一种水处理中光催化臭氧接触池的制作方法

本发明涉及水处理设备技术领域，特别是指一种水处理中光催化臭氧接触池。

背景技术：

近年来，由于工农业废水和生活污水大量排放，湖泊、水库等水体有机物含量增高，水污染严重。

臭氧作为一种强氧化剂，可与水中的有机和无机化合物发生直接或间接的化学反应，被广泛用于水的消毒、嗅味和色度的去除以及水中有机污染物的去除。臭氧在水中的溶解度较小，因此需要特殊的混合技术，使臭氧与水得到充分接触并发生反应。臭氧接触池是指通过一定方式使臭氧扩散到处理水中，与水全面接触并高效完成预期反应的装置，以“隔板式”最为常见。

光催化臭氧化技术可以产生具有极强的氧化能力的活性羟基自由基(·OH)，可显著提高臭氧化效果。光催化剂中，以TiO₂最为常见。TiO₂光催化法具有如下优点：常温常压下即可催化降解有机物；对污染物选择性低，分解彻底，不产生二次污染；可去除低浓度有机污染物；颗粒比表面积大，吸附点位多，对污染物去除率高。此外，TiO₂本身不具毒性，价格低廉，具有较强的抗腐蚀能力，广泛应用于水处理领域。然而，TiO₂的禁带宽度较宽，光反应中电子与空穴较易复合，从而抑制了TiO₂的光催化性能。向TiO₂中掺杂金属离子，则能够有效改变TiO₂的光催化效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种水处理中光催化臭氧接触池。

该臭氧接触池包括进水口、曝气区I、反应区I、曝气区II、反应区II、曝气区III、反应区III、反应区IV、反应区V、出水口、曝气头、尾气破坏器和紫外灯，进水口与臭氧发生器相连，曝气区I和进水口之间设置挡板，臭氧接触池内沿长度方向依次设置曝气区I、反应区I、曝气区II、反应区II、曝气区III、反应区III、反应区IV和反应区V，且曝气区I、反应区I、曝气区II、反应区II、曝气区III、反应区III(9)、反应区IV(10)和反应区V依次由挡板隔开，出水口位于反应区V末端，反应区V设置尾气破坏器，曝气后臭氧通过挡板间连通孔进入反应区V，经尾气破坏器后排出；曝气区I、曝气区II和曝气区III内各设置一组曝气头，反应区I、反应区II和反应区III中央各设置一对紫外灯，反应区IV和反应区V内各布置两对紫外灯，反应区内壁均附着活性炭负载Fe掺杂TiO₂光催化剂。

其中，臭氧接触池为长方体，长1460mm、宽500mm、高350mm；曝气区I、曝气区II和曝气区III的长度分别为135mm、90mm和90mm，反应区I、反应区II、反应区III反应区IV和反应区V的长度分别为90mm、90mm、90mm、280mm和280mm；臭氧接触池内挡板厚15mm，挡板与池底垂直，沿光催化臭氧接触池长度方向平行设置，池内水呈S形流向。

曝气头为玻璃砂芯，曝气头直径20mm、孔径4-7μm、孔隙率30-50％，每个曝气区内平均分布10个曝气头；曝气区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为3:3:1。

紫外灯长280mm，功率为25W。

活性炭负载Fe掺杂TiO₂光催化剂采用如下方法制备：

将钛酸四丁酯和FeCl₃滴入无水乙醇中，匀速搅拌30min，制成A溶液；向无水乙醇中加入乙酸和蒸馏水，制成B溶液；将B溶液匀速滴入A溶液中，边滴加边搅拌，形成溶胶；将活性炭纤维用蒸馏水清洗后在pH值为4的溶液中浸泡24h，用蒸馏水清洗至中性，105℃烘干备用；将预处理后的活性炭纤维浸入制备TiO₂的溶胶中15min，使其均匀负载；使用浸渍提拉镀膜机以900μm/s的速度匀速提拉；将提拉获得的颗粒105℃烘干，制得负载1层的负载TiO₂；重复浸渍、提拉和烘干过程，得到一层以上负载的Fe掺杂TiO₂；将负载型Fe掺杂TiO₂置于马弗炉中，500℃煅烧，获得制备完成的负载型催化剂。

活性炭负载Fe掺杂TiO₂光催化剂中Fe掺杂量为0.001％，负载层数为15层。

水在上述臭氧接触池中的停留时间为15min。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1)该臭氧接触池结构紧凑，采用微孔曝气并结合自行研发的新型Fe掺杂TiO₂光催化剂常温常压下即可高效降解有机物；对污染物选择性低，分解彻底，不产生二次污染，具有较高的应用价值；

2)通过优化臭氧投加方法，不需增加臭氧总投加量，即可显著提高臭氧传质效率及污染物去除率。

附图说明

图1为本发明的水处理中光催化臭氧接触池主视图；

图2为本发明的水处理中光催化臭氧接触池俯视图；

图3为本发明光催化臭氧接触池处理效果示意图。

其中：1-臭氧发生器；2-臭氧接触池；3-进水口；4-曝气区I；5-反应区I；6-曝气区II；7-反应区II；8-曝气区III；9-反应区III；10-反应区IV；11-反应区V；12-出水口；13-曝气头；14-尾气破坏器；15-紫外灯。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种水处理中光催化臭氧接触池。

如图1和图2所示，该臭氧接触池中进水口3与臭氧发生器1相连，曝气区I4和进水口3之间设置挡板，臭氧接触池2内沿长度方向依次设置曝气区I4、反应区I5、曝气区II6、反应区II7、曝气区III8、反应区III9、反应区IV10和反应区V11，且曝气区I4、反应区I5、曝气区II6、反应区II7、曝气区III8、反应区III9、反应区IV10和反应区V11依次由挡板隔开，出水口12位于反应区V11末端，反应区V11设置尾气破坏器14，曝气后臭氧通过挡板间连通孔进入反应区V11，经尾气破坏器14后排出；曝气区I4、曝气区II6和曝气区III8内各设置一组曝气头13，反应区I5、反应区II7和反应区III9中央各设置一对紫外灯15，反应区IV10和反应区V11内各布置两对紫外灯15，反应区内壁均附着活性炭负载Fe掺杂TiO₂光催化剂。

其中，臭氧接触池2呈长方体，长1460mm、宽500mm、高350mm；曝气区I4、曝气区II6和曝气区III8的长度分别为135mm、90mm和90mm，反应区I5、反应区II7、反应区III9反应区IV10和反应区V11的长度分别为90mm、90mm、90mm、280mm和280mm；臭氧接触池2内挡板厚15mm，挡板与池底垂直，沿光催化臭氧接触池长度方向平行设置，池内水呈S形流向。

曝气头13为玻璃砂芯，曝气头13直径20mm、孔径4-7μm、孔隙率30-50％，每个曝气区内平均分布10个曝气头13；曝气区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为3:3:1。

紫外灯15长280mm，功率为25W。

实施例1：

使用时，臭氧发生器1产生臭氧后通过曝气头13曝气，反应区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为2:1:1，紫外灯关闭。使用某自来水厂砂滤池出水作为水源，臭氧接触池反应时间为15min，测定每个反应区结束时的出水UV₂₅₄，如图3，得到其去除率为25.7％。

实施例2：

使用时，臭氧发生器1产生臭氧后通过曝气头13曝气，反应区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为2:2:1，紫外灯关闭。使用某自来水厂砂滤池出水作为水源，臭氧接触池反应时间为15min，测定每个反应区结束时的出水UV₂₅₄，如图3，得到其去除率为34.8％。

实施例3：

使用时，臭氧发生器1产生臭氧后通过曝气头13曝气，反应区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为3:3:1，紫外灯关闭。使用某自来水厂砂滤池出水作为水源，臭氧接触池反应时间为15min，测定每个反应区结束时的出水UV₂₅₄，如图3，得到其去除率为55.8％。

实施例4：

使用时，臭氧发生器1产生臭氧后通过曝气头13曝气，反应区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为3:3:2，紫外灯关闭。使用某自来水厂砂滤池出水作为水源，臭氧接触池反应时间为15min，测定每个反应区结束时的出水UV₂₅₄，如图3，得到其去除率为42.1％。

实施例5：

活性炭负载Fe掺杂TiO₂光催化剂制备步骤如下：

将钛酸四丁酯和FeCl₃滴入无水乙醇中，匀速搅拌30min，制成A溶液；向无水乙醇中加入乙酸和蒸馏水，制成B溶液。将B溶液匀速滴入A溶液中，边滴加边搅拌，形成溶胶(Fe掺杂量为0.001％)。将活性炭纤维用蒸馏水清洗后在pH值为4的溶液中浸泡24h，用蒸馏水清洗至中性，105℃烘干备用。将预处理后的活性炭纤维浸入制备TiO₂的溶胶中15min，使其均匀负载。使用浸渍提拉镀膜机以900μm/s的速度匀速提拉。将提拉获得的颗粒105℃烘干，制得负载1层的负载TiO₂。重复浸渍、提拉和烘干过程，得到15层负载的Fe掺杂TiO₂。将负载型Fe掺杂TiO₂置于马弗炉中，500℃煅烧，获得制备完成的负载型催化剂。

使用时，臭氧发生器1产生臭氧后通过曝气头13曝气，反应区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为3:3:1。开启紫外灯，使用某自来水厂砂滤池出水作为水源，臭氧接触池反应时间为15min，测定每个反应区结束时的出水UV₂₅₄，如图3，得到其去除率为65.9％。

实施例6：

活性炭负载Fe掺杂TiO₂光催化剂制备步骤如下：

将钛酸四丁酯和FeCl₃滴入无水乙醇中，匀速搅拌30min，制成A溶液；向无水乙醇中加入乙酸和蒸馏水，制成B溶液。将B溶液匀速滴入A溶液中，边滴加边搅拌，形成溶胶(Fe掺杂量为0.001％)。将活性炭纤维用蒸馏水清洗后在pH值为4的溶液中浸泡24h，用蒸馏水清洗至中性，105℃烘干备用。将预处理后的活性炭纤维浸入制备TiO₂的溶胶中15min，使其均匀负载。使用浸渍提拉镀膜机以900μm/s的速度匀速提拉。将提拉获得的颗粒105℃烘干，制得负载1层的负载TiO₂。重复浸渍、提拉和烘干过程，得到15层负载的Fe掺杂TiO₂。将负载型Fe掺杂TiO₂置于马弗炉中，500℃煅烧，获得制备完成的负载型催化剂。

使用时，臭氧发生器1产生臭氧后通过曝气头13曝气，反应区内三点曝气，臭氧投加总量为2mg/L，投加比为3:3:1。使用某自来水厂砂滤池出水，并向水中加入3mg/L腐殖酸作为水源，开启紫外灯，臭氧接触池反应时间为15min，测定每个反应区结束时的出水UV₂₅₄，如图3，得到其去除率为55.9％。

上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。