专利名称：一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于废水处理领域，尤其涉及一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置。
背景技术：
近年来，光催化降解技术作为一种新型高效的废水处理技术已得到较快的发展，并引起了化学、物理、材料、环境保护等领域许多学者的重视。该技术降解废水时具有活性高、无毒、价格相对较低等优点，使用形式有负载式和悬浮式体系。在负载体系中，催化剂粒子被负载于一定的载体上，如填充式、薄膜式等，优点是能有效解决催化剂粒子的团聚及流失问题，不影响光源的辐射深度，但部分活性点被覆盖，导致催化剂活性点数量、表面积及层间空隙下降，降低了催化反应效率。悬浮式体系可以克服这些不足，该体系是利用超细(尤其是纳米级)催化剂颗粒物分散在液体中和污染物充分接触，其固液接触面积较高，反 应传质阻力较小，故而反应效率高，但又存在催化剂粒子间容易团聚，特别是催化剂和液体的分离非常困难。为了既能维持催化剂较高的活性，又能充分回收利用催化剂，近些年国内外许多学者又将光催化技术和膜分离技术进行耦合，开发出光催化膜反应器。根据催化剂在的存在形式，可分为固定式和悬浮式两大类，其中固定式的优点是催化剂回收利用简单，光源辐射效果好，但催化剂和液体的有效接触面积小，反应效率低，固定化工艺复杂，成本高。而悬浮式光催化膜反应器可以有效克服这些问题，如ZL98111597. 7、ZL00103229. I、ZL200610096970. I等，其反应体系不仅具有较高的固液接触面积，而且反应器中的纳微米级催化剂及未降解大分子物质可连续被分离膜截留，并重新回到反应器中，催化剂可得到充分的回收利用，被截留的大分子物质可进一步被氧化，并实现装置的连续运行。但也存在一些不足之处在连续运行过程中，细小的催化剂颗粒物容易黏附在浸没于溶液中的光源外壁面上，影响了光的有效辐射深度，同时一些纳米级催化剂颗粒物容易团聚，使固液接触面积降低，这些都将会降低光的催化降解效率；另外催化剂颗粒物还很容易堵塞膜孔并形成膜面污染层，将大大降低膜的渗透性能，从而增加膜组件及过滤元件的清洗的频率和难度。
实用新型内容本实用新型为了克服以上缺陷而提供一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置，具有高效、节能、低成本等特点，可适用于多种废水的有效处理。本实用新型为了实现上述目的而采取的技术方案，包括装置容器、超声发生器、抽吸泵及空压机，其中装置容器为长方体形，其内壁设有超声能换器，超声能换器和超声发生器相连，装置容器底部设有倾斜度为10°的斜板；装置容器被隔板分成左右两空间，隔板的顶端和底端面分别距容器顶部及底部50mm左右，隔板左空间设有一支以上的紫外灯管，紫外灯管被套在石英玻璃管内，石英玻璃管下面设有气体分布板，气体分布板通过三通阀分别和空气流量计及球阀相连，空气流量计和空压机相连；靠近石英玻璃管设有进水管，进水管下端口和石英玻璃管下端面平齐；隔板左空间上部设有雾沫挡板及溢流口，下部设有排污阀；隔板右空间装有一根及以上管式无机膜管，其材质可以是烧结玻璃、烧结金属、陶瓷及碳等无机材料，孔径在O. 2 2 μ m之间。管式无机膜管下端口用硅橡胶密封圈、压板及封头进行端封，压板设有数个穿孔；管式无机膜管上端口用硅橡胶密封圈和封盖板进行侧封，并和法兰相连，法兰出口分别与抽吸泵和空压机相连。与现有技术相比，本实用新型的优点在于在超声波的振动、空化和微射流作用之下，光催化氧化过程中光生电子和空穴的复合程度将得到较明显的抑制；微纳米级催化剂颗粒物在溶液中能保持良好的分散性能，可以明显改善固体光催化剂与液体界面之间的传质效率；细小的催化剂颗粒物也不容易黏附在石英玻璃管外壁面上，从保证了光源的有效辐射效果，这些叠加而产生的协同效应可以有效提高废水的降解效率。另外，超声的振动与空化作用能有效降低膜表面的浓差极化程度，并阻止颗粒物在膜表面的沉积及减缓颗粒物对膜孔的堵塞，使得膜的渗透性能可保持较长时间的稳定，可大大延长膜元件的运行周期。
图I为本实用新型结构示意图。图2为装置容器俯视图。
具体实施方式
参照附图I和附图2，本实用新型涉及一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置，包括装置容器19、超声发生器6、抽吸泵I及空压机17，装置容器19为长方体形，其内壁设有超声能换器8，超声能换器8和超声发生器6相连，装置容器19底部设有倾斜度为10°的斜板22，便于尾液的排放。装置容器19被隔板7分成左右两空间，隔板7的顶端和底端面分别距容器顶部及底部50mm左右。隔板7左空间设有一支以上的紫外灯管13，紫外灯管13被套在石英玻璃管14内，石英玻璃管14下面设有气体分布板18,气体分布板18和空压机17相连，靠近石英玻璃管14设有进水管10，进水管10下端口和石英玻璃管14下端面平齐；隔板7左空间上部设有雾沫挡板11及溢流口 12，下部设有排污阀20;隔板7右空间装有一根及以上管式无机膜管5，其材质可以是烧结玻璃、烧结金属、陶瓷及碳等无机材料，孔径在O. 2^2 μ m之间。管式无机膜管5下端口用硅橡胶密封圈、压板4及封头3进行端封，压板4设有穿孔4-1 ;管式无机膜管5上端口用硅橡胶密封圈和封盖板23进行侧封，并和法兰9相连，法兰出口分别与抽吸泵I和空压机17相连。装置运行过程中，压缩空气经布气板18进入隔板7左空间后和废水及催化剂颗粒物混合，形成气、液、固三相混合物，该混合物从隔板7左空间底部向上流动，上升到隔板7左空间上端后，从反应液中逸出的气体经过雾沫挡板11再从溢流口 12排出，雾沫挡板11可减少尾气液沫的夹带量，部分极微小气泡随液固混合物流经隔板7的顶端面和装置容器19的顶端面形成的横向空间，再进入隔板7的右空间向下流动，流到下端时，再流经隔板7的底端面和装置容器19底端面形成的空间进入隔板7的左空间，并和从进水管10注入的废水及从布气板18输入的气体在隔板7左空间底部汇合，再向上流动，如此循环，形成内环流流动模式。另外，负压抽吸作用之下，容器中的催化剂及大分子物质被无机膜有效截留，渗透清液透过膜排出，通过调节进水管10的阀门开度维持装置容器中的液位稍高于隔板7顶端面，且低于装置容器19的顶端面。在超声场作用下，微纳米级催化剂颗粒物在溶液中能保持良好的分散性能，催化剂颗粒物对石英玻璃管14的黏附作用也大为降低，同时也能降低了光生电子和空穴的复合率，可有效提闻废水的降解效率；另外，超声场能有效减缓月吴表面的浓差极化现象，并阻止颗粒物在膜表面的沉积及减缓颗粒物对膜孔的堵塞，使得膜的渗透性能可在长时间内保持稳定，达到延长膜元件运行周期的目的。具体实施过程如下，利用该装置可以实现废水处理及膜元件的清洗再生操作。处理废水过程打开阀门2-3，通过进水管10向容器内倒入适量的光催化剂粉体材料，再接通废水，使废水流进装置容器内。当水位和隔板7的顶端面平齐时，关闭阀门2-3，同时开启超声发生器6，使容器中溶液处于超声场环境中；接着调节三通阀21，使空压机17和布气板18之间管路连通，三通阀21另一流通方向截止，再开启空压机17，打开球阀2-2，使空气在一定流速作用下经布气板18进入装置容器中。在空气向上的流动作用之 下，容器中的气液固三相混合物在隔板7左右两室空间之间形成内环流流动模式；当容器中的气液固三相混合物流动状态达到稳定时，开启抽吸泵1，在一定的跨膜压力和错流速度之下，废水中催化剂及微细污染物被无机膜管截留在容器中，渗透清液透过无机膜管壁进入膜的管程空间，再经法兰9流出；接着打开阀门2-3，根据渗透清液流出量控制阀门2-3开度，维持装置容器中的液位稍高于隔板7顶端面，且低于装置容器19的顶端面，以实现废水的连续运行。反冲洗过程当渗透通量降低非常明显时，必须对无机膜进行清洗与再生，以恢复膜元件的通透性能。先打开排污阀20，再关闭球阀2-1，接着调节三通阀21，使空压机17和法兰9之间的管路连通，三通阀21另一流通方向截止。待容器中溶液排完后，关闭排污阀20，利用进水管10向容器内注入清水，待水位和隔板7顶端面平齐时停止注水。再打开超声清洗器6，先利用超声清洗无机膜及石英玻璃管，持续时间约10分钟。接着打开空压机17，调节阀门2-2开度，在适当压力之下空气经法兰9进入无机膜管程空间实现反冲洗，持续时间控制在5秒左右，最后打开排污阀20将洗涤液排出。
权利要求1.一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置，包括装置容器(19)、超声发生器(6)、抽吸泵(I)及空压机(17)，其特征在于，装置容器(19)为长方体形，其内壁设有超声能换器(8)，超声能换器(8)和超声发生器(6)相连，装置容器(19)底部设有倾斜度为10°的斜板(22)，装置容器(19)被隔板(7)分成左右两空间，隔板(7)左空间设有一支以上的紫外灯管(13)，紫外灯管(13)被套在石英玻璃管(14)内，石英玻璃管(14)下面设有气体分布板(18)，气体分布板(18)和空压机(17)相连，靠近石英玻璃管(14)设有进水管(10)，进水管(10)下端口和石英玻璃管(14)下端面平齐；隔板(7)左空间上部设有雾沫挡板(11 )及溢流口(12)，下部设有排污阀(20);隔板(7)右空间装有一根及以上管式无机膜管(5)，管式无机膜管(5)下端口设有硅橡胶密封圈、压板(4)及封头(3)进行端封，压板(4)设有穿孔(4-1);管式无机膜管(5)上端口设有硅橡胶密封圈和封盖板(23)进行侧封，并和法兰(9 )相连，法兰出口分别与抽吸泵(I)和空压机(17 )相连。
2.根据权利要求I所述的一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置，其特征在于，所述隔板(7)的顶端和底端面分别距容器顶部及底部50mm。
专利摘要本实用新型涉及一种内环流式超声协同光催化氧化膜处理废水装置，主要包括装置容器、超声发生器、抽吸泵及空压机，其中装置容器内壁设有超声能换器，底部设有倾斜度为10o的斜板，并被隔板分成左右两空间；隔板左空间设有一支以上的紫外灯管，下部设有气体分布板，隔板上部设有雾沫挡板及溢流口；隔板右空间装有一根及以上管式无机膜管。本装置在内环流流动状态下合理有效地耦合了超声、光催化及膜分离过程。本装置具有高效、节能、低成本等特点，可适用于多种废水的有效处理。
文档编号C02F1/32GK202576035SQ20112050242
公开日2012年12月5日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者杨涛, 胡小铭, 黄卫 申请人:九江学院