[發明專利]一種用于飲用水深度處理的光催化集成裝置

有效

• 申請號: 200710025817.4
• 申請日: 2007-08-07
• 公開（公告）號: CN101104536A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 陸小華;李東;楊祝紅;馮新;李偉;文高飛
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐冬濤

技術領域

本發明涉及一種水處理裝置，具體涉及一種用于飲用水深度處理的光催化集成裝置。

背景技術

飲用水源水的惡化問題已成為制約我國可持續發展戰略的一個突出問題，面對著含有大量現代工農業引入的各種有毒有害有機物的飲用水源水，傳統的飲用水凈水工藝已不能有效的全面凈化，在加大處理力度的同時，難免提高了各種消毒副產物的含量，而這些已被證明對人體會產生“三致”作用的消毒副產物正嚴重地威脅著人們的健康。

以TiO₂光催化劑為代表的半導體光催化氧化技術以其高的除凈度、無二次污染的完全礦化能力一度成為人們研究的熱點。研究表明，光催化氧化技術幾乎對所有的有機污染物具有凈化能力，如美國環境保護局規定的優先控制的污染物中114種有機化合物均被證實可以通過光催化氧化進行降解。

氣相光催化技術已經在許多領域內有了成熟的應用，但液相光催化技術卻因為效率低和成本高始終未能規模化應用于實際。影響液相光催化反應效率的因素有催化劑自身的活性、催化劑受光輻照的表面積、催化劑的存在形態及光源分布、流體流型等。同時研究表明，電能消耗占到光催化水處理裝置運行費用的80％以上。目前已有的光催化水處理裝置中，由于受到催化劑分離回收的限制，往往將催化劑固定化，這樣極大地降低了光催化反應的效率；同時，高能耗的電光源也使運行成本居高不下，采用太陽光源的反應裝置由于對光催化劑的特殊要求以及復雜的光源收集系統、對氣候、裝置安裝條件的要求等因素，無法低成本高效的規模化應用到飲用水的深度凈化中。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于飲用水深度處理的光催化集成裝置，其特點是催化劑易于分離回收，反應效率高，可以連續深度凈化飲用水中微量至痕量的有毒物質，可滿足生活小區、寫字樓、醫院、企業等的分質供水工程的需要及應對突發事件對飲用水的需求。

本發明的目的可以通過以下措施來達到：

一種用于飲用水深度處理的光催化集成裝置，該裝置由緩沖桶1、氣液混合泵2、設置有一根以上光催化反應管的光催化反應器3、過濾裝置4及相應管路構成，其特征在于光催化反應管由不銹鋼管5、石英套管6、紫外燈7和導流環10組成，石英套管6內置紫外燈7，并置于不銹鋼管5中央，石英套管6與不銹鋼管5之間的環隙間距為0.5～50mm。

本發明的目的還可以通過以下措施來達到：

導流環10環繞在石英套管6外壁，導流環10寬度在石英套管6與不銹鋼管5之間的環隙間距范圍內，螺距為20～150mm。

一根以上光催化反應管的聯結方式采用全部并聯、全部串聯或并聯和串聯混合。

紫外光燈7選用波長范圍為315～400mm的近紫外、280～315mm的中紫外或180～280mm的遠紫外光源或上述光源的組合光源。

氣液混合泵2氣液比為1∶100～7，優選氣液比為1∶20～7，出口壓力為0～4kgf/cm²。

本發明光催化集成裝置的工藝流程為：待處理水在緩沖桶1中與顆粒狀或纖維狀光催化劑充分混合后，由高效氣液混合泵2將懸漿態的處理液與空氣、氧氣或臭氧等氣體在泵內進行氣液混合，并送入光催化反應器3對污染物進行光催化降解，降解后的水通過過濾裝置4進行過濾，顆粒狀或纖維狀光催化劑隨部分凈化完的水流回緩沖桶1，凈化后的水從過濾裝置另一側排出。

光催化反應器3是該裝置的核心部分，它由一根或一根以上的光催化反應管連接構成。光催化反應管由符合衛生級標準的兩面拋光的兩端具有法蘭8和進出水口的不銹鋼管5、石英套管6、紫外燈7、與不銹鋼管5配套的法蘭8、密封件9、導流環10構成。

本發明中所使用的氣液混合泵2可以將氣液兩相充分混合，有利于提高光催化反應的效率，且省去了氣體增壓和曝氣裝置。進氣可采用常壓或負壓，且可以選擇不同氣體增強凈化能力。

本發明中所使用的光催化反應管，采用了加入導流環10的結構，使得流體在光催化反應管內有效減小了返混，流動形態接近活塞流。

所述的不銹鋼管5、法蘭8、石英套管6與耐紫外輻射的密封件9相配合，保證了系統的嚴密性。

本發明的不銹鋼管5與石英套管6之間的環隙間距是一個重要參數。它是將紫外光的輻射分布模型與催化劑的類型及催化劑的使用濃度相結合，得到的使光催化反應效率最高的數值范圍。

通過改變光催化反應管之間的串、并聯的不同連接方式和增減光催化反應管的數量，可以達到增加處理能力和提高凈化深度的目的。