申请日2013.01.20
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号C02F1/32; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种采用微波激发光源的大处理量紫外光催化废水降解反应器，属于废水处理技术领域。现有的针对含有机污染物工业废水的无极紫外光催化降解技术中，存在因废水水体本身对微波能量的大量吸收而造成的能量无益耗散问题，以及，反应器单罐废水处理量偏小的问题，以及，内部液体循环强度不足等问题，本案针对上述系列问题。本案将无极紫外灯安置于金属材质的笼状的透光的微波约束器之内，以此结构约束微波，阻遏其无益耗散，在该微波约束器与废水水体之间的结构位置装设有用于气液隔离的透紫外的石英管，该石英管并且是架设在位于反应器内腔的呈悬空、竖直状态的筒状构件其腔管之内的上部区域。本案方案一揽子地解决了所述系列问题。
权利要求书
1.采用微波激发光源的大处理量紫外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金属容器，该金属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 置是在该金属容器的内腔底部，以及，石英管，该石英管架设在所述金属容器 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 装设于该金属容器的外部，所述石英管其一端封堵盖头上的通气接口经由通气 管道并透过所述金属容器的顶部的壁与所述空气泵的出气口联通，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金属容器内腔底 部的微孔曝气头联通，以及，微波发生器，该微波发生器装设于该金属容器的 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金属容器的 顶部的壁与该金属容器的内腔联通，以及，膜分离组件，该膜分离组件装设在 该金属容器的内腔位置，以及，水泵，该水泵用于抽提净水，该水泵位于该金 属容器的外部，该膜分离组件经由通水管道并透过该金属容器的侧壁与水泵的 进水口联通，以及，另一台水泵，该另一台水泵用于泵送含有机污染物的所述 废水，该另一台水泵位于该金属容器的外部，该另一台水泵的出水口经由另一 条通水管道并透过该金属容器的侧壁与该金属容器的内腔联通，该金属容器的 顶部开设有尾气排放口，其特征在于，该波导管的透过该金属容器的顶部的壁 的那一端进一步延伸进入该金属容器的内腔，该深入金属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上 含有许多的孔洞，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 无极紫外灯均被所述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金属容器的内腔 位置，该筒状构件的中轴线与该金属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金属容器内腔 腔顶的距离是介于20厘米与100厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口 边沿与该金属容器内腔侧壁之间的距离以及与该金属容器内腔底面之间的距离 均是介于5厘米与50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金属容器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内，所述膜分 离组件的装设位置邻近该金属容器内腔底部。
2.根据权利要求1所述的采用微波激发光源的大处理量紫外光催化废水降解 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所述的采用微波激发光源的大处理量紫外光催化废水降解 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所述的采用微波激发光源的大处理量紫外光催化废水降解 反应器，其特征在于，在该金属容器的底部开设有排污口，该排污口用于排渣、 清污，在该排污口位置装设有排污阀，所述排污阀是用于排污控制的阀门。
5.根据权利要求1所述的采用微波激发光源的大处理量紫外光催化废水降解 反应器，其特征在于，该筒状构件其材质是不锈钢。
说明书
采用微波激发光源的大处理量紫外光催化废水降解反应器
技术领域
本发明涉及一种采用微波激发光源的大处理量紫外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，近年来发展迅猛。
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。
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。
此外，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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上述CN102260003A申请案中存在的 不足之处，即，微波能量利用情况不理想以及实际单罐废水处理量小的问题， 研发一种能够解决上述问题的新型的废水光化学催化降解反应器，并且，该新 型反应器其结构还应当能够捎带强化反应器内部液体的相对大尺度的循环运 动。
本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供一种采用微波激发光 源的大处理量紫外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 金属容器，该金属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金属容器 的内腔底部，以及，石英管，该石英管架设在所述金属容器的内腔位置，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，该空气泵装设于该金属容 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 金属容器的顶部的壁与所述空气泵的出气口联通，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金属容器内腔底部的微孔曝气头 联通，以及，微波发生器，该微波发生器装设于该金属容器的外部，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金属容器的顶部的壁与该金 属容器的内腔联通，以及，膜分离组件，该膜分离组件装设在该金属容器的内 腔位置，以及，水泵，该水泵用于抽提净水，该水泵位于该金属容器的外部， 该膜分离组件经由通水管道并透过该金属容器的侧壁与水泵的进水口联通，以 及，另一台水泵，该另一台水泵用于泵送含有机污染物的所述废水，该另一台 水泵位于该金属容器的外部，该另一台水泵的出水口经由另一条通水管道并透 过该金属容器的侧壁与该金属容器的内腔联通，该金属容器的顶部开设有尾气 排放口，重点是，该波导管的透过该金属容器的顶部的壁的那一端进一步延伸 进入该金属容器的内腔，该深入金属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上含有许多的孔洞， 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所 述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金属容器的内腔位置，该筒状构件 的中轴线与该金属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金属容器内腔腔顶的距离是介于 20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金属容器 内腔侧壁之间的距离以及与该金属容器内腔底面之间的距离均是介于5厘米与 50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 该金属容器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内，所述膜分离组件的装设位置 邻近该金属容器内腔底部。
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。
所述水泵、空气泵、微孔曝气头、膜分离组件等等，其技术含义对于其各 自相应的技术领域的专业人员而言，均是公知的，并且均有市售。
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。
为方便针对反应器内部定期进行的清洗及检修等运作，可以在所述反应器 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反应器 底部的排污口将反应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 件又例如装设于各个液流及气流管道上的开关及其它阀门，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 述金属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，以及，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，能够引导该金属容器 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，到达该金属 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; 另一方面，这种受引导的相对大尺度的液体循环运动，也有助于阻止二氧化钛 催化剂微颗粒的沉降。