本发明涉及一种处理废水的装置，更具体地说涉及一种光催化处理含砷废水的装置，属于重金属污染废水处理领域。
背景技术：
砷是地球外壳的组成元素，含砷岩石和土壤的风化和分解，可使地下水中砷浓度增大。砷也广泛的用作杀虫剂和森林防腐剂，其可通过腐蚀，分解，氧化还原反应，吸附作用进入天然水，从而形成水体的砷污染。砷污染的地下水正威胁到世界范围内上百万人的健康。特别是饮用未处理的地下水带来的慢性砷中毒，能造成各种健康损害，包括皮肤，肝，肾，肺等癌症。世界卫生组织在1993年制定了饮用水中砷的含量新标准，10μg/l。最近，中国等很多国家采纳了这一标准，将饮用水中砷的最大含量由50降低到10μg/l。世界范围内大多数供水系统需要增添砷处理工艺，以达到10μg/l的标准。因此，备受关注的砷中毒事件，及越来越严厉的政策法规，使努力寻找成本低，效率高的砷污染水净化工艺成为当务之急。
在自然水体中，砷一般以无机形式存在，主要是三价砷(as(iii))和五价砷(as(v))的可溶性化合物。许多除砷技术如絮凝、沉淀、吸附等，能有效的脱除as(v)，而常常对毒性更大的as(iii)除去效率低下。为了提高砷的去除效率，降低毒性，有必要将as(iii)氧化为易处理的as(v)。
光催化氧化技术稳定、无毒、活性高，而且能利用廉价、清洁、无穷尽的太阳能，可以无选择性地矿化几乎所有的有机污染物和还原去除许多过渡金属离子，在环境治理上的应用前景极其诱人。
技术实现要素：
本发明的目的解决现有技术存在的问题与不足，提供一种高效处理含砷废水的装置，该装置可将含砷废水处理达标回用或排放，且成本较低。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种光催化处理含砷废水的装置，包括环形led光源、光催化反应器、光催化材料、搅拌装置和冷却环；在所述光催化反应器的外层设置环形led光源；在所述光催化反应器的内部设有冷却环，所述冷却环的作用是提供冷却循环水，保证反应温度所需；在光催化反应器的底部设有搅拌装置，以保证光催化反应时催化剂的均匀分布；所述的光催化材料由载体及负载在载体上的光催化剂组成，所述光催化剂采用溶胶凝胶法负载于载体表面。
本发明的光催化处理含砷废水的装置，其进一步的技术方案是所述的led光源由led灯珠贴片制成，横截面为圆形，内部四周贴合光催化反应器的外层，同时光源的尺寸根据需要可进行调节。本发明可根据光波需求选择特定的灯珠，而led灯珠的最主要特点就是寿命长，产热少。光源的尺寸根据需要可进行调节，便于光催化反应器的设计。
本发明的光催化处理含砷废水的装置，其进一步的技术方案是所述的光催化反应器由石英玻璃制成，横截面为圆形，外部四周贴合led光源的内层，同时光催化反应器的尺寸可根据led光源尺寸进行调节。本发明可根据灯源功率大小选择单双层设定，而双层即为夹套设计，同时可现实温度控制。
本发明的光催化处理含砷废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的光催化材料载体为zif-8、al2o3或活性炭；所述的光催化剂为tio2、改性tio2、zro2或商品用p25。
本发明的光催化处理含砷废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的搅拌装置可以是气体搅拌或者是机械搅拌或者磁力搅拌，更进一步的技术方案是所述的气体搅拌可以为空气或氧气或臭氧。
本发明的光催化处理含砷废水的装置，其进一步的技术方案还可以是所述的冷却环材质可以是铜质或铝合金，可实现光催化反应所需温度调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中设计的光源使用led灯珠贴片制作，横截面为圆形，四周贴合适应光催化反应器外壁，光线强度高，发光均匀，寿命长，发热少。光催化反应装置由石英玻璃制成，减少对紫外光的吸收，最大限度利用led紫外灯光。
(2)光催化混合材料其载体化学性质稳定，与催化剂结合良好，具有较高的比表面积且光透过性良好。不但可以实现砷的光催化还原，而且对光催化还原产物具有很好的吸附效果，同时还有利于光催化剂的回收。
(3)所设计反应器可实现为连续反应，并且可将多组反应器串联使用，处理量大。
附图说明
图1：光催化反应器的结构示意图。
图2：光催化反应器的外部示意图。
图3：冷却环的结构示意图。
图4：光催化反应器上led光源的结构示意图。
图5：光催化反应器上led光源的剖视结构示意图。
图中：1-led光源，2-光催化反应器，3-光催化材料，4-搅拌装置，5-冷却环。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见附图，将无机砷废水装入光催化反应器，加入一定量的光催化剂(tio2或改性tio2或光催化复合材料)，经过光催化还原反应之后被光催化剂吸附；通过控制反应温度、反应ph、搅拌方式、辅助试剂的添加、反应时间等条件优化处理效果。
光源套筒为圆柱形，内径为13cm，高为12cm，内层均匀分布led灯珠贴片，外层为铝材基座。光源为圆形贴片led灯珠，光谱范围为紫外光，使用寿命达50000小时以上。
光催化复合材料为tio2@zif-8，通过溶胶凝胶法制备tio2并掺杂入改性zif-8溶液中，具体方法为：
使用溶胶凝胶法制备tio2，首先配制a液：取10ml无水乙醇加入到干燥的50ml烧杯中，室温磁力搅拌，再加入0.6ml的冰乙酸作为抑制剂，后用移液管准确吸取4ml钛酸四丁酯，缓慢加入到无水乙醇中形成a液。
其次配制b液：取12.5ml无水乙醇加入到50ml烧杯中，室温磁力搅拌，再加入1.6ml的冰乙酸，后加入4ml的水，用浓hno3调节ph＝3，持续搅拌30min，形成b液。
将b液缓慢滴加到持续搅拌的a液中，滴加完全后继续搅拌4h，得到溶胶，静置陈化24h后形成凝胶。60℃烘干后，置于马弗炉中，500℃煅烧3h，得到tio2。
液相扩散法合成zif-8，将1.5g六水合硝酸锌溶于70ml甲醇中制成溶液c，取3.3g2-甲基咪唑溶于70ml甲醇中并加入一定量的乙二胺溶液(1ml或2ml或3ml)制成溶液d。然后将溶液c和溶液d混合，同时加入一定量的上述溶胶凝胶法制备得到的tio2，室温下密封搅拌24h，离心，并用甲醇洗涤3次，最后置于110℃真空干燥箱中干燥过夜，研磨后获得产物tio2@zif-8。
实施例1
配制浓度为小于等于2mg/l的as(iii)模拟溶液250ml，放置于光催化反应器中，调节ph至4-7，称取质量为0.01g的tio2@zif-8材料加入其中，避光搅拌90min后，在室温下经紫外led光源照射下搅拌120min，使用原子荧光分析仪检测反应后溶液中砷的含量。实验结果表明，经处理后tio2@zif-8对as(iii)的去除率达到100％，且经过3次循环除砷性能仍能保持100％。
光催化复合材料为bi6o6(oh)3(no3)3@zro2，采用一锅水热法合成二氧化锆与碱式硝酸铋的复合材料，具体方法为：
称取0.4g的zr(oh)4和1.225gbi(no3)3·5h2o加入65ml去离子水中，在不断地搅拌下，缓慢滴加4mol/lnaoh溶液，调节悬浊液的ph值为7。在持续搅拌0.5h后，转移至聚四氟乙烯器皿中，置于干燥箱中180℃反应24h，待加热及恒温的程序完成后，自然降温。将所得到的白色粉末用去离子水、乙醇分别离心洗涤3遍后，放入80℃干燥箱中干燥，得到白色粉末。
实施例2
配制浓度为8mg/l的as(iii)溶液80ml，放置于光催化反应器中，称取质量为0.08g的bi6o6(oh)3(no3)3@zro2的复合光催化材料加入其中，避光搅拌90min，在室温下经紫外led光源照射下搅拌60min，使用原子荧光分析仪检测反应后溶液中砷的含量。实验结果表明，经处理后as(iii)的去除率达到98％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。