一种光催化氧化‑消毒回用水处理中试反应器的制作方法

本发明涉及光催化反应器领域，特别涉及负载型纳米TiO₂催化剂的光催化氧化-消毒回用水处理的中试反应器。

背景技术：

光催化是一门集物理、化学、材料科学的跨学科类综合学科，它的原理是半导体材料被入射光激发之后，产生具有还原能力的光生电子和氧化能力的光生空穴，直接或间接地在通过半导体进行氧化还原反应。光催化技术是一种环境友好型水处理技术，可以彻底分解污染物，不施加其他化学药剂，带来二次污染。

目前该项技术主要的研究方向有是光催化剂的掺杂修饰；负载技术研究和光催化反应器工艺设计。采用纳米悬浮态的光催化虽然效率高，但制约其应用的是固液相分离问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光催化氧化-消毒回用水处理中试反应器，以亲水性好，传质效率高，通透性强的轻型惰性材质，通过助剂水热法负载催化剂；附着效果好，满足中试反应器科研和教学的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种光催化氧化-消毒回用水处理中试反应器，包括调蓄底仓1、反应柱2和电气控制箱3，其特征在于：

所述调蓄底仓1内部装有十字隔板1-1和漏筐1-3，漏筐1-3下的区域与十字隔板1-1所在区域之间设置有竖直悬空的平板隔板1-4，十字隔板1-1和漏筐1-3均刻有栅槽机械过滤水样。进水经过漏筐1-3过滤后经平板隔板1-4进入十字隔板1-1与侧壁形成的第一仓室，再依次经十字隔板1-1的各隔板进入第二仓室、第三仓室和第四仓室；底仓的上盖为嵌入式活板，且与其上的反应柱可拆组安装固定；

所述反应柱2共包括四个内置紫外灯2-4且负载TiO₂催化剂填料2-5的柱体，其中，第一柱体2-6上部通过带磁力泵的上水管2-2与所述第四仓室连通，下部通过低位连通管一2-1与第二柱体2-7的下部连通，第二柱体2-7的上部通过高位连通管2-3与第三柱体2-8的上部连通，第三柱体2-8的下部通过低位连通管二2-10与第四柱体2-9的下部连通，第四柱体2-9的上部为出水口；

所述电气控制箱3包括内置时间程序的控制器，控制磁力泵以及紫外灯2-4的启闭。

所述调蓄底仓1下部装有万向轮1-2，进水经漏筐1-3、平板隔板1-4和十字隔板1-1、布水器共完成五次机械过滤。

所述紫外灯2-4采用工业级1.5m灯管，内置于各反应柱的中轴。

所述四个柱体呈两行两列均布形式设置，在柱体之间设置有太阳能薄膜发电板，发电输出至磁力泵为其供电。

所述TiO₂催化剂填料2-5利用助剂水热法负载于多个多面空心聚丙烯球上。

所述调蓄底仓1和反应柱2设置多个与控制器连接的液位计，控制器根据液位控制磁力泵以及紫外灯2-4的启闭。

所述第四柱体2-9出水口连接两路带阀门的并联管道，一路回接漏筐1-3，另一路为最终出水。

与现有技术相比，本发明的一体化实验装置，采用负载型催化剂解决了悬浮态催化剂难以回收的问题，所选择的多面空心球负载材料具有高透光性、高透水性、高效传质等特点，同时向催化剂中添加了助剂，使得催化剂可以较好地附着在负载材料上。解决了上述负载型催化剂需要解决负载物的选取和催化剂的附着的问题。本发明装置具有结构简单、高效节能、运行稳定的优点。

附图说明

图1是装置的俯视图。

图2是装置的主视图。

图3是装置的侧视图。

图4是调蓄底仓俯视图。

图5是图4中A-A视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1、2、3所示，一种光催化氧化-消毒回用水处理中试反应器，包括调蓄底仓1、反应柱2和电气控制箱3，其中：

如图4、5所示，调蓄底仓1下部装有万向轮1-2，内部装有十字隔板1-1和漏筐1-3，十字隔板1-1和漏筐1-3均刻有栅槽机械过滤水样。漏筐1-3下的区域与十字隔板1-1所在区域之间设置有竖直悬空的平板隔板1-4，进水经过漏筐1-3过滤后经平板隔板1-4进入十字隔板1-1与侧壁形成的第一仓室，再依次经十字隔板1-1的各隔板进入第二仓室、第三仓室和第四仓室，共完成五次机械过滤。整个调蓄底仓1位于反应柱2下端，具有蓄水和四级机械过滤功能。

反应柱2共包括四个内置紫外灯2-4且负载TiO₂催化剂填料2-5的柱体，紫外灯2-4采用工业级1.5m灯管，内置于各柱体的中轴，254nm紫外光提供实时消毒、光催化双效应。TiO₂催化剂填料2-5利用助剂水热法负载于多个多面空心聚丙烯球上。多面空心聚丙烯球构造形态以及材料使得其具有高的光、水通透性，表面积大，传质效率高，且重量轻、自由空间大，耐高温，耐腐蚀，表面亲水性能好，叶片多等特点。这种高密度填料形式对水质同时还具有一定的机械过滤效果，四级轻质高密度负载填料，可确保水质澄清。

其中，第一柱体2-6上部通过带磁力泵的上水管2-2与所述第四仓室连通，下部通过低位连通管一2-1与第二柱体2-7的下部连通，通过磁力泵将调蓄底仓中的水提升输送至光反应柱2中。第二柱体2-7的上部通过高位连通管2-3与第三柱体2-8的上部连通，第三柱体2-8的下部通过低位连通管二2-10与第四柱体2-9的下部连通，第四柱体2-9的上部为出水口。出水口连接两路带阀门的并联管道，一路回接漏筐1-3，另一路为最终出水。该结构中，通过将四个柱体串联，只需用磁力泵将水提升至第一柱体2-6的上水位即可实现四级自重推流，形成浓度梯度，高效节能。

进一步地，将四个柱体呈两行两列均布形式设置，在柱体之间设置有太阳能发电板，发电输出至磁力泵为其供电。

电气控制箱3包括内置时间程序的控制器，控制磁力泵以及紫外灯2-4的启闭。还可在调蓄底仓1和反应柱2设置多个与控制器连接的液位计，此时控制器可根据液位控制磁力泵以及紫外灯2-4的启闭，实现自动操作，无人职守。

根据以上结构，本发明有容量处理和流量处理两种模式。

容量处理：通过四个柱体自重的推流设计，完成水力循环，在循环过程中完成药剂混合。将调蓄底仓1以及反应柱2内全部废水循环处理后，一次性排出。具体流程见下。

进水：打开调蓄底仓1上部盖板，将废水引入调蓄底仓1，调蓄底仓1的尺寸为695*500*400mm。由于进出水流速不同，因而调蓄底仓1有水量调蓄的功能。

过滤：顺着水流方向，水流依次经过由漏筐1-3、平板隔板1-4、十字隔板1-1将调蓄底仓1分隔出的5个区域，完成5次机械过滤，有效降低出水中的悬浮物，减小反应柱2内紫外线由于悬浮物遮蔽而将低对水的处理效果。因此调蓄底仓1另外一个重要功能就是完成5级过滤。

提升：水流在第四仓室内经布水器由磁力泵提升至反应柱2。该泵为MP-15R型磁力泵，功率仅为10w，与上部电器盒相连，由电器盒中液位计以及自动控制装置来决定磁力泵的启闭。

柱间推流反应：在调蓄底仓1部件上部为四根高1600mm，直径200mm，反应体积42L的柱体。被提升的水经过直立的上水管2-2，以及流量调节阀，进入第一柱体2-6。第一柱体2-6入水口短管中心线距柱顶40mm处，直径20mm。第一柱体2-6与第二柱体2-7靠由短管和弯头组成的低位连通管一2-1连接，第二柱体2-7水流入口短管中心线距柱底部50mm，直径25mm。第二柱体2-7与第三柱体2-8连接方式类似，第三柱体2-8的水流接入短管中心线距柱顶110mm，直径20mm。第四柱体2-9入水口短管中心线距柱底部50mm。从上水管2-2流入第一柱体2-6的水流通过第一柱体2-6与第二柱体2-7之间的低位连通管一2-1进入第二柱体2-7，随后通过高位连通管2-3进入第三柱体2-8，之后再通过低位连通管二2-10进入第四柱体2-9。之后通过连接管将第四柱体2-9出水引入蓄水仓中，再次通过磁力泵提升，完成循环。通过长流程循环，完成药物混合和光催化反应。待定量水循环处理完成后，通过第四柱体2-9出水口一次排出。

流量处理：流量处理，通过调节反应柱进水流量以确保光催化反应的停留时间，保持其处理出水流速，因此可以不断进水反应，连续反应出水，完成流量处理。

流量处理的进水、过滤、提升与容量处理相同。

柱间推流反应：被提升的水经过上水管2-2，以及流量调节阀，进入第一柱体2-6。在上水管2-2上装有流量计，通过调节阀控制进水流速等于反应出水流速。之后依次经过4个柱体，反应柱采用四级自重推流式，即四个柱体之间采用通过高进低出及低进高出交替式连接，使得污染物浓度呈逐级梯度递减，从而反应效率大大提高，处理效果明显增强。采用四级自重推流设计的反应器处理效率要优于同体积单柱反应器。完成反应后直接从第四柱体2-9上端流出。

各个柱体顶均有一个可拆卸紫外灯架。各个柱体间连接短管中间具有可拆卸滤网。各个柱体底部均有泄水口(取样口)。