一种耦合光与粒子响应水处理设备及光反应器及处理方法与流程

本发明涉及一种高危废水处理机动化设备，尤其涉及一种耦合光与粒子响应水处理设备，包含该催化反应器的废水处理设置以及处理方法，属于污水处理领域。

背景技术：

传统的污水处理设备需要进行选址并将污水收集至定点位置进行处理，无法及时、安全、有效开展对污水的无害化处理，带来交叉污染与扩散污染。如液体推进剂残液，危化品泄漏液，医疗消毒冲洗液，含病原微生物源的污水，含放射性同位素源污水等需要灵活机动处理的情况，无法得到解决。医疗废水含有病原性微生物、有毒、有害的物理化学污染物和放射性污染等，具有空间污染、急性传染和潜伏性传染等特征，不经有效处理会成为一条疫病扩散的重要途径，造成严重环境危害。急需一种高效方便移动的污水处理设备解决以上问题。

光催化技术最早见诸报道是在1972年，fujishimaa等采用tio2光电极和铂电极组成光电化学体系使水分解为氢气和氧气。1977年，franksn等首先验证了用半导体tio2光催化降解水中氰化物的可能性，由此光催化技术在废水处理领域掀开了新的篇章。

光催化降解废水的原理可分为两个方面：一种在废水中加入空气或其他富氧物质如臭氧、过氧化氢等作为氧化剂，在光的辐射作用下产生羟基自由基，强氧化去除高危毒性有机污染物；另一种则是基于光催化剂在紫外光或可见光的照射下，能够产生具有氧化还原能力的电子-空穴对，光生空穴具有强氧化性，同时光生空穴与h2o作用可产生羟基自由基，羟基自由基的氧化还原电位高于臭氧与氧气。

光催化降解废水辅助uvc紫外光，利用真空的低压环境中，激发作用而产生的小于300nm深紫外光，既强化消毒，同时在降解有机物过程中，有机物可以直接吸收光子的能量而达到激发、亚稳定的状态，亦或者由水、氧气等氧化物吸收深紫外能量而产生活性自由基，进一步与有机物作用发生断键分解达到降解效果。

光催化降解废水辅助钙钛矿光催化剂，钙钛矿光催化剂从结构上具有可以调整的载流子浓度、能带宽度、离子价态和空位数量，进一步引发整个反应体系中更多羟基自由基的产生，可以使自由基链式顺利进行，从而实现污染物的彻底氧化分解，光感应与粒子响应耦合催化技术，具备工艺简单、反应条件温和，无二次污染、能耗低等显著优点。本发明采用光感应与粒子响应耦合催化氧化技术，既强化消毒，又增强氧化能力，减少试剂消耗，可以用于国家火箭、导弹、卫星、石化和医药化工等重点行业的高危废水处理，本发明结合光感应与粒子响应耦合的原理设计了一套移动式污水处理设备来高效处理突发应急情况。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供一种耦合光与粒子响应水处理设备及光反应器及处理方法，以光感应与粒子响应耦合催化氧化技术为核心，以毒性减排、高效无二次污染为目标，响应及时、运转高效、专业隔离的可移动式应急处理设备，为达此目的，本发明提供一种耦合光与粒子响应水处理设备，包括废水池、光反应器、气液分离器、回收池和cod检测系统，所述气液分离器的气体出口连接废水池，所述气液分离器的液体出口连接cod检测系统，所述cod检测系统将检测达标的处理废水通过回收管路与出水回收池连通，所述cod检测系统将检测不达标的处理废水通过循环管路与废水池连通再次进行处理，所述废水池的出水管接光反应器底部的进液口，所述光反应器的出液口接气液分离器的气液混相进口；

所述光反应器包括光反应器内胆主体、进液口、紫外灯、反应槽、光催化剂、出液口和外壳，所述光反应器内胆主体设置在外壳内，所述光反应器内胆主体底部设有进液口，所述光反应器内胆主体内部设有紫外灯，所述紫外灯的四周设有反应槽，所述反应槽上负载有光催化剂，所述反应槽并列设置，所述光反应器内胆主体的顶部设有出液口。

作为本发明水处理设备进一步改进，所述光催化剂为钙钛矿laco0.8mn0.2o3光催化剂，该催化剂光感应敏捷，不会产生二次污染。

作为本发明水处理设备进一步改进，所述紫外灯的光源为uvc-led灯或者真空紫外灯，反应器设的uvc紫外灯为led灯或者真空紫外灯，提供较高的光量子效率，耦合光感应的粒子光催化剂，从而达到更高的能源效率及更低的功耗，彻底处理废水中的有毒有害物质。

作为本发明水处理设备进一步改进，所述反应槽与紫外灯的连接处设有橡胶圈和防漏环，所述内胆反应器内部为密封的真空环境，以上设计可以提高整体密封性。

作为本发明水处理设备进一步改进，所述外壳与光反应器内胆主体之间填充有隔热层，通过设置隔热层可以进行隔热。

作为本发明水处理设备进一步改进，所述紫外灯通过上法兰和下法兰竖直固定在内胆反应器内部，本发明紫外灯可以通过法兰固定。

作为本发明水处理设备进一步改进，所述光反应器内胆主体底部内有循环冷凝水管，因为紫外灯会产生热，通过冷凝保持反应常温，本申请常温情况也可以进行高效反应。

本发明提供一种耦合光与粒子响应水处理设备的光反应器，包括光反应器内胆主体、进液口、紫外灯、反应槽、光催化剂、出液口和外壳，所述光反应器内胆主体设置在外壳内，所述外壳与光反应器内胆主体之间填充有隔热层，所述光反应器内胆主体底部设有进液口，所述光反应器内胆主体内部设有紫外灯，所述紫外灯通过上法兰和下法兰竖直固定在内胆反应器内部，所述紫外灯的光源为uvc-led灯或者真空紫外灯，所述紫外灯的四周设有反应槽，所述反应槽上负载有光催化剂，所述反应槽并列设置，所述光反应器内胆主体的顶部设有出液口，所述光催化剂为钙钛矿laco0.8mn0.2o3光催化剂，所述反应槽与紫外灯的连接处设有橡胶圈和防漏环，所述内胆反应器内部为密封的真空环境，所述光反应器内胆主体底部内有循环冷凝水管。

本发明提供一种耦合光与粒子响应水处理设备的处理方法，具体步骤如下；

1）根据废水实际情况进行预处理；

2）通过高危废水处理机动化装备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

3）打开光催化反应器中的紫外灯光源，光催化反应相应时间；

4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

6）将气液分离器出水进行cod在线检测，检测合格的处理废水通过回收管路进入回收池，检测不合格的处理废水通过循环管路进入废液池再次进行处理。

作为本发明处理方法进一步改进，步骤一中根据废水实际情况进行预处理，若废水为碱性添加稀硫酸溶液，若废水为酸性添加氢氧化钠溶液，并添加双氧水提高氧化性，本申请可以处理各种情况的的废水。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

1）本发明采用光感应与粒子响应耦合具有强化消毒，增强氧化能力，减少试剂消耗等优点，其技术先进性在于体系产生电子与空穴对，光生空穴有很强的得电子能力，具有强氧化性，使原本不吸收光的物质被活化氧化。光生电子e-易被水中溶解的氧等电子受体所捕获，使电子受体发生光催化还原反应。此外体系富含电子，离子，亚稳态分子，活性自由基等粒子，化学活性高，显著减少双氧水等试剂消耗，不需要外加能量，动力学反应速率快。

2）本发明光感应与粒子响应耦合催化氧化的降解反应速率，受制于传质速率，传质速率与相界面积密切相关，体系中95%以上相界面积由微颗粒提供，单位体积相界面积大，气泡团聚，当废水流经催化剂微颗粒，纳米微米级几何尺度，能数十倍强化界面面积与传质效率，从而成倍提高降解反应效率，环境效益显著，大幅提升市场竞争力。

3）本发明的光反应器，可通过光感应与粒子响应耦合催化技术处理废水，即开即用，无调试运行周期，突破了工艺流程长、产生大量污泥两大瓶颈，具有普适性，能在室温下大幅降低废水的cod值，在较短的时间内提高废水的可生化性。

4）本发明的废水处理设备结构合理，采用成套化通用空间单元和模块化组合装配系统，实现水处理工艺链的工业化、模块化及组装化，快速拆装循环利用；内胆光催化反应器可单独使用，也可用于成套装置中，快速高效地降解高危废水。

5）本发明所述高危废水处理机动化设备可移动，反应器内的uvc紫外光可以同时达到氧化降解和消毒的作用，针对如液体推进剂残液处理，危化品泄露，医疗消毒冲洗液，含病原微生物源的污水，含放射性同位素源污水消除等应急处理，可以做到响应及时、运转高效、专业隔离，即开即用，避免了交叉污染与扩散污染。

6）本发明采用的新型光催化剂在应用过程中减少了氧化剂的用量，大大地节约成本；且常温常压下进行反应，减少耗能。

附图说明

附图1是本申请原理示意图；

附图2是本申请整体示意图；

部件名称；

1、光反应器内胆主体；2、进液口；3、紫外灯；4、反应槽；5、光催化剂；6、出液口；7、循环冷凝水管；8、橡胶圈；9、防漏环；10、外壳；11、隔热层；12、上法兰；13、下法兰。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种耦合光与粒子响应水处理设备及光反应器及处理方法，以光感应与粒子响应耦合催化氧化技术为核心，以毒性减排、高效无二次污染为目标，响应及时、运转高效、专业隔离的可移动式应急处理设备。

作为本发明设备实施例，本发明提供如图1所示的一种耦合光与粒子响应水处理设备，包括废水池、光反应器、气液分离器、回收池和cod检测系统，其特征在于，所述气液分离器的气体出口连接废水池，所述气液分离器的液体出口连接cod检测系统，所述cod检测系统将检测达标的处理废水通过回收管路与出水回收池连通，所述cod检测系统将检测不达标的处理废水通过循环管路与废水池连通再次进行处理，所述废水池的出水管接光反应器底部的进液口2，所述光反应器的出液口6接气液分离器的气液混相进口；

包括光反应器内胆主体1、进液口2、紫外灯3、反应槽4、光催化剂5、出液口6和外壳10，其特征在于，所述光反应器内胆主体1设置在外壳10内，所述外壳10与光反应器内胆主体1之间填充有隔热层11，通过设置隔热层可以进行隔热，所述光反应器内胆主体1底部设有进液口2，所述光反应器内胆主体1内部设有紫外灯3，所述紫外灯3通过上法兰12和下法兰13竖直固定在内胆反应器1内部，本发明紫外灯可以通过法兰固定，所述紫外灯3的光源为uvc-led灯或者真空紫外灯，反应器设的uvc紫外灯为led灯或者真空紫外灯，提供较高的光量子效率，耦合光感应的粒子光催化剂，从而达到更高的能源效率及更低的功耗，彻底处理废水中的有毒有害物质，所述紫外灯3的四周设有反应槽4，所述反应槽4上负载有光催化剂5，所述反应槽4并列设置，所述光反应器内胆主体1的顶部设有出液口6，所述光催化剂5为钙钛矿laco0.8mn0.2o3光催化剂，该催化剂光感应敏捷，不会产生二次污染，所述反应槽4与紫外灯3的连接处设有橡胶圈8和防漏环9，所述内胆反应器1内部为密封的真空环境，以上设计可以提高整体密封性，所述光反应器内胆主体1底部内有循环冷凝水管7，因为紫外灯会产生热，通过冷凝保持反应常温，本申请常温情况也可以进行高效反应。

作为本发明光反应器实施例，本发明提供如图2所示的一种耦合光与粒子响应水处理设备的光反应器，包括光反应器内胆主体1、进液口2、紫外灯3、反应槽4、光催化剂5、出液口6和外壳10，其特征在于，所述光反应器内胆主体1设置在外壳10内，所述外壳10与光反应器内胆主体1之间填充有隔热层11，通过设置隔热层可以进行隔热，所述光反应器内胆主体1底部设有进液口2，所述光反应器内胆主体1内部设有紫外灯3，所述紫外灯3通过上法兰12和下法兰13竖直固定在内胆反应器1内部，本发明紫外灯可以通过法兰固定，所述紫外灯3的光源为uvc-led灯或者真空紫外灯，反应器设的uvc紫外灯为led灯或者真空紫外灯，提供较高的光量子效率，耦合光感应的粒子光催化剂，从而达到更高的能源效率及更低的功耗，彻底处理废水中的有毒有害物质，所述紫外灯3的四周设有反应槽4，所述反应槽4上负载有光催化剂5，所述反应槽4并列设置，所述光反应器内胆主体1的顶部设有出液口6，所述光催化剂5为钙钛矿laco0.8mn0.2o3光催化剂，该催化剂光感应敏捷，不会产生二次污染，所述反应槽4与紫外灯3的连接处设有橡胶圈8和防漏环9，所述内胆反应器1内部为密封的真空环境，以上设计可以提高整体密封性，所述光反应器内胆主体1底部内有循环冷凝水管7，因为紫外灯会产生热，通过冷凝保持反应常温，本申请常温情况也可以进行高效反应。

作为本发明方法实施例，本发明一种耦合光与粒子响应水处理设备的处理方法，具体步骤如下；

1）根据废水实际情况进行预处理，若废水为碱性添加稀硫酸溶液，若废水为酸性添加氢氧化钠溶液，并添加双氧水提高氧化性，本申请可以处理各种情况的的废水；

2）通过高危废水处理机动化装备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

3）打开光催化反应器中的紫外灯光源，光催化反应相应时间；

4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

6）将气液分离器出水进行cod在线检测，检测合格的处理废水通过回收管路进入回收池，检测不合格的处理废水通过循环管路进入废液池再次进行处理。

本发明设备已经在多个领域得以运用，具体实施例及结果如下；

实施例1：

某制药厂抗生素环丙沙星废水cod为15000mg/l、色度为6000倍、ph为9.0，采用本发明装置处理该医药废水，其处理方法和结果如下：

（1）按照废水：双氧水=40:1的体积比于废水池中添加废水和双氧水并混合均匀；

（2）通过高危废水处理机动化装备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

（3）打开光催化反应器中的uvc/led灯，光催化反应120min；

（4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（6）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod为2610mg/l，去除率为82.6%，b/c=0.5，反应后ph为7.2，色度接近为0，污泥零排放，合格的出水排放到出水回收池中便于后续进一步处理。

实施例2：

某医院病房排放废水cod浓度为350mg/l、氨氮浓度为30mg/l，粪大肠杆菌含量为3.0×108个/l，含有一定量的病原体微生物，采用光感应与粒子响应耦合水处理机动化设备，处理该医疗废水，其处理方法和结果如下：

（1）通过高危废水处理机动化设备内胆底部进水口将废水池中的废水通进内胆光催化反应器中进行搅拌暗吸附处理30min；

（2）打开光催化反应器中的uvc/真空紫外灯，光催化反应180min；

（3）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（4）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（5）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod数值为38mg/l，cod去除率高达89.1%，氨氮浓度为7mg/l，粪大肠杆菌少于100个/l，几乎无病原体微生物。

实施例3

某无人机液体推进剂偏二甲肼，冲洗残液中偏二甲肼浓度为350mg/l，采用本发明光感应与粒子响应耦合水处理机动化设备，处理该液体推进剂残液废水，其处理方法和结果如下：

（1）通过高危废水处理机动化设备内胆底部进水口将废水池中的废水通进内胆光催化反应器中进行搅拌暗吸附处理20min；

（2）打开光催化反应器中的uvc/真空紫外灯，光催化反应50min；

（3）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（4）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（5）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod数值为35mg/l，cod去除率高达90%，反应后ph为6.6，偏二甲肼浓度为0.02mg/l，色度接近为0。

实施例4

某液体推进剂残液中水合肼浓度为1000mg/l，采用本发明设备处理该液体推进剂残液废水，其处理方法和结果如下：

（1）按照废水：双氧水=15:1的体积比于废水池中添加肼废水和双氧水并混合均匀；

（2）通过高危废水处理机动化设备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

（3）打开光催化反应器中的uvc/真空紫外灯，光催化反应60min；

（4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（6）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod数值为20mg/l，反应后水合肼浓度为0.03mg/l，合格的出水排放到出水回收池中便于后续进一步处理。

实施例5

某苯酚消毒液排放废水中cod为940mg/l，采用本发明设备处理该医疗消毒液废水，其处理方法和结果如下：

（1）按照废水：双氧水=25:1的体积比于废水池中添加废水和双氧水并混合均匀；

（2）通过高危废水处理机动化设备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

（3）打开光催化反应器中的uvc/led灯，光催化反应80min；

（4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（6）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod为57mg/l，去除率为94%，工艺简单，降解高效，无二次污染，污泥零排放。

实施例6

某含氯消毒液排放废水中cod为200mg/l，采用本发明设备处理该废水，其处理方法和结果如下：

（1）按照废水：双氧水=133:1的体积比于废水池中添加废水和双氧水并混合均匀；

（2）通过高危废水处理机动化设备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

（3）打开光催化反应器中的uvc/led灯，光催化反应80min；

（4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（6）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod数值为18mg/l，cod去除率为91%，无二次污染，污泥零排放，合格的出水排放到出水回收池中便于后续进一步处理。

实施例7

某化工厂过氧乙酸排放废水中cod为4470mg/l，采用本发明设备处理该废水，其处理方法和结果如下：

（1）废水池中添加氢氧化钠溶液，调节ph至5.0-5.5，与废水混合均匀；

（2）通过高危废水处理机动化设备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

（3）打开光催化反应器中的uvc/led灯，光催化反应90min，并通入冷凝水保持室温；

（4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（6）将气液分离器出水进行cod在线检测，cod数值为472mg/l，cod去除率为89.4%，b/c=0.7，无二次污染，污泥零排放，合格的出水排放到出水回收池中便于后续进一步处理。

实施例8

某制药厂抗生素阿奇霉素排放废水中cod为6500mg/l，采用本发明设备处理该制药车间废水，其处理方法和结果如下：

（1）按照废水：双氧水=100:1的体积比于废水池中添加废水和双氧水并混合均匀；

（2）通过高危废水处理机动化装备内胆底部进水口将废水池中的混合液通进内胆反应器中；

（3）打开光催化反应器中的uvc/led灯，光催化反应100min；

（4）利用气液分离器对光催化反应器出水进行气液分离处理；

（5）利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

（6）将气液分离器出水进行cod在线检测，可直观读出cod数值为520mg/l，cod去除率为92.0%，b/c=0.6，无二次污染，污泥零排放，合格的出水排放到出水回收池中便于后续进一步处理。

对比现有技术，同样室温21℃，同样反应100min，单独使用uvc紫外光降解，不加双氧水，该制药车间废水cod降解率为8%；按照废水：双氧水=100:1，单独添加氧化剂双氧水，该制药车间废水cod降解率为12%；按照废水：双氧水=100:1，联合使用uvc紫外光，该制药车间废水cod降解率为44%。

以上实施例说明，光感应与粒子响应耦合催化技术，因为体系富含电子，离子，亚稳态分子，活性自由基等粒子，化学活性高，具有强化消毒，增强氧化能力，催化降解反应速率快。耦合光与粒子响应的水处理机动化设备，及时、安全、有效开展对污水的无害化处理，避免对环境和人员造成交叉污染与扩散污染。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。