一种立体多能催化氧化水处理装置的制作方法

本发明属于废水催化氧化处理的技术领域，具体涉及一种立体多能催化氧化水处理装置。

背景技术：

光催化氧化技术处理废水是一种新兴的绿色水处理技术，具有反应条件温和、能耗低、操作简单、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染和可用太阳光作为反应光源等突出优点。

而目前现有技术制约光催化技术应用的主要因素是：

(1)催化剂固定较难且易流失，整个装置结构复杂、效率低、不能长期连续稳定的运行。

(2)催化剂活性低，而为了尽可能多的激活光催化剂，光反应器必须能提供尽可能大的催化剂面积，为了减少反应器的体积，单位体积的反应器不得不提供尽可能大的安装催化剂的空间。

(3)催化装置随着水处理量的增加，灯管上会附着一定的污染物而影响光的穿透性，从而降低光催化降解效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种立体多能催化氧化水处理装置，以解决现有装置催化剂流失、催化剂活性低和光源利用率低的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种立体多能催化氧化水处理装置，包括密封盖、壳体、清洗模块、催化剂网和灯管；

灯管通过密封盖固定于壳体的中心位置；灯管外设有一石英套管；石英套管一侧固定有一导轨，石英套管和导轨之间有间隙；导轨上固定连接有一清洗模块；催化剂网安装于壳壁和石英套管之间；催化剂网上连接有一光强检测探头。

优选地，清洗模块套设于石英套管上。

优选地，壳体上还设有一驱动电机。

优选地，光强检测探头内设有控制驱动电机的微处理器。

优选地，壳体下端设有一曝气孔。

优选地，壳体内壁覆盖有一层反光材料。

优选地，壳体的材质为不锈钢、有机玻璃或硅硼玻璃中的任意一种。

本发明提供的立体多能催化氧化水处理装置，具有以下有益效果：

本装置的催化剂负载结构采用网状结构，能够实现催化剂三维立体感光功效，提高光源的利用率，同时光催化剂负载在网上，避免了催化剂的流失和省去回收催化剂所需的复杂设备。

其中催化剂网上均匀负载有纳米级光催化剂，光催化剂为二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆和硫化镉等半导体材料中的一种或者多种。单一成分的催化剂具有高效产生空穴或者电子的能力，而不同类型半导体催化剂的混合能有效提高光生载流子的分离作用，使得空穴和电子的产生能力同时增加，能明显提高光催化效率。

反应壳体上的光强检测探头，其探头安装在催化剂网所在平面上，用以实时检测催化剂网处的光强，保证催化剂上光生电子和空穴的产生速率，从而保证废水中污染物的高降解率。

随着水处理量的增加，石英套管上会附着一定的污染物，光强检测探头检测到的光强减弱，当减弱至灯管初始光强的80％时，壳体上部安装的电动马达开始工作，通过导轨带动清洗模块沿石英套管的轴向来回移动，实现对石英套管外壁的清洗，保证光催化降解污染物的效率。

壳体下部设有一曝气孔，气体通过曝气孔进入反应壳体，气体可以是空气、氧气或者臭氧中的一种。曝入的气体在纳米催化剂表面俘获电子形成超氧负离子，超氧负离子具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO₂和H₂O，同时也能对一些具有还原性的无机物彻底分解，从而增强光催化反应对污染物的降解效果。

整个装置结构简单，效率高，提高了光的穿透性和利用率，保证装置长期连续稳定的运行，减少人工劳动强度，具有很强的实用性。

附图说明

图1为立体多能催化氧化水处理装置的结构示意图。

其中，1、密封盖；2、壳体；3、清洗模块；4、石英套管；5、催化剂网；6、进水口；7、驱动电机；8、出水口；9、光强检测探头；10、导轨；11、灯管；12、曝气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案的实施方式进行详细地说明：

根据本申请的一个实施例，如图1所示，本方案的立体多能催化氧化水处理装置，包括密封盖1、壳体2、清洗模块3、催化剂网5和灯管11。

灯管11通过密封盖1固定于壳体2的中心位置，灯管11外设有一石英套管4，石英套管4一侧固定有一导轨10，石英套管4和导轨10之间有间隙，导轨10上固定连接有一清洗模块3，催化剂网5安装于壳体2内壁和石英套管4之间，催化剂网5上连接有一光强检测探头9。

催化剂网5上均匀负有纳米级光催化剂，纳米级光催化剂成分可以是二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆和硫化镉等半导体材料中的一种或者多种。其半导体既有N型半导体也有P型半导体，N型半导体的导带上有电子，但是价带上没有空穴；P型半导体则相反。

所以在进行光催化反应中，单一成分的催化剂具有高效产生空穴或者电子的能力，而不同类型半导体催化剂的混合能有效提高光生载流子的分离作用，使得空穴和电子的产生能力同时增加，能明显提高光催化效率。

而光源与催化剂相互作用产生强氧化剂和还原剂，其反应式如下：

催化剂+hv→h⁺+e^-

h⁺+H₂O→·OH+H⁺

光催化反应需要在一定波长的光照下进行，催化剂发生光生载流子的分离，形成光生电子和空穴，光生电子和空穴与离子或者分子结合生成具有强氧化性或者还原性的活性自由基，这种活性自由基能将有机物降解为CO₂和H₂O，而在反应过程中催化剂本身不发生变化。

其中清洗模块3套设于石英套管4上，用于清洗附着于石英套管4外壁上的杂质，保证光催化降解污染物的效率。

壳体2上还设有一驱动电机7，用于驱动导轨10上下运动，进而带动清洗模块3在石英套管4轴上来回移动。

驱动电机7与光强检测探头9连接设置，当光强检测探头9检测到石英套管4上的光强减弱到初始光强的80％时，驱动电机7开始运行。

壳体2下端设有一曝气孔12，曝气气体可以是空气、氧气或臭氧中的任意一种，曝入的气体在纳米催化剂表面俘获电子形成超氧负离子，超氧负离子具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO₂和H₂O，同时也能对一些具有还原性的无机物彻底分解进而增强光催化反应对污染物的降解效果。

壳体2的材质为不锈钢、有机玻璃或硅硼玻璃中的任意一种，其内壁覆盖有一层反光材料，灯管11上的光照射在壳体2内壁上，反射回催化剂网5上，充分利用光源。

具体流程：

废水由进水口6进入装置中，浸没催化剂网5和石英套管4，废水在催化剂网5的网孔任意流动，光源透过石英套管4直接照射在催化剂网5上，同时光源穿透催化剂网6的网孔，照射到壳体2的内壁反射回催化剂网上进行作用，光源与催化剂相互作用产生强氧化剂和还原剂，高效地分解废水中的污染物。

同时由曝气孔12进入壳体2中的气体，增强溶液的搅拌和增强催化剂网5附近的传质，同时在光催化的作用下产生具有强氧化性的自由基，氧化废水中的有机物，增强本装置对废水的处理效率，经过处理后的水由出水口8排放。

在长时间连续的运行过程中，石英套管4外壁会附着一定的杂质从而影响光源的透过性，本装置中设置有清洗模块3和光强检测探头9，光强检测探头9光强减弱至灯管初始光强的80％时，壳体2上部安装的驱动电机7开始工作，通过导轨10带动清洗模块3沿石英套管4的轴向来回移动，实现对石英套管4外壁的清洗，保证光源对水体的照射和光催化降解污染物的效率。

整个装置结构简单，效率高，催化剂利用率高，且提高了光的穿透性和利用率，保证装置长期连续稳定的运行，减少人工劳动强度，具有很强的实用性。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。