一种微波无极紫外光催化水处理装置的制作方法

本发明涉及一种微波无极紫外光催化水处理装置，属于水处理技术领域。

背景技术：

随着现代工业的不断发展，化工、印染、农药、制药、石化等行业产生的废水量越来越大，且这些行业废水中难降解有机物含量高，可生化性很差。

在采用传统生物法去除部分化学需氧量(COD)的基础上，继续深度处理此类废水一般有两种思路：一是采用吸附、混凝的方法去除有机物使水质达标，此类方法操作简单，但会消耗大量药剂且产生大量无机固废，且二次处理困难；二是采用高级氧化法实现难降解有机物的降解。高级氧化法是指以产生具有强氧化能力的羟基自由基为特点，在一定反应条件下，能使大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒小分子物质的方法。高级氧化法主要包括：湿式催化氧化法、fenton氧化法、臭氧氧化法、ClO₂催化氧化法、光催化法等几种方法。其中，光催化法因其具备最强的理论氧化能力在难降解有机物废水处理的研究中受到广泛的关注，每年都有上千篇相关的文献发表。

目前，无论是国内还是国外，光催化技术的研究大多还仅限于实验室研究阶段，如实验室应用规模的小型光催化设备，把该技术投入大规模实际应用的报道还较为少见，其中德国在光催化技术应用方面在世界上处于领先地位，但仍然受限于光催化效率，仅在水的消毒方面有小规模应用。光催化技术之所以迟迟未能进入规模化推广应用阶段，主要是受限于两方面的问题，一方面是缺少高性能光催化材料的批量稳定供应，当前在实验室范围内的光催化材料研制及机理研究相关的文献很多，主要集中在通过掺杂改性来改善光催化材料的性能，但限于掺杂剂成本及大规模制备工艺的不成熟，尚无法实现规模化供应，目前相对较为成熟的光催化剂是二氧化钛。另一方面是光催化装置的稳定性及效率仍未能满足工业化的要求，光催化装置的重点是光源，虽然在实验室范围内可见光激发光催化材料方面的研究已初有成效，但距离走出实验室仍有较大差距，因此当前应用研究及少量的实际应用仍以紫外光源为主。

传统的紫外光源均采用电激发的有极紫外灯，由于紫外灯在使用时会严重发热，因此紫外光催化用于水处理时，一般考虑将紫外灯浸入水中进行温度控 制，紫外灯电线的接口处即便经过隔绝处理，也不可避免地存在与废水接触的风险，从而影响装置的整体稳定性和安全性。

技术实现要素：

针对光催化技术在废水处理领域推广应用的瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种微波无极紫外光催化水处理装置，以微波激发无极紫外灯作为光催化光源，实现微波/光催化氧化协同作用，使得光催化处理难降解废水的效率显著提高，并增加反应器的稳定性，推动光催化技术的规模化推广。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种微波无极紫外光催化水处理装置，包括隧道式反应槽、无极紫外灯、微波隔网、微波磁控管，其中，微波隔网置于反应槽内部，与反应槽同轴设置，其两端与反应槽料液进出口处的法兰连接固定；无极紫外灯位于微波隔网与反应槽内壁之间，固定在微波隔网或反应槽内壁上；反应槽在与无极紫外灯对应的位置上设有微波磁控管接口，通过该微波磁控管接口连接微波磁控管。

优选地，所述无极紫外灯沿隧道式反应槽的径向对称设置。所述微波磁控管沿隧道式反应槽的径向对称设置在反应槽的外部。

优选地，所述微波磁控管接口上设有有机隔板，该有机隔板的材质为具有良好透波性能的聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)。

优选地，所述隧道式反应槽的材质为不锈钢或钛合金。

优选地，所述料液进出口结构为切向式结构或直流式结构。

优选地，所述微波隔网的孔隙及孔径分布满足无极紫外灯激发紫外光所需最低微波能量截留。

在本发明中，采用微波激发无极紫外灯可以产生紫外光，从而作为光催化的光源，而微波磁控管安置于反应器外部，因此不存在电线与水接触的风险，从而可提高装置的安全性和稳定性。而且无极紫外灯可以制作成任意形状，增强了反应器的灵活性。此外，微波直接作用于光催化剂可以提高光催化的活性，而且微波本身的特殊效应也可以诱导加速废水中极性大分子有机物降解，从而改善光催化的效率。

本发明的优点在于：

本发明将微波技术与紫外光催化技术耦合起来构建水处理装置，充分利用微波可激发无极紫外灯产生紫外光的性能以及微波本身的特殊效应，通过合理的装置设计方式，实现微波/光催化氧化协同作用，使得难降解废水的处理效率 大大超过光催化单独作用，并增加反应器的稳定性，推动光催化技术的规模化推广。本发明所构建的装置简单可行，有良好的应用前景。

附图说明

图1为微波无极紫外光催化水处理装置的内部构造示意图。

图2为微波无极紫外光催化水处理装置的外部构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1和图2所示，本发明的微波无极紫外光催化水处理装置包括隧道式反应槽1、无极紫外灯2、微波隔网3、微波磁控管4，其中，微波隔网3置于反应槽1内部，与反应槽1同轴设置，其两端与反应槽料液进出口6处的法兰连接固定；无极紫外灯2位于微波隔网3与反应槽1内壁之间，固定在微波隔网3或反应槽1内壁上；反应槽1在与无极紫外灯3对应的位置上设有微波磁控管接口8，通过该微波磁控管接口8连接微波磁控管4。

其中，无极紫外灯2的作用在于吸收微波激发紫外光，作为光催化的光源。优选地，如图1所示，四根无极紫外灯2沿隧道式反应槽的径向对称设置，连接固定在微波隔网3上。微波隔网3的孔隙及孔径分布满足无极紫外灯激发紫外光所需最低微波能量截留，其作用在于适当截留微波，确保无极紫外灯吸收足够的微波能量激发出紫外光。

优选地，如图2所示，微波磁控管4沿隧道式反应槽的径向对称设置在反应槽的外部，微波磁控管接口8上设有有机隔板7，有机隔板7边缘使微波磁控管接口与微波磁控管密封连接。

在本发明中，隧道式反应槽1的材质为不锈钢或钛合金。料液进出口6的结构为切向式结构或直流式结构。有机隔板7的材质为具有良好透波性能的PTFE、PVDF、PP。

采用上述装置，待处理废水从切向结构或直流结构的料液进口进入隧道式反应槽，并缓慢向上流动(装置使用时直立)，经微波磁控管发射的微波透过具有良好透波性能的非极性有机隔板作用于无极紫外灯上，并激发无极紫外灯产生紫外光，金属材质的微波隔网适度截留微波能量，以确保无极紫外灯吸收足够能量的微波实现自身的激发，经微波激发的紫外光作用于待处理废水，同时经无极紫外灯吸收后剩余的微波能量穿过微波隔网作用于待处理废水，经微 波和光催化处理的废水缓慢从出口流出。

实施例

待处理废水为难降解石化废水，COD为70mg/L，微波频率2.45GHz，所采用光催化剂为二氧化钛，无极紫外灯为氙灯，废水在反应槽中流速为0.1m/s，循环10次，待处理难降解有机废水的COD降至30mg/L。