申请日2013.01.20
公开(公告)日2013.05.22
IPC分类号C02F1/30; C02F1/44; C02F1/78; C02F1/32
摘要
本发明涉及一种附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩容方法，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微波光催化降解技术中，存在反应器单罐废水处理量偏小、重复操作频度高以及内部液体循环强度不足等问题，本案旨在兼顾微波与光化学催化耦合作用的前提下解决上述问题。本案方法是采用金属笼来对反应器内部微波辐照空域进行强制隔断、配分，使得所述耦合催化降解作用发生在所述金属笼之内，而在金属笼外壁与反应器内壁之间，保持一个没有微波辐照的空域;该方法的步骤还包括在金属笼的正下方架设用于引导、强化液流循环的喇叭筒状构件。该方法允许大幅扩张反应器的设计容积，并有助于形成强有力的内部液流循环。
权利要求书
1.附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩容方法，该方法的主要 步骤如下：a，用金属材质的笼状的微波辐照空域约束器将其内部架设有无极紫 外灯的石英管包裹起来，使得石英管处于该笼状的微波辐照空域约束器的内部， 该笼状的微波辐照空域约束器其整体的结构位置是在废水降解反应器的内部， 该金属材质的笼状的微波辐照空域约束器就是一个金属笼，该笼状的微波辐照 空域约束器的功能是将微波辐照空域约束在其内部，藉此在笼状的微波辐照空 域约束器的外壁与反应器的内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域; b，将源自磁控管的波导管探入废水降解反应器的内部，并将该波导管的探入废 水降解反应器内部的那一端与所述金属笼的内腔进行联通，所述联通指的是微 波通道意义上的连接与贯通;c，将一个轮廓状似两端贯通的简易喇叭筒的循环 引导器大头朝下地垂直安放在所述金属笼的正下方，并使该循环引导器其大头 喇叭口处于悬空状态，该循环引导器的功能是聚束来自微孔曝气头的含臭氧空 气气泡的升腾路径，并借助因受聚束而强化的升腾的气泡流的拖拽力量来带领 反应器内部液体作相对大尺度的循环运动;d，将微孔曝气头移入所述循环引导 器其大头喇叭口边沿在反应器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内;e，在三维 方向上延展、扩大反应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸。
2.根据权利要求1所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，该金属笼选定材质是不锈钢材质。
3.根据权利要求2所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，该方法的步骤包括金属笼的制作步骤：该步骤以不锈钢 冲孔板为原料，经模压、焊接、铆接或借助螺丝、螺帽的拼接工艺制成所述金 属笼。
4.根据权利要求2所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，该方法的步骤包括金属笼的制作步骤：该步骤以不锈钢 丝为原料，经编织工艺制成所述金属笼。
5.根据权利要求1所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，在步骤a中，控制金属笼的内壁与其内所包裹的石英管 的外壁之间的距离，使该距离介于3.0厘米与30.0厘米之间。
6.根据权利要求5所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，在步骤a中，控制金属笼的内壁与其内所包裹的石英管 的外壁之间的距离，使该距离介于10.0厘米与20.0厘米之间。
7.根据权利要求1所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，该波导管选定材质是不锈钢材质。
8.根据权利要求1所述的附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩 容方法，其特征在于，该轮廓状似两端贯通的简易喇叭筒的循环引导器其材质 是不锈钢。
说明书
附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩容方法
技术领域
本发明涉及一种附带改善内循环的微波光催化耦合废水降解装置扩容方 法，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。
另一方面，据文献报道，某些体系，在微波直接辐照废水液体的情况下， 光化学催化降解效率确有提高，也就是说，在某些体系中，微波直接辐照废水 液体与光化学催化降解之间，存在一定的耦合作用。
因此，如何在兼顾所述耦合作用的前提下，提高废水降解装置的处理效率， 值得探讨。
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，在兼顾所述耦合作用的前提下，研发一种 能够促成反应罐设计容量大幅提升、有助于减少不必要重复操作次数的有效方 法，并且，该方法还应当能够捎带强化反应罐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，该方案提供一种附带改善内循环 的微波光催化耦合废水降解装置扩容方法，该方法包括以下步骤：a，用金属材 质的笼状的微波辐照空域约束器将其内部架设有无极紫外灯的石英管包裹起 来，使得石英管处于该笼状的微波辐照空域约束器的内部，该笼状的微波辐照 空域约束器其整体的结构位置是在废水降解反应器的内部，该金属材质的笼状 的微波辐照空域约束器就是一个金属笼，该笼状的微波辐照空域约束器的功能 是将微波辐照空域约束在其内部，藉此在笼状的微波辐照空域约束器的外壁与 反应器的内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域;b，将源自磁控管的 波导管探入废水降解反应器的内部，并将该波导管的探入废水降解反应器内部 的那一端与所述金属笼的内腔进行联通，所述联通指的是微波通道意义上的连 接与贯通;c，将一个轮廓状似两端贯通的简易喇叭筒的循环引导器大头朝下地 垂直安放在所述金属笼的正下方，并使该循环引导器其大头喇叭口处于悬空状 态，该循环引导器的功能是聚束来自微孔曝气头的含臭氧空气气泡的升腾路径， 并借助因受聚束而强化的升腾的气泡流的拖拽力量来带领反应器内部液体作相 对大尺度的循环运动;d，将微孔曝气头移入所述循环引导器其大头喇叭口边沿 在反应器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内;e，在三维方向上延展、扩大反 应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸。
所述循环引导器其轮廓形态或者也可描述为轮廓状似火力发电厂的冷却 塔。
用于制作金属笼的材质可以是任何的金属材质;但是，鉴于废水降解操作 所面对的特殊环境条件，该金属笼优选的材质是不锈钢材质。
在选择使用不锈钢材质的情况下，本案该方法的步骤还可以包括金属笼的 制作步骤：该步骤以不锈钢冲孔板为原料，经模压、焊接、铆接或借助螺丝、 螺帽的拼接工艺制成所述金属笼。
在选择使用不锈钢材质的情况下，制作金属笼的步骤也可以是这样的：该 步骤以不锈钢丝为原料，经编织工艺制成所述金属笼。
金属笼的内壁与石英管外壁之间的距离是任意的，任何距离都是允许的、 可实施的，然而，优选的方案是，在步骤a中，控制金属笼的内壁与其内所包 裹的石英管的外壁之间的距离，使该距离介于3.0厘米与30.0厘米之间。
关于金属笼内壁与石英管外壁之间的距离的更进一步优选的方案是，在步 骤a中，控制金属笼的内壁与其内所包裹的石英管的外壁之间的距离，使该距 离介于10.0厘米与20.0厘米之间。
任何具有足够导电性的金属材质，都可以选用来作为波导管材质，然而， 鉴于废水降解操作的特殊环境，耐蚀性能是优先考虑的因素，故而，波导管的 优选材质是不锈钢材质。
所述循环引导器的材质不限，所述循环引导器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，循环引导器其优选材 质是不锈钢。
本案方法还可以进一步包括一些其它步骤，所述其它步骤例如：金属笼的 抛光工艺步骤，金属笼的抛光工艺步骤的加入，有助于金属笼的约束效能;所 述其它步骤还例如：金属笼与其内所包裹的石英管之间相对距离的调节步骤; 所述其它步骤再例如：金属笼在废水降解反应器内部的安装位置的调节步骤; 所述其它步骤更例如：通气管道的改动步骤，在安装本案所述金属笼的情况下， 与石英管两端联通的通气管道需要穿透金属笼，因此要进行通气管道改动步骤; 等等。
本案所述空域一词指的是空间、界域。
本发明的优点是，对废水降解反应器内部的微波辐照空域进行强制配分， 本案用金属笼将无极紫外灯及其屏护用石英管笼罩其内，金属笼同时约束微波 的作用空域，如此，在石英管外壁与金属笼内壁之间的空域形成了一个微波与 光化学催化耦合作用的废水降解区域，而且，金属笼的多孔洞或多网眼的结构， 不影响废水及反应器底部鼓泡而上的空气自由进、出该空域;而在金属笼与反 应器内壁之间的空域，废水水体对微波的单纯的致热吸收被遏制，由此大幅弱 化了微波能量的无益耗散;本案方法强制隔断废水降解反应器内部的微波辐照 空域，基于此，本案方法允许通过大幅扩张该无微波辐照空域的设计体积，实 现单罐反应器体积的大幅扩张;本案方法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。
依托本案方法，废水降解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;甚至单罐数百个立方的容积，也是允许的;依托本案 方法，扩张反应器处理容量后，可以大幅度地降低全套、全程的废水降解设备 操作的频度，有利于人力、物力的节约。
本案方法在兼顾所述微波与光化学催化耦合作用的前提下，为相关废水降 解反应器其设计容量的大幅扩张提供了一个广阔空间。
另一方面，本案方法以所述循环引导器引导液流作相对大尺度的循环运动， 反应器内升腾的含臭氧气泡流能够拖拽、引导反应器内部的液流沿该循环引导 器的内部通道快速上升，并在冲击、通过微波光催化耦合反应区域之后，由顶 部区域向四周扩散，经由周边区域下沉，到达反应器内腔底部区域，再经循环 引导器的喇叭口汇聚到循环引导器的内部通道，继续其循环;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颗粒的沉降。
具体实施方式
本案方法的实施，主要步骤如下：
a，用金属材质的笼状的微波辐照空域约束器将其内部架设有无极紫外灯的石 英管包裹起来，使得石英管处于该笼状的微波辐照空域约束器的内部，该笼状 的微波辐照空域约束器其整体的结构位置是在废水降解反应器的内部，该金属 材质的笼状的微波辐照空域约束器就是一个金属笼，该笼状的微波辐照空域约 束器的功能是将微波辐照空域约束在其内部，藉此在笼状的微波辐照空域约束 器的外壁与反应器的内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域;
b，将源自磁控管的波导管探入废水降解反应器的内部，并将该波导管的探入 废水降解反应器内部的那一端与所述金属笼的内腔进行联通，所述联通指的是 微波通道意义上的连接与贯通;
c，将一个轮廓状似两端贯通的简易喇叭筒的循环引导器大头朝下地垂直安放 在所述金属笼的正下方，并使该循环引导器其大头喇叭口处于悬空状态，该循 环引导器的功能是聚束来自微孔曝气头的含臭氧空气气泡的升腾路径，并借助 因受聚束而强化的升腾的气泡流的拖拽力量来带领反应器内部液体作相对大尺 度的循环运动;
d，将微孔曝气头移入所述循环引导器其大头喇叭口边沿在反应器内腔底面铅 垂投影所圈定的范围之内;
e，在三维方向上延展、扩大反应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空 域的尺寸。
该金属笼优选的材质是不锈钢材质。
在选择使用不锈钢材质的情况下，本案该方法的步骤还可以包括金属笼的 制作步骤：该步骤以不锈钢冲孔板为原料，经模压、焊接、铆接或借助螺丝、 螺帽的拼接工艺制成所述金属笼。
在选择使用不锈钢材质的情况下，制作金属笼的步骤也可以是这样的：该 步骤以不锈钢丝为原料，经编织工艺制成所述金属笼。
在步骤a中，金属笼的内壁与其内所包裹的石英管的外壁之间的距离其优 选实施值介于3.0厘米与30.0厘米之间;该范围之内的任何距离值都是可以允 许的所述优选的实施值。
关于金属笼内壁与石英管外壁之间的距离的更进一步优选的实施方案是， 在步骤a中，控制金属笼的内壁与其内所包裹的石英管的外壁之间的距离，使 该距离介于10.0厘米与20.0厘米之间;该范围之内的任何距离值都是可以允 许的所述更进一步优选的实施值。
此外，波导管的优选实施材质是不锈钢材质。
实施所涉循环引导器其材质不限，所述循环引导器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，循环引导器其优 选材质是不锈钢。
本案方法还可以进一步包括一些其它步骤，所述其它步骤例如：金属笼的 抛光工艺步骤，金属笼的抛光工艺步骤的加入，有助于金属笼的约束效能，金 属的抛光其工艺本身是已经成熟的工艺，在此不作赘述。
所述其它步骤还例如：金属笼与其内所包裹的石英管之间相对距离的调节 步骤。
所述其它步骤再例如：金属笼在废水降解反应器内部的安装位置的调节步 骤。
所述其它步骤更例如：通气管道的改动步骤，在安装本案所述金属笼的情 况下，与石英管两端联通的通气管道需要穿透金属笼，因此要进行通气管道改 动步骤;等等。