[發(fā)明專利]新型聲光催化凈水裝置及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011417567.0
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112390324A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范功端;楊尚武;羅靜;鄢忠森;杜邦昊;詹妮
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;C02F1/36;C02F1/72;C02F9/08;C02F101/30;C02F103/28;C02F103/30;C02F103/34
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種新型聲光催化凈水裝置及其工作方法，其特征在于：裝置內(nèi)設(shè)置有超聲波源、光源、聲光催化劑加入口和聲光催化劑截留回收通道；所述反應(yīng)池連接有進水通道、出水通道和排污管。其主體部分由聲光催化反應(yīng)器和二級錯流過濾反應(yīng)膜組成，（1）其中，聲光催化反應(yīng)器起到聲光催化降解污染物的目的；（2）采用的超聲場的超聲換能器分為兩組，為雙頻超聲場，采用雙頻的目的在于使聲波產(chǎn)生疊加現(xiàn)象，聲波擴散過程中產(chǎn)生更大振幅的振動波，促進了空化氣泡數(shù)量和種類的增加；（3）采用的膜過濾材質(zhì)通過錯流過濾減少濃差極化，增加膜運行時間，同時通過膜過濾截留催化劑，使催化劑保留在反應(yīng)器中，避免催化劑的流失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型聲光催化凈水裝置及其工作方法，尤其適用于印染廢水、醫(yī)藥廢水、造紙廢水等難降解有機廢水的降解領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)前，由于具有氧化活性高、無毒、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，光催化技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的光催化氧化技術(shù)，往往受到光照類型及強度的限制，在其應(yīng)用于非透明的水體時，光源穿透深度僅為幾毫米，這使得光源利用率大幅度降低，這些缺陷一定程度上限制了光催化氧化技術(shù)在實際水體中的應(yīng)用。同樣，基于空化作用產(chǎn)生的氧化活性物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）機理實現(xiàn)有機污染物礦化分解的超聲技術(shù)的使用也因自由基存在時間短暫、超聲功率和強度以及降解污染物效率低下等不足難以被廣泛推廣。故單一的聲降解工藝或是光催化工藝難以對實際廢水進行有效處理。

發(fā)明內(nèi)容

考慮到單一的聲降解工藝或是光催化工藝難以對實際廢水進行有效處理。為了解決這一問題本發(fā)明將二者進行有效耦合，采用了超聲-光催聯(lián)用形成聲光催化技術(shù)。

考慮到該工藝的運行形式可以有負載式和懸浮式體系。在負載體系中，催化劑被負載在一定的載體上，如薄膜式、填充式等，優(yōu)點是能有效解決催化劑流失問題及團聚問題，不影響光輻射深度，但部分活性位點被覆蓋，導(dǎo)致催化劑數(shù)量、表面積及層間空隙下降，降低了催化反應(yīng)效率，懸浮式體系可以克服這些不足，該體系是利用納米或微米級催化劑顆粒物分散在液體中和污染物有充分的接觸，其固液接觸面積較高，反應(yīng)傳質(zhì)阻力較小，故而反應(yīng)效率高，但在液體中溶液發(fā)生團聚現(xiàn)象，且不易和液體分離。

為了既能維持催化劑較高的活性，又能充分回收利用催化劑，本發(fā)明將之與膜分離技術(shù)進行耦合，其反應(yīng)體系不僅具有較高的固液接觸面積，而且反應(yīng)器中的納微米級催化劑及未降解大分子可進一步被氧化，并實現(xiàn)裝置的連續(xù)運行。

本發(fā)明提出的新型聲光催化凈水裝置及其使用方法，具有高效節(jié)能，操作維修簡便，經(jīng)濟效益高等特點，可適用于多種難降解廢水的有效處理。

該裝置通過聲光催化技術(shù)對水中污染物進行處理。超聲換能器裝在反應(yīng)池外壁可有效的降低水體發(fā)熱，避免對催化劑催化活性的影響，也可避免水中具有氧化性物質(zhì)的腐蝕。設(shè)有的第一、第二錯流過濾器可以有效的攔截水中的催化劑，避免催化劑的外流。本裝置在處理污水中有效的耦合了聲光催化及膜分離過程。本裝置能夠有效處理有機廢水，礦化大部分有機污染物質(zhì)，凈化水質(zhì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、效率高、操作簡單、維護方便等優(yōu)點。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種新型聲光催化凈水裝置，其特征在于：反應(yīng)池上設(shè)置有超聲波源、光源、聲光催化劑加入口和聲光催化劑截留回收通道；所述反應(yīng)池連接有進水通道、出水通道和排污管。

優(yōu)選地，所述聲光催化劑加入口與進水通道復(fù)用。

優(yōu)選地，所述超聲波源由相連接超聲波發(fā)生器和超聲波換能器產(chǎn)生；所述超聲波換能器有多個，在反應(yīng)池外壁呈等間距分布。

優(yōu)選地，所述超聲波源為雙頻超聲場，由兩組超聲波發(fā)生器和超聲波換能器產(chǎn)生；產(chǎn)生第一頻率超聲場的超聲波換能器與第二頻率超聲場的超聲波換能器在反應(yīng)池外壁呈正交分布。