一种环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，该反应器内部包括光电催化氧化反应系统和环状辐流负压抽吸式内循环进水系统，其中光电催化氧化反应系统包含板式筒状DSA阳极和网式筒状钛阴极，阴阳极之间填充粒状光电催化剂，网式筒状钛阴极内部设置紫外发生器。光电催化氧化反应系统下部设置环状辐流负压抽吸式内循环进水系统，进水系统中心设置液体喷射管，液体喷射管的喉道处设置若干长度可调式管道，将液体喷射管和位于反应器底部区域的密布等径圆孔的环状辐流式进水器相连通。反应器顶部设置气体喷射管，气体喷射管进气口与压缩空气泵连接，出气口与大气相连接，喉道处与反应器顶部排气管相连接，稀释并排放反应器内部产生的氢气。
【专利说明】一种环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于工业废水处理专业领域，具体涉及一种用于处理高盐难降解有机废水的内循环光电催化反应装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着国家工业和经济的发展，许多含有难以生物降解的有毒有害物质的废水不断进入环境，给工农业生产、人民生活和人体健康带了了很大的危害，在这种背景下，国家要求废水排放的标准越来越严格，许多难降解废水的达标处理成为环保领域内的难点问题。
[0003]而另一方面，光电催化氧化技术作为一种全新的高级氧化技术已经成功应用在高盐废水处理行业中，光电催化技术是一种光催化与电催化联合应用的新型深度氧化技术，主要是通过在工作电极上施加偏电压，从而在电极和催化剂内部形成一个电势梯度，促进光生电子和空穴向相反的方向移动，抑制它们的复合，以加速分离。并且，这种光电催化系统还有另外两个突出的优点，一是把导带电子的还原过程同价带空穴的氧化过程从空间位置上分开(与半导体微粒相比较)，结果大大增加了半导体表面.0Η的生成效率且防止了氧化中间产物在阴极上的再还原；二是由于导带电子被引到阴极还原水中的H+，所以不需要向系统鼓入氧气作为电子俘获剂。但是目前光电催化氧化技术在降解有机污染物的时候，由于产生的自由基浓度极小，所以存在反应效率低、处理时间长等缺点，因此，如何提升光电催化氧化技术的处理效率，降低吨水处理能耗，是目前该【技术领域】内的研究重点和难点。针对光电催化氧化技术的短板问题开发的内循环光电催化氧化反应器一般采用传统的鼓风机曝气方法实现，该方法通过向反应器底部区域水体内鼓入空气，在反应器底部形成一定的负压状态，从而达到废水在反应器内部的内循环状态。但是阴阳极板之间的废水中气体含量增高时会导致相同电流密度条件下，阴阳极之间的槽电压大大升高，因此吨水处理电耗也会相应增加，并且气液传质过程也会降低紫外光在水体中的通过性，大大降低光电催化氧化处理废水的效果。因此，依据传统的曝气式内循环理论开发的相关内循环反应器，不论是在处理效果方面还是吨水能耗方面，均不能达到内循环光电催化氧化反应器的设计效果，针对传统曝气式类型的内循环光电催化氧化反应器的以上弊端，有必要重新设计与开发，达到处理效果保持不变的条件下，吨水能耗的大大降低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是设计一种环状辐流负压抽吸式内循环光电催化氧化反应器，用以解决传统曝气式内循环光电催化氧化反应器处理效率低、能耗大的难题。
[0005]为实现上述技术问题，本发明提供了一种环状辐流负压抽吸式内循环光电催化氧化反应器，其特征在于，所述反应器顶部设置有气体喷射管，所述气体喷射管的进气口与压缩空气泵相连接，气体喷射管的喉道与反应器顶部排气管相连接；气体喷射管的出气口与大气直通，通过向气体喷射管中鼓入带压压缩空气，在气体喷射管喉道附近形成负压，抽吸反应器内部产生的氢气并稀释，然后通过排气管排到大气中；
[0006]所述反应器内部主要包括光电催化氧化反应系统和相连接的环状辐流负压抽吸式内循环进水系统；所述反应器的底部设置有集泥斗和集泥斗底部设置的反应器进水管；所述反应器进水管和所述环状辐流负压抽吸式内循环进水系统的液体喷射管相连接，集泥斗内沉淀物定期排放；
[0007]所述环状辐流负压抽吸式内循环进水系统包括进水系统中间的液体喷射管，所述液体喷射管底部进水口与反应器进水管相连接，液体喷射管中间喉道处有若干长度可调式管道与位于反应器底部区域的密布等径圆孔的环状辐流式进水器相连接，通过控制长度可调式管道的长度，可以调节环状辐流式进水器进水器在反应器内部的位置；液体喷射管顶部与一个锥台形布水器相连接，所述锥台形布水器顶部密布等径布水孔，用以均匀从液体喷射管中进入的废水，并且所述锥台形布水器顶部与密布有等径圆孔的支撑板相连，所述支撑板用于承托光电催化氧化反应系统和固定环状辐流负压抽吸式内循环进水系统；
[0008]所述的光电催化氧化反应系统包括设置在支撑板上的一块板式筒状DSA阳极和一块网式筒状钛阴极，阴阳极板间距优选为0.5-2cm,阴阳极板之间填充有粒状光电催化齐U，网式筒状钛阴极内部设有紫外发生器；
[0009]其中所述布水孔直径小于所述粒状光电催化剂层底层最小粒径；
[0010]通过环状辐流负压抽吸式内循环进水系统中液体喷射管进入的废水首先会进入光电催化氧化系统的阴阳极之间，经过光电催化氧化处理后，再通过内循环系统进行多次循环处理，循环倍率可通过进入反应器时的流速决定。
[0011]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述支撑板上优选设有一个环形阴极板卡槽和一个环形阳极板卡槽，环形卡槽直径等于对应筒状极板直径，支撑板直径等于反应器内径；所述的环状辐流式进水器上密布直径小于0.3cm的圆孔，环状辐流式进水器直径优选为反应器内径的0.5-0.8倍。
[0012]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述的反应器为圆柱形，器壁内层材质为硬质PVC、PPR等耐腐蚀性材料，外层材质为不锈钢。
[0013]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述板式筒状DSA阳极板为钛基材表面固载贵金属物质制备而成的贵金属阳极板，贵金属物质采用钼、钌、铱、铷和锆氧化物中的一种或多种物质构成；所述板式筒状DSA阳极和所述网式筒状钛阴极极板间距优选为0.5-2cm。
[0014]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述反应器内部的粒状光电催化剂采用α -氧化铝或二氧化硅中的一种或多种为载体，表面负荷二氧化钛、硫化镉、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种活性物质构成，并具有裂化和开环功能，及孔结构可调特性，制备成蜂窝多孔结构。
[0015]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中将所述光电催化剂分层填充在阴阳极板之间，其中底层和顶层光电催化剂平均粒径最大，粒径在0.3cm?0.5cm ;中间层催化剂平均粒径最小,粒径在0.1cm?0.3cm,且所述粒状光电催化剂的投加量与反应中废水的质量比为1:200-1:20 ;所述布水孔直径1? < 0.3cm。
[0016]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述反应器内部光电催化氧化系统中紫外发生器为波长为200-400nm的高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一种，功率为4-200W ；
[0017]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述的紫外发生器外形为圆柱形，其外径等于网状筒式钛阴极板内径。
[0018]根据本发明所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其中所述的气体喷射管出气口直接与大气相连通，通过鼓入压力为0.2-lMpa的压缩空气，在气体喷射管喉道处形成负压状态，将反应器内部产生的氢气吸出并稀释至浓度4%以下，最后排入大气。
[0019]本发明反应器工作原理是根据伯努利射流引力原理，当废水以高流速从反应器底部进水管经过液体喷射管喉道时，会在喉道处形成负压环境，这时反应器底部区域的废水就会通过辐流式环状进水器进入连接管道，进而通过液体喷射管喉道进入光电催化氧化反应系统阴阳极之间区域内形成循环流动，这部分废水与从进水口进入的废水混合从而提高了循环的溶液总量，通过环状辐流负压抽吸式内循环进水系统能产生2:1?5:1的流率比率，其效果和传统曝气式内循环效果一致，但是由于没有任何气体的进入，在相同的电流密度的条件下，不会引起阴阳极间槽电压的增加，也不会造成紫外光在废水中的透过性，因此不会降低反应器的处理效果，并且大大降低吨水处理能耗。而通过实验能够证明，在大型溶液槽中，环形排布比单一排布有更高的混合效率，因此采用密布等径圆孔的辐流式环状进水器，来提升进水效率，并且辐流式环形进水器应尽可能的安置于容器底部以达最大的流通率。
[0020]本发明涉及环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器和传统设备相比较，具有以下有益效果:
[0021]1、不需要向反应器内部曝气，在相同电流密度的条件下，可以大大降低阴阳极之间的槽电压，从而大大降低吨水处理能耗。
[0022]2、不需要向反应器内部曝气，可以避免由于气体溶于废水中造成的紫外光透过性变差，从而保持光电催化氧化的效果不变。
[0023]3、不需要向反应器内部曝气，可以减少曝气设备的运行费用，从而从整体运行条件上进一步减小吨水的处理能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]附图1为环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器结构示意图；
[0025]附图2为环状辐流负压抽吸式内循环进水系统结构图；
[0026]其中，图中
[0027]I为集泥斗11为板式筒状DSA阳极板
[0028]2为环状福流负压抽吸式内循环进水12为反应器进水管系统 13为支撑板
[0029]3为光电催化剂14为长度可调式连接管道
[0030]4为紫外发生器15为液体喷射管喉道
[0031]5为反应器排水口16为液体喷射管
[0032]6为气体喷射管17为辐流式环形进水器
[0033]7为紫外发生器接线口18为锥台形布水器
[0034]8为阴极接线口19为阴极板卡槽
[0035]9为阳极接线口20为阳极板卡槽
[0036]10为网式筒状钛阴极板
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图及具体应用实施例对本发明作进一步描述，具体实施例不对本发明的技术方案构成限定。
[0038]如图1-2所示，本发明环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器壁内层由耐酸碱的硬质PVC塑料无缝焊接而成，外层辅以封闭式不锈钢板，使设备具备一定绝缘性和耐压性。环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器内部按照从下向上的顺序依次为环状辐流负压抽吸式内循环进水系统2和光电催化氧化反应系统，其中环状辐流负压抽吸式内循环进水系统2与反应器进水口 12和反应器集泥斗1连接，环状辐流负压抽吸式内循环进水系统2构造如下:液体喷射管16在其液体喷射管喉道15处与长度可调式连接管道14相连接，长度可调式连接管道14又与辐流式环形进水器17相连接，辐流式环形进水器17上密布等径圆孔，辐流式环形进水器17直径优选为2/3反应器内径，其作用是将反应器底部区域废水抽吸至环状辐流负压抽吸式内循环进水系统内，并通过液体喷射管16进入光电催化氧化反应系统内，液体喷射管16顶部出水口与锥台形布水器18相连接，其中锥台形布水器18顶部密布等径圆孔，圆孔直径R < 0.3cm，避免上层光电催化剂3流失，锥台形布水器18作用是将环状辐流负压抽吸式内循环进水系统2出水进行均质化，锥台形布水器18与支撑板13相连接，其中支撑板13上有阴极板卡槽19和阳极板卡槽20,阴极板卡槽19直径等于网式筒状钛阴极10直径，阳极板卡槽20直径等于板式筒状DSA阳极11直径，作用为固定阴阳极板，支撑板13密布等径圆孔，支撑板13直径等于反应器内径，作用是承托光电催化氧化系统，并且固定环状辐流负压抽吸式内循环进水系统2;光电催化氧化系统从外到内依次是板式筒状DSA阳极11、光电催化剂3、网式筒状钛阴极10、紫外发生器4，板式筒状DSA阳极11与网式筒状钛阴极10之间间距为0.5-2cm，中间填充光电催化剂3，为防止光电催化剂3流失，其中底层和顶层催化剂平均粒径为0.3-0.5cm，中间层催化剂平均粒径为0.1-0.3cm，催化剂的投加量与反应中废水的质量比为1:200-1:20。在网式筒状钛阴极内部包含紫外发生器4，优选为200-400nm高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一种，功率为
4-200W。处理后出水经过反应器排水口 5排出，反应器顶部排气管与气体喷射管6喉道相连接，气体喷射管的出气口与大气直通，通过向气体喷射管6中鼓入压力为0.2-lmpa压缩空气，在气体喷射管6喉道处形成负压，抽吸反应器内部产生的氢气并稀释到浓度低于4%后排入大气中。
[0039]具体实例一:
[0040]浙江某石化公司由于所炼制的油品复杂，导致生产废水中含有大量难生物降解物质，该废水经过生化处理后C0D为300-500mg/L，无法达到相关出水排放标准。采用本发明环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器对该公司生化出水的深度处理进行了工程应用研究，结果显示当水力停留时间为lh，吨水电耗为15kw.h/t时，出水COD ( 60mg/L,出水满足了达标排放水质要求，与传统曝气式内循环光电设备相比较，在处理效果不变的条件下吨水电耗约减少l_2kw.h电能。
[0041]具体实例二:
[0042]天津某石化公司炼化废水经生化处理后，为实现废水近零排放，采用超滤-反渗透双膜系统回用部分生化出水，经双膜系统处理后会产生一定量浓缩液，该浓缩液COD约为300-400mg/L，电导率约为9000-12000 μ s/cm，Cr含量约为2000_3000mg/L，该浓缩液因为其含盐量高、排量小、所含物质难以生化降解等特点，不宜再次采用生化法处理。采用本发明环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器处理后，当反应器内水力停留时间为lh，吨水电耗为14kw.h/t时，出水COD ( 50mg/L，满足了达标排放水质要求，与传统曝气式内循环光电设备相比较，节约2-3kw.h电能。
【权利要求】
1.一种环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于:所述反应器顶部设置有气体喷射管，所述气体喷射管的进气口与压缩空气泵相连接，气体喷射管的喉道与反应器顶部排气管相连接；所述气体喷射管的出气口与大气直通，通过向气体喷射管中鼓入带压压缩空气，在气体喷射管喉道附近形成负压，抽吸反应器内部产生的氢气并稀释，然后通过排气管排到大气中； 所述反应器内部主要包括光电催化氧化反应系统和相连接的环状辐流负压抽吸式内循环进水系统；所述反应器的底部设置有集泥斗和集泥斗底部设置的反应器进水管；所述反应器进水管和所述环状辐流负压抽吸式内循环进水系统的液体喷射管相连接，集泥斗内沉淀物定期排放； 所述环状辐流负压抽吸式内循环进水系统包括进水系统中间的液体喷射管，所述液体喷射管底部进水口与反应器进水管相连接，液体喷射管中间喉道处有若干长度可调式管道与位于反应器底部区域的密布等径圆孔的环状辐流式进水器相连接，液体喷射管顶部与一个锥台形布水器相连接，所述锥台形布水器顶部密布等径布水孔，并与密布有等径圆孔的支撑板相连，所述支撑板用于承托光电催化氧化反应系统和固定环状辐流负压抽吸式内循环进水系统； 所述的光电催化氧化反应系统包括设置在支撑板上的一块板式筒状DSA阳极和一块网式筒状钛阴极，阴阳极板之间填充有粒状光电催化剂，网式筒状钛阴极内部设有紫外发生器； 其中所述布水孔直径小于所述粒状光电催化剂层底层最小粒径。
2.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，所述支撑板上设有一个环形阴极板卡槽和一个环形阳极板卡槽，环形卡槽直径等于对应筒状极板直径，支撑板直径等于反应器内径；所述的环状辐流式进水器上密布直径小于0.3cm的圆孔，环状辐流式进水器直径为反应器内径的0.5-0.8倍。
3.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，所述的反应器为圆柱形，器壁内层材质为硬质PVC、PPR耐腐蚀性材料，外层材质为不锈钢。
4.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，所述板式筒状DSA阳极板为钛基材表面固载贵金属物质制备而成的贵金属阳极板，贵金属物质采用钼、钌、铱、铷和锆氧化物中的一种或多种物质构成；所述板式筒状DSA阳极和所述网式筒状钛阴极极板间距为0.5-2cm。
5.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，所述反应器内部的粒状光电催化剂采用α-氧化铝或二氧化硅中的一种或多种为载体，表面负荷二氧化钛、硫化镉、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种活性物质构成；并制备成蜂窝多孔结构。
6.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，将所述光电催化剂分层填充在阴阳极板之间，其中底层和顶层光电催化剂平均粒径最大，粒径在0.3cm?0.5cm ；中间层催化剂平均粒径最小，粒径在0.1cm?0.3cm,且所述粒状光电催化剂的投加量与反应中废水的质量比为1:200-1:20 ;所述布水孔直径R小于0.3cm。
7.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，所述反应器内部光电催化氧化系统中紫外发生器为波长为200-400nm的高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一种，功率为4-200W。
8.根据权利要求7所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，所述的紫外发生器外形为圆柱形，其外径等于网状筒式钛阴极板内径。
9.根据权利要求1所述的环状辐流负压抽吸式内循环光电催化反应器，其特征在于，气体喷射管的出气口直接与大气相连通，通过鼓入压力为0.2-lMpa的压缩空气，在气体喷射管喉道处形成负压状态，将反应器内部产生的氢气吸出并稀释至浓度4%以下，最后排入大气。
【文档编号】C02F1/467GK104445533SQ201410636930
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】谢陈鑫, 秦微, 滕厚开, 赵慧, 李肖琳, 钱光磊, 张艳芳, 郑书忠, 王震, 李旗 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油天津化工研究设计院, 中海油能源发展股份有限公司