内部，以及，该反应器的结构还包括金属材质的笼状的微波约束器，该笼状的微波约束器 其自身结构中含有许多的孔洞或网眼，该笼状的微波约束器的功能是约束微波，遏制其无益耗散，同时， 允许大部分紫外光穿透，该笼状的微波约束器就是一个金属笼，该笼状的微波约束器的装设位置位于所述 石英管的内部，该笼状的微波约束器其内腔与所述波导管的探入石英管的那一端联通，所述联通指的是微 波通道意义上的连接与贯通，所述架设在石英管内部的无极紫外灯均被该笼状的微波约束器裹在其中，以 及，该反应器的结构还包括一个金属材质的筒状构件，该筒状构件竖直地悬空架设于该容器的内腔位置， 该筒状构件的中轴线与该容器内腔底面相互垂直，该筒状构件的下部其腔管管径逐渐膨大使得该筒状构件 的轮廓状似大头朝下的简易的喇叭筒，所述石英管是竖直地悬空架设于该筒状构件腔管之内的上部区域， 该石英管的全部或大部分隐没在该筒状构件腔管之内，所述石英管的中轴线与该筒状构件的中轴线相互重 合，所述石英管的外壁与围绕其周遭的筒状构件腔管管壁之间的距离是介于5厘米与40厘米之间，该筒 状构件的上部端口与该容器内腔腔顶的距离是介于10厘米与100厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端 其端口边沿与该容器内腔侧壁之间的横向距离介于5厘米与300厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其 端口边沿与该容器内腔底面之间的纵向距离介于5厘米与100厘米之间，所述微孔曝气头的装设位置是在 该筒状构件其大头端端口边沿在该容器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内，以及，增压泵，该增压泵用 于增压泵送混有大量催化剂微粒的降解之后的水，该增压泵其进水口经由另一条通水管道并透过该容器的 壁与该容器的内腔联接，以及，反冲洗式前置预过滤器，该反冲洗式前置预过滤器其进水口与所述增压泵 的出水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器，所述反冲洗式前置预过滤器其净水出口经由第一 个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的进水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器，所 述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口经由第二个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的 进水口联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其净水出口与第三个净水阀的进口端联接，该第三个净水 阀的出水端是输出终端净水的出水端，所述反冲洗式前置预过滤器其污水出口经由第一个污水阀与该容器 的内腔联接，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其污水出口经由第二个污水阀与该容器的内腔联接，所 述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其污水出口经由第三个污水阀与该容器的内腔联接，各所述过滤器均用 于截留催化剂微粒，各所述过滤器其污水出口均转用为受截留催化剂微粒的回收再用输出口或回流再用输 出口，以及，臭氧传感器，该臭氧传感器其取样管的取样端口邻近所述尾气排放口或探入所述尾气排放口 的内部，以及，臭氧含量显示器、臭氧警示器或臭氧含量显示器与臭氧警示器的复合机构，该臭氧传感器 经由第一条电缆与该臭氧含量显示器、臭氧警示器或臭氧含量显示器与臭氧警示器的复合机构联接，以及， 电源控制器，该臭氧传感器其输出电讯号经由第二条电缆与该电源控制器联接，该电源控制器经由第三条 电缆与所述磁控管联接，该电源控制器经由第四条电缆与所述空气泵联接，该电源控制器是能够根据其所 接收的所述电讯号进行电源开关动作的电源控制器。
所涉臭氧传感器市场有售;也可根据需要向臭氧传感器专业厂家定制。
所涉臭氧含量显示器市场有售;也可根据需要向臭氧含量显示器专业厂家定制;臭氧传感器厂家通常 也销售配套使用的臭氧含量显示器。
所涉臭氧警示器，指的是以警示声音或警示闪光或警示声音与警示闪光相结合的两者兼而有之的用于 警示的机构;臭氧警示器市场有售;也可向臭氧警示器专业厂家定制;臭氧传感器厂家通常也能够销售配 套使用的臭氧警示器。
所涉该电源控制器是能够根据其所接收的所述电讯号进行电源开关动作的电源控制器;能够根据其所 接收的电讯号进行电源开关动作的电源控制器仅就其电路技术本身而言，是已经成熟的、公知的技术;所 述电源控制器市场有售;也可利用市售的电源控制器根据需要进行改制;所述电源控制器也可向电源控制 器专业制造商定制;电源控制器之类的电子器件其专业制造商遍布全球。
本案表述中，反应罐一词的指代含义与反应器一词的指代含义相同。
所述金属材质一词，其本身的技术含义，是公知的。
所述磁控管，以及，波导器件，其技术含义对于微波技术领域的专业人员而言是公知的。所述磁控管， 以及，波导管等，均有市售;所述波导管当然也可以根据需要自行制作，该制作对于微波技术领域的专业 人员而言，波导器件的制作是简单的。
所述石英管，其技术含义是公知的;所述石英管市场有售;所述石英管也可向专业厂家定制。
所述无极紫外灯，其技术含义对于光源技术领域的专业人员而言是公知的;所述无极紫外灯市场有售; 所述无极紫外灯其形状、尺寸、内部所填充气体、灯壁材料、灯壁厚度，等等，也可以根据具体设计需要， 向电光源制造企业定制。当然，也可以自行制作。无极紫外灯的制作对于具备电光源专业知识的专业人员 而言，其制作技术是简单的。
该笼状的微波约束器其材质可以是任何的选定的金属，但是，鉴于其所处的由强紫外光辐射所形成的 臭氧混合气环境，以及，出于尽可能地通过复杂的镜面反射机制最大限度地输出由无极紫外灯所发射的紫 外光的考量，适于制作该笼状的微波约束器的优选的金属材质是经过镜面抛光处理的冲孔不锈钢。
可以用镜面抛光的冲孔不锈钢板经焊接、拼接或模压工艺制成所述微波约束器。
当然也可以用镜面抛光的不锈钢丝编织制成该笼状的微波约束器。
该笼状的微波约束器其孔洞或网眼的口径其优选范围是介于0.5厘米与3.0厘米之间，该优选范围之 内的任意选定值都是优选的可用的口径值;但是，如果一定要选择使用此优选范围之外的口径值，那也是 本案所允许的。
为方便针对所述容器内部定期进行的清洗及检修等运作，可以在所述容器的底部开设排污口，该排污 口用于排渣、清污，可以在该排污口位置装设排污阀，所述排污阀是用于排污控制的阀门;必要时，可以 利用该位于所述容器底部的排污口将所述容器内部液体完全排空。所述排污口以及排污阀不是必须的。
所述筒状构件的材质不限，所述筒状构件的材质例如可以是聚四氟乙烯材质、玻璃材质、陶瓷材质、 金属材质，等等，但是，该筒状构件其优选材质是不锈钢。
本案该结构可以允许使用许多的微孔曝气头，该许多的微孔曝气头可以高密度地以平铺的方式排布于 所述圈定的范围之内;当然，该许多的微孔曝气头也可以选择采用另一种安装方式，所述另一种安装方式 是将该许多的微孔曝气头是在三维方向上进行堆叠架设，以此方式聚拢形成具有三维堆叠架构的团簇状微 孔曝气头集群，该团簇状微孔曝气头集群的架构方式，允许堆叠更多的微孔曝气头，并允许更大的空气通 量。
所述水泵以及增压泵，均是用于输送或清或浊的各类水的泵，当然，其泵送压力都可以根据需要来进 行任意的选择，并且，各型泵市场均有售;本案采用不同名称，只是为了方便表述、方便区分各个不同结 构位置的泵。
所述净水阀、污水阀、排污阀，都是水阀，各型水阀市场均有售;关于水阀，该词其本身的技术含义 是公知的;本案采用不同的名称，只是为了方便表述、方便区分各个不同结构位置的水阀。
所述反冲洗式前置预过滤器其滤孔孔径的优选范围是介于5微米与300微米之间，当然，这个优选范 围之外的其它前置预过滤孔径选择也是本案所允许的;所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其滤孔孔径的 优选范围是介于25纳米与1000纳米之间，当然，这个优选范围之外的其它微滤孔径选择也是本案所允许 的;所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其滤孔孔径的优选范围是介于15纳米与2纳米之间，当然，这 个范围之外的其它超滤孔径选择也是本案所允许的。
所述反冲洗式前置预过滤器也称反冲洗式前置过滤器或反冲洗式预过滤器，所述反冲洗式前置预过滤 器其本身的技术含义是公知的;所述反冲洗式前置预过滤器市场有售。
所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器是适于微滤的过滤器;所述微滤一词其本身的技术含义是公知 的;所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其本身的技术含义对于膜分离技术领域的专业人员而言，是公知 的;所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器市场有售。
所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器是适于超滤的过滤器;所述超滤一词其本身的技术含义是公知 的;所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其本身的技术含义对于膜分离技术领域的专业人员而言，是公知 的;所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器市场有售。
在超滤环节，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器可以是仅有一个反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器单体 的形态;当然，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器也可以是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜超滤 过滤器单体相互并联联接组成。
表达所涉并联一词，其本身所指代的技术含义是清楚的。
表达所涉单体一词，指的是其本身功能及结构完全的设备个体。
类似地，在微滤环节，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器可以是仅有一个反冲洗式中空纤维膜微滤过 滤器单体的形态;当然，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器也可以是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤 维膜微滤过滤器单体相互并联联接组成。
在所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口与所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口 的联接管路上可以进一步装设第二个增压泵，该第二个增压泵用于增补水压以满足所述反冲洗式中空纤维 膜超滤过滤器的进水压力需求;该第二个增压泵不是必须的。
本案装置的结构，还可以包括一些附件，所述附件例如：与磁控管冷却管道连接的冷却水循环系统或 风冷系统;所述附件还例如用于将无极紫外灯固定在所述笼状的微波约束器之内的固定支架;所述附件再 例如用于将所述笼状的微波约束器固定在所述石英管之内的支持构件;所述附件当然也可以包括将所述石 英管悬空定位在所述筒状构件腔管之内的支架或固定架;所述附件也例如将所述筒状构件在反应器之内进 行悬空定位的固定架、支撑架或吊架;所述附件又例如装设于该反应器废水进水端的用于拦截杂质的过滤 器，等等。
本发明的优点是，以安置于所述石英管内部的金属材质的笼状的微波约束器，将无极紫外灯包裹于 其内腔之中，笼状的微波约束器其内腔并且与深入所述容器内部的波导管联通，所述联通指的是微波通道 意义上的联通，藉由该结构，将经由波导管传输而来的微波约束在其有效工作区之内，遏制微波向周边废 水水体的无益耗散，本案结构允许反应器大幅扩张其设计容积，允许反应器单罐废水处理量大幅提升，而 不用再担心微波能量过多地耗散于无益的废水水体温升效应。
在采用镜面抛光的冲孔不锈钢制成微波约束器的情况下，或者，在采用镜面抛光的不锈钢丝网笼作 为微波约束器的情况下，经由复杂的镜面反射机制，两者均可以最大限度地将来自无极紫外灯的紫外光传 输出去，并最大限度地弥补所述微波约束器其自身实体对光线遮挡、吸收所造成的损失。
基于本案的结构，反应器的设计容积即单罐废水处理量可以扩张到数个立方至数十个立方;基于本 案此结构，可以大幅度地降低全套、全程操作的频度，有利于人力、物力的节约。
另一方面，本案装置结构中的所述筒状构件其存在，能够引导该容器内部的液流沿该筒状构件的腔 管快速上升，并在冲击、通过石英管周边光催化降解反应区域之后，由顶部区域向四周扩散，经由周边区 域下沉，到达该容器内腔底部区域，再经该筒状构件的朝下的大头端端口汇聚到该筒状构件的腔管之内， 继续其循环;当然，受聚束的升腾气泡流的拖拽力量是这一循环的主要动力;这种受引导的相对大尺度的 液体循环运动，有助于确保反应器内部液体降解反应进程的均匀化，这对于本案这般大型降解反应器来说， 是必须的。
本案反应器其紫外辐射源是依托微波激励的无极紫外灯，此灯型的紫外辐射特点就是可以做到大功 率、高强度，然而紫外线在液态水体中的有效穿透深度只有约20厘米，因此，石英管周边约20厘米距离 之内的区域是有效区域，这个区域就是光化学催化氧化降解反应的有效率的区域;本案装置以所述筒状构 件，聚束来自众多微孔曝气头的气泡流，使其集中地朝向石英管周边光化学催化氧化有效区域释放，此方 式有助于提高石英管周边所述有效区域的氧气气氛供给强度，有助于加速紫外光催化氧化降解反应进程。
基于本案结构，反应器的容量或处理量可以大幅扩张，所述大幅扩张，是通过大幅扩张微波零辐照 区域或微波弱辐照区域的设计体积来实现的，那么，从外观上看，反应器的横向尺寸、纵向尺寸当然都是 能够大幅扩张，因此，反应器内部盛液深度也同样地可以大幅地加深，例如，可以加深到一米、两米、三 米、四米、五米、六米，甚至十米，等等，在盛液深度足够深的情况下，含臭氧空气泡升腾路径足够长， 含臭氧空气泡与水体接触的时间足够长，其升腾过程中就能够与足够多的还原性物质际遇，并彻底或近乎 彻底地耗尽气泡中所含的臭氧，由此，含臭氧空气气泡中臭氧成分氧化潜力利用不完全的问题能够得到彻 底解决，并且，由于长长的升腾路径导致臭氧耗尽，反应器尾气中就不会再夹带有会造成环境污染的臭氧。
本案并以外置的多级过滤器，达成对催化剂微粒的从团聚体大颗粒到十数纳米的小尺度的碰撞碎片 的逐级拦截，近乎彻底地回收、回用光催化剂，近乎彻底地防范催化剂流失而造成的二次污染;该逐级拦 截结构并能够保护次级过滤器使其过滤结构通道免受大颗粒物质的硬性阻塞;其中第一级的预过滤孔径在 5微米与300微米之间，第二级的微滤其孔径在25纳米与1000纳米之间，第三级的超滤其孔径介于15 纳米与2纳米之间;这样的拦截结构，能够充分拦截纳米级的光催化剂，它当然能够近乎彻底地拦截气相 二氧化钛P25这种平均粒径为21纳米的催化剂;前文述及，纳米级的P25之类的气相二氧化钛催化剂， 是能够大量购得的市售的催化剂，也是耐久性、稳定性、紫外光波段光催化性能已知优良的光催化剂，当 然，它也是工业级应用中事实上优先考虑选用的光催化剂;本案催化剂拦截结构与催化剂市场供应的实际 能力、实际品种相匹配、相融合。
并且，本案催化剂拦截机构外置，其滤芯不必浸泡于反应器内部的强氧化、强紫外辐照的液体中， 因此，可以完全不必考虑对紫外辐照、强氧化条件的耐受力，这样，在滤芯材质的选用上就没有了特种耐 受力方面的限制，可以在更广大的可选材质种类上进行选择，而完全无须再局限于比较昂贵的PVDF之类 的材质。
所涉各级过滤器均有市售，市售的各级过滤器，其排污口就是反冲洗时排除污水的排放口，本案使 用这类反冲洗式装备，是用来逐级拦截催化剂微粒，原本市售装备的排污口，在本案中被转用来作为受截 留催化剂微粒的回收再用输出口或回流再用输出口。
上文已述及，基于本案结构，反应器的容量或处理量可以大幅扩张，所述大幅扩张，是通过大幅扩 张微波零辐照区域或微波弱辐照区域的设计体积来实现的，那么，从外观上看，反应器的横向尺寸、纵向 尺寸当然都是能够大幅扩张，因此，反应器内部盛液深度也同样地可以大幅地加深，例如，可以加深到一 米、两米、三米、四米、五米、六米，甚至十米，等等，在盛液深度足够深的情况下，含臭氧空气泡升腾 路径足够长，含臭氧空气泡与水体接触的时间足够长，其升腾过程中就能够与足够多的还原性物质际遇， 并彻底或近乎彻底地耗尽气泡中所含的臭氧，由此，含臭氧空气气泡中臭氧成分氧化潜力利用不完全的问 题能够得到彻底解决，并且，由于长长的升腾路径导致臭氧耗尽，反应器尾气中就不会再夹带有会造成环 境污染的臭氧;仅仅当受处理水体中还原性物质即有机污染物被降解殆尽之时，水体中已经再无可供臭氧 氧化反应的有机污染物，那些个多余的臭氧才有可能不再消耗并透过长长的升腾路径逸出液面;前面已经 谈到，本案同时解决的若干问题之中的一个，便是强化反应器内部液体的相对大尺度的循环，该强化了的 大循环机制促成了反应器内部液体其所含有机污染物降解反应进程的均匀一致，由此，在本案结构所允许 的数个立方至数十个立方甚至数百个立方体积的处理容量架构下，当反应器内部液面上方有臭氧逸出之 时，即表明反应器内部的降解反应已达终点，并且是内部液体整体均匀一致地达到降解反应的终点，这一 终点判定因素是与本案结构方案所能提供的条件相匹配的;本案在反应器其尾气排放口位置装设臭氧传感 器，在这个结构位置检测到臭氧，便意味着反应器内部降解反应到达终点，臭氧传感器并且与臭氧警示器 或臭氧含量显示器或臭氧警示器与臭氧含量显示器的复合机构联接，用于向操作人员提供准确的指示信 息，本案并且将臭氧传感器输出的电讯号通过电缆传送给电源控制器，该电源控制器并通过电缆分别与磁 控管及空气泵联接，电源控制器根据其所接收到的所述电讯号进行电源开关动作，当然，其运作方式是， 在电源控制器接收到臭氧传感器发送的臭氧逸出的信号之时，自动关闭通向磁控管及空气泵的电源;本案 依此结构方案，可及时知晓反应器内部降解反应进程的终点;并依此结构方案，在反应达到终点时，自动 关闭磁控管及空气泵的电源，及时停止向反应器内部注入能量，如此可避免不必要的能源浪费;并且，本 案依此结构，在降解反应到达终点之时，能够及时关闭所述磁控管及空气泵的电源，该电源关闭动作也同 步、同一瞬间终止了臭氧的发生进程，由于臭氧发生进程被及时终止，就不会有超过需要的大量臭氧从所 述尾气排放口释出，从而避免了不必要的二次污染或曰次生污染;本案其架构决定了它没有富余的臭氧可 供排放。
简言之，本案其结构允许反应器设计容量大幅扩张;同时，其结构还强化了反应器内部液体的相对 大尺度的循环运动;其结构同时解决了含臭氧空气泡中臭氧成分氧化潜力利用不完全的问题;其结构并且 达成了针对纳米级催化剂微粒从其团聚体大颗粒到十数纳米的碰撞碎片的广泛的、精细的拦截;其滤芯材 质的选择面也因该结构而得以扩大;其降解反应终点信息能够被及时知晓;其降解反应终点之时能够自动 关闭对反应器的能量输入;其降解反应终点之时，也自动地及时终止臭氧的发生进程，避免了不必要的二 次污染。
本案结构一揽子地解决了所述问题之一、二、三、四、五、六、七。