工业废水微小液滴光反应装置及方法

本发明涉及工业废水光反应器领域，具体涉及一种工业废水微小液滴光反应装置及方法。

背景技术：

随着我国经济改革的不断深入，工业发展速度与发展水平也逐年增长。而在我国工业高速发展的同时，工业废水排放量也在随之增加。从我国相关部门统计中可以看出，近些年来我国工业废水的排放总量逐渐增多，占到总排水量的22.62％，年增长率为1.25％，已超过美国、印度与日本工业废水排放量的总和。巨大的工业废水排放量对我国的生态环境造成了严重影响。

由于工业中水/污废水中共存金属离子、腐殖质有机物及盐离子等光敏物质，可促进水表面发生特殊的光化学反应，会显著影响水气界面二次污染物的形成与迁移转化，为探究界面有机污染物的光反应规律与跨介质迁移转化行为，对上述污染现象的有效治理提供支持。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光反应装置及方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种光反应装置，包括超声雾化单元、反应罐、管路单元、若干灯管和空气循环泵，其中，

超声雾化单元，设于所述反应罐底部，用于将废水雾化为小液滴；

反应罐，其外壳部分或完全透明，用于存储工业废水并暂存雾化后的小液滴进行初步反应；

管路单元，包括导管和螺旋管，其中所述导管完全透明，所述螺旋管部分或完全透明，所述管路单元是光反应的主要场所，且螺旋管下部能够使所述小液滴冷凝团聚为大液滴回流到反应罐；

若干灯管，设于所述管路单元附近，用于为光反应提供光源照射条件；

空气循环单元，用于驱动所述反应罐内的小液滴进入所述管路单元进行光反应，为装置内部空气循环提供动力；

所述废水处理光反应装置用于废水雾化后的小液滴的光催化反应。

所述管路单元的导管和螺旋管的材质均为透明材料，以便所述若干灯管发出的光进入管路；

所述反应罐分为上盖与罐体两部分，其中上盖为石英或透明树脂材质，罐体为不锈钢材质，上盖与罐体压紧连接，上盖与罐体之间设置密封。

所述废水处理光反应装置还包括包覆于所述装置外围的箱体，所述箱体内部设置有若干厚度的反光纸。

所述废水处理光反应装置还包括螺旋管固定支架，包括调整环和支撑杆，调整环能够在支撑杆上调整移动，调整环上设有环扣，能够套进螺旋管对螺旋管进行固定，环扣与螺旋管的接触面设有保护垫圈，用于防止环扣对螺旋管的损伤。

所述废水处理光反应装置还包括反应罐固定结构，包括反应罐支撑脚和支撑杆结构，其中反应罐支撑脚用于承受反应罐及其部分部件的竖直方向重力；支撑杆结构环绕反应罐安装，用于反应罐的侧向支撑；所述反应罐固定结构能够保证反应罐稳定可靠。

所述管路单元还包括连接风道，所述连接风道设置为倒立漏斗形，用于连接所述反应罐与导管；

所述废水处理光反应装置还包括分流管，设置于所述螺旋管下部，保证竖直管竖直向下，使凝聚的大液滴溶液从分流管的下分支流回反应罐；分流管的上分支连接空气循环单元的进气口，从而使一部分小液滴及气体不断进入循环行程。

所述废水处理光反应装置还包括溶液输送泵，所述溶液输送泵能够正反两转，用于所述废水处理光反应装置内溶液的流入与排出。

所述废水处理光反应装置还包括电磁阀，所述电磁阀位于所述反应罐的一侧面上部，用于溶液输送泵输送的溶液送入与排出反应罐时,调节装置内部气压平衡。

作为本发明的另一方面，还提供了一种采用如上所述的光反应装置进行的微小液滴光催化反应的方法，包括以下步骤：

废水溶液经溶液输送泵被送入位于反应罐中的超声雾化单元雾化为微小液滴；

经空气循环单元驱动及在电磁阀的压力调节的作用下，微小液滴沿管路单元依次流动循环；

在若干灯管的作用下，微小液滴在管路单元内发生光催化反应；

微小液滴在螺旋管下部冷凝团聚重新回到反应罐内进行循环。

其中，所述微小液滴在螺旋管下部冷凝团聚重新回到反应罐内进行循环的步骤里，液滴经螺旋管下部的分流管流回到反应罐，同时将一部分微小液滴随气体送入空气循环单元，便于装置内的空气循环。

基于上述技术方案可知，本发明的光反应装置相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其中的一部分：

1、装置集自动进水、雾化、光照催化、循环反应于一体，结构简单可靠，成本低，实用性强。

2、反应装置主要部件由石英材质制成，保证溶液可接受充足光线照射且避免结构部件对溶液造成污染，保证实验结果的准确性。

3、光反应装置固设于箱体中，避免光照对实验人员造成伤害。

4、光反应装置整体密闭，空气循环泵及电磁阀使反应装置内部气压可调，气流方向可控，保证了反应顺利进行。

5、循环系统使小液滴不间断反应，时间可控、效率高。

附图说明

图1为本发明实施例的光反应装置结构示意图。

上述附图中，附图标记含义如下：

1、超声雾化片，2、溶液输送泵，3、反应罐，4、电磁阀，

5、连接风道，6、箱体，7、灯管，8、导管，9、螺旋管，

10、分流管，11、空气循环泵，12、螺旋管固定支架，

13、反应罐固定结构，14、安装底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种工业废水微小液滴光反应装置，可模拟工业废水在装置内部进行光催化聚合/分解反应，装置主要由雾化系统、循环反应系统、光照系统构成，通过合理的布局设计，工业废水可自动送入排出光反应装置，并可在装置内部雾化成小液滴并完成光催化反应。

具体的，本发明公开了一种光反应装置，包括超声雾化单元、反应罐、管路单元、若干灯管和空气循环泵，其中，

超声雾化单元，设于所述反应罐底部，用于将废水雾化为小液滴；

反应罐，其外壳部分或完全透明，用于存储工业废水并暂存雾化后的小液滴进行初步反应；

管路单元，包括导管和螺旋管，其中所述导管完全透明，所述螺旋管部分或完全透明，所述管路单元是光反应的主要场所，且螺旋管下部能够使所述小液滴冷凝团聚为大液滴回流到反应罐；

若干灯管，设于所述管路单元附近，用于为光反应提供光源照射条件；

空气循环单元，用于驱动所述反应罐内的小液滴进入所述管路单元进行光反应，为装置内部空气循环提供动力；

所述废水处理光反应装置用于废水雾化后的小液滴的光催化反应。

所述管路单元的导管和螺旋管的材质均为透明材料，以便所述若干灯管发出的光进入管路；

所述反应罐分为上盖与罐体两部分，其中上盖为石英或透明树脂材质，罐体为不锈钢材质，上盖与罐体压紧连接，上盖与罐体之间设置密封。

所述废水处理光反应装置还包括包覆于所述装置外围的箱体，所述箱体内部设置有若干厚度的反光纸。

所述废水处理光反应装置还包括螺旋管固定支架，包括调整环和支撑杆，调整环能够在支撑杆上调整移动，调整环上设有环扣，能够套进螺旋管对螺旋管进行固定，环扣与螺旋管的接触面设有保护垫圈，用于防止环扣对螺旋管的损伤。

所述废水处理光反应装置还包括反应罐固定结构，包括反应罐支撑脚和支撑杆结构，其中反应罐支撑脚用于承受反应罐及其部分部件的竖直方向重力；支撑杆结构环绕反应罐安装，用于反应罐的侧向支撑；所述反应罐固定结构能够保证反应罐稳定可靠。

所述管路单元还包括连接风道，所述连接风道设置为倒立漏斗形，用于连接所述反应罐与导管；

所述废水处理光反应装置还包括分流管，设置于所述螺旋管下部，保证竖直管竖直向下，使凝聚的大液滴溶液从分流管的下分支流回反应罐；分流管的上分支连接空气循环单元的进气口，从而使一部分小液滴及气体不断进入循环行程。

所述废水处理光反应装置还包括溶液输送泵，所述溶液输送泵能够正反两转，用于所述废水处理光反应装置内溶液的流入与排出。

所述废水处理光反应装置还包括电磁阀，所述电磁阀位于所述反应罐的一侧面上部，用于溶液输送泵输送的溶液送入与排出反应罐时,调节装置内部气压平衡。

本发明还公开了一种采用如上所述的光反应装置进行的微小液滴光催化反应的方法，包括以下步骤：

废水溶液经溶液输送泵被送入位于反应罐中的超声雾化单元雾化为微小液滴；

经空气循环单元驱动及在电磁阀的压力调节的作用下，微小液滴沿管路单元依次流动循环；

在若干灯管的作用下，微小液滴在管路单元内发生光催化反应；

微小液滴在螺旋管下部冷凝团聚重新回到反应罐内进行循环。

其中，所述微小液滴在螺旋管下部冷凝团聚重新回到反应罐内进行循环的步骤里，液滴经螺旋管下部的分流管流回到反应罐，同时将一部分微小液滴随气体送入空气循环单元，便于装置内的空气循环。

实施例1

如图1所示为工业废水微小液滴光反应装置，装置主要由超声雾化片1、溶液输送泵2、反应罐3、电磁阀4、连接风道5、箱体6、灯管7、导管8、螺旋管9、分流管10、空气循环泵11、螺旋管固定支架12、反应罐固定结构13、安装底座14等结构组成。

其中，反应罐3通过反应罐固定结构13利用螺栓连接固定于安装底座14上，连接风道5内接于反应罐内部，长导管部分从反应罐端盖口伸出。

超声雾化片1通过螺钉固定于反应罐底部，连接通风处用橡胶垫圈密封。溶液输送泵2通过螺栓固定于安装底座14预留位置，并将其出水口连接反应罐3底部管口。

电磁阀4安装于反应罐3一侧面，导管8固设于螺旋管9与反应罐3之间，用于连通反应罐3与螺旋管9，导管8与螺旋管9上部作为工业废水小液滴光反应的主要场所。

螺旋管9通过螺旋管固定支架12固定于安装底座14上调整好相应位置与导管8连通。在装置运行时小液滴在螺旋管下部流通凝聚，使雾化状小液滴凝聚为大液滴。

分流管10安装于螺旋管9下部，保证竖直管竖直向下，使凝聚的大液滴溶液从分流管10的下分支流回反应罐3，大部分气体从不断上分支进入反应罐行程循环。分流管10上分支通过软管连接空气循环泵11的进气口。

空气循环泵11通过螺栓固定于安装底座14上，出气口与反应罐3空气回流口连接。空气循环泵11在装置运行时为装置内部空气循环提供动力。

若干灯管7安装于箱体6内部上表面灯座处，且灯管7在螺旋管9中心及箱体6四壁均匀设置，作为反应光源。光反应装置整体布置于具有开闭口的箱体6内部，整体密闭于箱体6之中，防止辐射光线对人员造成伤害。

所述反应罐3分为上盖与罐体两个部分，上盖为石英材质，罐体为不锈钢材质，通过压紧环与螺栓进行连接密封，装配时罐体与上盖之间有橡胶垫圈用于密封。

所述电磁阀4用于溶液送入与排出反应罐3时，调节内部气压平衡。

所述连接风道5为设置为倒立漏斗形，其材质为石英，漏斗的开口部主体位于反应罐3内，细管状部分伸出反应罐3与导管8相连。

所述螺旋管9具有一定圈数的螺旋石英管，螺旋管上部用于小液滴光反应，下部用于小液滴冷凝团聚为大液滴。

所述螺旋管固定支架12由调整环与支撑杆构成，调整换可在支撑杆上下调整移动，通过调整紧固螺丝固定位置，调整环另一段有环扣，可套进石英螺旋管对螺旋管进行固定，环扣与螺旋管接触面有橡胶垫圈用于防止环扣对螺旋管的损伤。

所述反应罐固定结构13由反应罐支撑脚与支撑杆结构组成，支撑脚可通过螺钉固定于安装底座14上，其承受反应罐3及其部分部件的竖直方向重力。支撑杆环绕反应罐3安装，用于反应罐3的侧向支撑，其通过螺栓固定于安装底座14上。

所述安装底座14可固定于箱体内部，箱体内部设有反光纸，可对内部光线经行隔离反射，起到提高光反应速率，防护辐射光的外漏等作用。

实施例2

工业冷却塔内，夹带很多微小液滴，通常采用中水循环进行冷却，中水同时含有有机污染物等，会在光照下发生反应，微小液滴在光照下的反应类似一个微反应器，一方面，微小液滴中水分子会在光照下逐渐挥发转移到气相，另一方面，微小液滴中共存的有机物、金属离子和盐类，也会在光照下发生界面的二次反应，形成新污染物。因此需要收集气相、液相、固相产物进行检测分析。本发明提供一种技术方案：一种有机废水采用前述光反应装置使废水以液滴的形态反应，将从现场采集的有机废水装入瓶中，将溶液循环泵2的吸管插入有机废水瓶中，溶液循环泵2正转工作，将0.1～1l有机废水泵入反应罐3内，此时灯管7光照开启，5s后超声雾化片1及空气循环泵11开始工作，随着超声雾化片1以0.5l/h的速度将有机废水不断雾化成为微米级小液滴，在空气循环泵的作用下，产生的微小液滴依次通过连接风道5、导管8、螺旋管9，在此过程中，在灯管7光照作用下，有机废水中的污染物分散在小液滴上，液滴与空气接触产生气-液界面，加剧反应。之后，由于微小液滴在螺旋管9内不断碰壁聚集滴落，凝聚的大液滴溶液从分流管10的下分支流回反应罐3，一部分微小液滴随着气体从不断上分支进入反应罐形成循环。装置不断重复上述过程并保持运转1～2h，使小液滴与有机物充分实现光化学反应。最终溶液循环泵2反转将反应后的有机废水排出，收集该反应后的液体进行检测分析，为深入探究界面有机污染物的光反应规律与跨介质迁移转化行为提供支持。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。