一种夹层流真空紫外反应装置的制作方法

本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种去除水中有机污染物的紫外光反应装置。

背景技术：

紫外光解技术是指以紫外（400nm以下，最常用的是波长254nm的紫外光）作为光源对有机污染物进行降解，是一种新兴的水处理技术，一般可以分为直接光解和间接光解。直接光解是指有机污染物通过直接吸收某一波段的紫外光，自身分解；间接光解涉及次生氧化活性物种参与反应，例如羟基自由基、过氧化氢以及超氧自由基等。虽然两者常常同时产生，但是由于间接光解的活性更高，因此间接光解在有机物的降解过程中起着重要的作用。基于紫外的高级氧化技术具有效率高，易操作等优势，得到了广泛研究与应用。但是该技术往往需要通过添加过氧化氢等额外的化学药剂，增加了运行费用，且残留药剂需要进一步处理，因此又存在不便性。

真空紫外高级氧化技术主要原理是通过波长小于200nm紫外光的辐照作用（最常采用的是波长185nm的紫外），使水分子离子化产生羟基自由基。羟基自由基具有强氧化性，能够与许多难降解的有机污染物快速反应将其降解。真空紫外高级氧化技术与前述的普通紫外高级氧化技术相比，最显著的特征是不需要添加其他的化学试剂，便能够原位产生具有强氧化性的活性氧物种降解有机污染物，因此没有氧化剂残留等问题，是一种绿色的、环境友好的水处理技术。低压汞灯是常见的真空紫外光源，能够同时产生254nm与185nm波长的紫外光。由于水分子对真空紫外具有强烈的吸收作用，因此真空紫外在水中的穿透厚度一般只有5mm左右，大量的活性物种在比较有限的空间内生成，有机污染物的降解反应严重受到质量传递的限制。如果仅仅只是将灯管随意置于反应溶液中，真空紫外的降解效率将会大打折扣。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种夹层流真空紫外反应装置，它能利用真空紫外的优点并克服传质限制特性的缺陷，提高水中有机污染物的去除效率。

本实用新型所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括反应器、双层石英套管和低压汞灯，反应器顶口盖有密封盖，双层石英套管穿过密封盖伸入反应器下部，双层石英套管内腔安装低压汞灯，双层石英套管顶口装有橡胶盖，电源线穿过所述橡胶盖连接于低压汞灯安装座上，双层石英套管具有夹层流道，双层石英套管外壁与反应器内壁之间构成反应器内腔，在夹层流道上方开有进水口，夹层流道下底开有连通反应器内腔的过流孔，反应器内腔上部开设有出水口。

本实用新型的工作原理：待处理水通过所述进水口流入，经过夹层流道，再通过过流孔流出，进入至反应器内腔，最后从出水口流出。

本实用新型的技术效果是：

1、本实用新型采用的双层石英套管的材质为高纯石英玻璃，能够透过254nm和185nm波长的紫外线，对真空紫外的吸收小，有利于提高真空紫外对待处理水的辐照效果。

2、185nm以及254nm的紫外光得到了充分的利用：由于真空紫外在水中的穿透厚度一般只有5mm左右，所以低压汞灯产生的185nm的辐照主要是在夹层流道之内，而双层石英套管和反应器内腔内均有254nm的辐照。待处理水首先通过夹层流道，能够受到185nm与254nm的辐照，一方面能够直接光解，另一方面由真空紫外185nm的辐照产生活性物种，例如过氧化氢以及羟基自由基等，进行间接光解。产生的活性物种随溶液通过过流孔流出夹层流道，进入到反应器内腔内，在254nm的紫外光的照射下，持续产生高级氧化作用降解污染物，使紫外光得到了充分的利用，提高了污染物的降解效率。

3、本实用新型既可采用连续进样的方式降解污染物，也可采用循环多次进样的方式降解污染物，提高污染物的降解率。

附图说明

本实用新型的附图说明如下：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1中的双层石英套管的结构示意图；

图3为扰流板结构示意图；

图4为连续进样运行方式的示意图；

图5为循环多次进样运行方式的示意图；

图6为20μmol初始浓度的苯并噻唑在30min内，本实用新型与真空紫外普通反应装置、普通紫外反应装置的降解率随时间变化曲线图；

图7为25μmol初始浓度的邻苯二甲酸二甲酯在30min内，本实用新型与真空紫外普通反应装置、普通紫外反应装置的降解率随时间变化曲线图。

图中，1、低压汞灯；3、夹层流道；4、双层石英套管；41、双层石英套管内壁；42、双层石英套管外壁；5、进水口；6、橡胶盖；7、过流孔；8、反应器内腔；9、反应器；10、出水口；11、密封盖；12、扰流板；13、电源线；14、水泵；15、导管，16、储液罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

本专利申请中，为了清楚描述各部件，在部件之间使用“上”和“下”位置关系，所述“上”、“下”是依据以上附图的布设位置来确定的，在本实用新型的实际安装位置发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。

如图1所示，本实用新型包括反应器9、双层石英套管4和低压汞灯1，反应器9顶口盖有密封盖11，双层石英套管穿过密封盖11伸入反应器下部，双层石英套管4内腔安装低压汞灯1，双层石英套管顶口装有橡胶盖6，电源线13穿过所述橡胶盖6连接于低压汞灯1安装座上，双层石英套管4具有夹层流道3，双层石英套管外壁与反应器内壁之间构成反应器内腔8，在夹层流道3上方开有进水口5，夹层流道3下底开有连通反应器内腔8的过流孔7，反应器内腔8上部开设有出水口10。

如图2所示，双层石英套管4包括双层石英套管内壁41和双层石英套管外壁42，在双层石英套管内壁41和双层石英套管外壁42之间形成夹层流道3，双层石英套管内壁41管筒为双层石英套管内腔。

所述夹层流道3的厚度小于5mm。

根据实际情况在反应器内腔8内可设有或不设扰流板12。如图3所示，扰流板12为带中心孔的圆盘，盘面上开有环型孔或小圆孔、网孔。扰流板能够起到扰动水流，均匀混合以及均匀布水的作用。

本实用新型一般有两种工作方式：

1、连续进样运行方式

如图4所示，水泵14安装在进水口5接入的导管15上，待降解的溶液由水泵14经导管15压入进水口5，经过夹层流道3，再通过过流孔7进入反应器内腔8进行降解，然后从出水口10以及导管15排出，完成一次降解过程。

2、循环多次进样运行方式

如图5所示，与图4不同的是，在出水口10的导管15上接入储液罐16，储液罐16底部的放水口接入水泵14，形成循环回路；水泵14的进水口还接有外引水管，以导入外部待处理水；出水口10的导管上还接有外流的导管15，以引出处理后的合格水。

待降解的溶液在水泵14的作用下，依次通过导管15、进水口5、夹层流道3以及过流孔7进入反应器内腔8进行降解，再通过出水口10进入到储液罐16中，然后通过水泵14的作用，可再次进入反应器进行降解，多次循环能够提高污染物的降解率。

对比测试

使用本实用新型与使用真空紫外普通反应装置、普通紫外反应装置进行污染物降解。本实用新型采用循环多次进样运行方式。

采用初始浓度为20μmol的苯并噻唑溶液，保持温度25℃，降解后样品采用高效液相色谱仪进行测定，得到如图6所示的降解率随时间变化曲线。

从图6看出：初始浓度为20μmol的苯并噻唑，通过30min的降解，普通紫外反应装置只能降解40%左右的苯并噻唑。真空紫外普通反应装置和本实用新型的苯并噻唑降解率均可达到100%，但真空紫外普通反应装置需要20min以上，苯并噻唑的降解率才能达到100%，本实用新型在10-15min内苯并噻唑的降解率便可达到100%。该结果充分表明本实用新型提供的夹层流结构有效提高了对苯并噻唑的去除效率。

采用初始浓度为25μmol的邻苯二甲酸二甲酯溶液，保持温度25℃，降解后样品采用高效液相色谱仪进行测定，得到如图7所示的降解率随时间变化曲线。

从图7看出：初始浓度为25μmol的邻苯二甲酸二甲酯，通过30min的降解，普通紫外反应装置只能降解16%左右的邻苯二甲酸二甲酯。真空紫外普通反应装置和本实用新型的邻苯二甲酸二甲酯的降解率均可达到100%，但真空紫外普通反应装置需要接近30min，邻苯二甲酸二甲酯的降解率才能达到100%，而本实用新型邻苯二甲酸二甲酯的降解率20min左右便可达到100%。该结果充分表明本实用新型提供的夹层流结构有效提高了对邻苯二甲酸二甲酯的去除效率。