一种光催化有机废水处理装置

1.本实用新型属于环境污染防治净化技术领域，尤其涉及一种光催化有机废水处理装置。


背景技术：

2.大规模工业生产会导致工业废水过量排放，其成分复杂，常含有染料、氰化物、多环芳烃、抗生素等有机污染物。大部分有机污染物具有较强的毒性且自然降解周期长，排放到生态环境中的有机污染物会经过远距离迁移，造成全球有机废水污染，严重危害人类健康。如何实现有机污染物的高效、经济降解，是我国工业绿色发展道路上亟待解决的一个关键问题。
3.由于工业废水组分的复杂性、污染源的分散性和有机物的持久性，目前传统的生物或化学废水处理系统较难实现高效、节能、经济的有机污染降解。例如：膜分离技术虽然可以实现污染物的有效分离，但无法实现污染物的降解，并且膜污染问题会增加运行成本；高级氧化技术需要高温、高压等严苛的处理环境，通用性较差，仅适用于小规模的难降解废水处理；离子交换树脂方式仅适用于有机污染物浓度不高的水净化处理工艺。相反，光催化技术是一种绿色的，可以直接利用自然界富集的光能实现有机污染物高效降解的方法。这主要是因为光催化剂在一定光能的驱动激发下能产生羟基自由基、超氧自由基等强氧化性基团，其在与有机污染物接触后能氧化、断裂有机污染物中的化学键，将有毒、有害的大分子污染物降解为低毒、低害的小分子物质(如：co2，h2o等)，以达到有机废水深度净化的目的。光催化技术由于具有材料选择面广，可根据有机污染物组份定向选取具有能带优势的光催化剂，降解产物污染小，分散布局较容易的特点，是一种较为理想的有机废水处理技术。然而，由于光催化技术存在光能利用率低，有机污染物传质效率低的关键问题，因此如何提升光催化效率是目前亟待解决的一个关键问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种光催化有机废水处理装置，旨在实现光催化效率的提升。
5.为此，本实用新型提供的光催化有机废水处理装置，包括光催化反应室以及设置于所述光催化反应室中的搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌器以及带动所述搅拌器整体转动的驱动件，所述搅拌器包括透明搅拌轴、绕所述透明搅拌轴螺旋设置的螺旋带以及连接在所述透明搅拌轴与所述螺旋带之间的若干搅拌叶，所述搅拌叶上负载有光催化剂，所述透明搅拌轴内部封装有紫外光灯管。
6.具体的，所述光催化反应室内壁上设有紫外光反射膜，设置紫外光反射膜可以保证紫外光灯管发出的光可以被多次反射吸收，提高设备的光反射效率，从而提高光催化效率。其中，紫外光反射膜采用镀铝膜，当然也可以采用其他材质制作的反射膜。
7.具体的，所述螺旋带的数量为两条，两条所述螺旋带的的螺旋方向相反，每条所述
螺旋带与所述透明搅拌轴之间均设有若干所述搅拌叶片，进而构成dna双螺旋搅拌器，dna双螺旋搅拌器可以较大程度地增大催化剂的受光面积，通过调整负载催化剂的搅拌叶角度，其光吸收效率相比传统板式或塔式光催化反应器显著提高。
8.具体的，所述光催化剂呈膜状负载在所述搅拌叶上或者是所述搅拌叶整体由光催化剂制得。光催化剂负载在搅拌叶上，可根据所处理污水量进行增减，且和传统的悬浮式催化剂相比，可以从根本上解决催化剂难以与反应液产物分离的问题，在一定程度上避免了二次污染。
9.具体的，所述光催化反应室的外侧还设有冷却室，所述冷却室上设有冷却液进口和冷却液出口，冷却液可通过进出口流经光催化反应室外壁，使光催化反应室降温，保证污水处理过程的安全性。
10.具体的，所述光催化反应室包括筒体以及可拆卸的盖在所述筒体上的顶盖，所述驱动件为固定设置在所述顶盖上的电机，所述电机的转轴穿过所述顶盖与所述透明搅拌轴连接，这样的设计，使得通过打开顶盖，即可将搅拌器连带取出，从根本上解决了传统反应器催化剂薄膜难以更换、难以清洗的问题。
11.具体的，所述顶盖上还设有通气孔，通气孔上设有泄压阀，反应过程中产生的气体可以从该通气孔排出，保证反应室内气压的稳定。
12.具体的，所述紫外光灯管的功率介于200-800w之间。
13.具体的，所述光催化反应室的底部设有导向沉孔，所述透明搅拌轴远离所述驱动件的一端匹配插入所述导向沉孔中，利用导向沉孔可以有效防止透明搅拌轴抖动，提高搅拌稳定性。
14.与现有技术相比，本实用新型至少一个实施例具有如下有益效果：光催化剂直接负载在搅拌叶上，能较大程度地增大污水与光催化剂的接触面，同时流线型的搅拌叶也能减少光催化剂运动时受到的阻力，起到保护光催化剂不被冲破的作用，此外还解决了催化剂难以与反应液产物分离的问题，光催化剂的间隔分布不仅可以确保光线被催化剂均匀吸收，大幅提高活性位点的利用效率，还可以有效改善催化剂表面的耐磨性、亲水性，强化催化剂的吸光性能，可有效提高水体有机污染物的光催化降解效率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本实用新型实施例提供的光催化有机废水处理装置结构示意图；
17.其中：1、光催化反应室；101、筒体；102、顶盖；2、驱动件；3、透明搅拌轴；4、螺旋带；5、搅拌叶；6、紫外光灯管；7、冷却室；8、冷却液进口；9、冷却液出口；10、通气孔；11、进出水口。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.参见图1，一种光催化有机废水处理装置，包括光催化反应室1以及设置于光催化反应室1中的搅拌机构，搅拌机构包括搅拌器以及带动搅拌器整体转动的驱动件2，搅拌器包括透明搅拌轴3、绕透明搅拌轴3螺旋设置的螺旋带4以及连接在透明搅拌轴3与螺旋带4之间的若干搅拌叶5，若干搅拌叶5绕透明搅拌轴3的轴线呈螺线形分布，各个搅拌叶5的根部与透明搅拌轴3固定连接，末端与螺旋带4固定连接，在搅拌叶5上负载有光催化剂(图中未示出)，在透明搅拌轴3内部封装有紫外光灯管6，紫外光灯管6发出的紫外光透过透明搅拌轴3照入光催化反应室1中。
22.本实施例中，光催化剂直接负载在搅拌叶5上，能较大程度地增大污水与光催化剂的接触面，同时流线型的搅拌叶5也能减少光催化剂运动时受到的阻力，起到保护光催化剂不被冲破的作用，此外还解决了催化剂难以与反应液产物分离的问题，光催化剂的间隔分布不仅可以确保光线被催化剂均匀吸收，大幅提高活性位点的利用效率，还可以有效改善催化剂表面的耐磨性、亲水性，强化催化剂的吸光性能，可有效提高水体有机污染物的光催化降解效率。
23.在一些实施例中，在光催化反应室1内壁上还可以增设紫外光反射膜(图中未示出)，通过设置紫外光反射膜可以保证紫外光灯管6发出的光可以被多次反射吸收，提高设备的光反射效率，从而提高光催化效率。其中，紫外光反射膜采用镀铝膜，当然也可以采用其他材质制作的反射膜。
24.参见图1，在实际应用中，螺旋带4的数量为两条，两条螺旋带4的的螺旋方向相反，每条螺旋带4与透明搅拌轴3之间均设有若干搅拌叶5片，进而构成dna双螺旋搅拌器。这样的设计，可以较大程度地增大催化剂的受光面积，通过调整负载催化剂的搅拌叶5角度，其光吸收效率相比传统板式或塔式光催化反应器显著提高。
25.参见图1，在另一些实施例中，光催化反应室1的外侧还设有冷却室7，冷却室7上设有冷却液进口8和冷却液出口9，冷却液可通过进出口流经光催化反应室1外壁，使光催化反应室1降温，保证污水处理过程的安全性。
26.参见图1，在另一些实施例中，光催化反应室1包括筒体101以及可拆卸的盖在筒体101上的顶盖102，驱动件2为固定设置在顶盖102上的电机，电机的转轴穿过顶盖102直接或
通过联轴器与透明搅拌轴3连接，这样的设计，使得通过打开顶盖102，即可将搅拌器连带取出，从根本上解决了传统反应器催化剂薄膜难以更换、难以清洗的问题。
27.可以理解的是，光催化剂可以设计成薄膜状后固定在搅拌叶5上。当然，也可以将搅拌叶5整体由光催化剂制得。此外，顶盖102上还可以设置通气孔10，通气孔10上设有泄压阀，反应过程中产生的气体可以从该通气孔10排出，保证反应室内气压的稳定。
28.在另一些实施例中，在光催化反应室1的底部设有导向沉孔，透明搅拌轴3的底端匹配插入导向沉孔中，透明搅拌轴3可以绕导向沉孔自由转动。这样的设计，可以利用导向沉孔进行导向，防止透明搅拌轴3转动过程中发生抖动，提高搅拌稳定性。
29.其中，在光催化反应室1上设有进出水口11，紫外光灯管6的功率本领域技术人员可以根据实际需要进行适应性选择，如本实施例中，紫外光灯管6的功率介于200-800w之间，透明搅拌轴3采用诸如透紫外线玻璃等紫外光能够透过的材料制作，光催化剂可以采用二氧化钛-聚四氟乙烯，当然也可以采用其他光催化剂。
30.应用例1
31.以二氧化钛-聚四氟乙烯(tio
2-ptfe)为催化剂及负载薄膜，利用苯酚代表污染物进行表征，催化剂薄膜合成方法为：电解法，电解液为2.0mol/l的硫酸和3.0ml/l的聚四氟乙烯乳液，阴极为铜片，阳极为钛试样，将制得的薄膜附于搅拌叶上，总表面积约288cm2，当进水苯酚浓度为10mg/l，紫外线强度为200w/m2，电机转速为200r/min，连续稳定运行6h后，反应室中的苯酚去除率为41.73％。充分说明了本装置具有优异的有机物脱除能力。
32.应用例2
33.以二氧化钛-聚四氟乙烯(tio
2-ptfe)为催化剂及负载薄膜，利用甲基橙代表污染物进行表征，催化剂薄膜合成方法为：电解法，电解液为2.0mol/l的硫酸和3.0ml/l的聚四氟乙烯乳液，阴极为铜片，阳极为钛试样，将制得的薄膜附于搅拌叶上，总表面积约288cm2，首先向反应室内加入0.4l的1000mg/l的甲基橙贮备液，并加9.6l水稀释，配成10l的40mg/l的甲基橙溶液，紫外线强度为200w/m2，电机转速为100r/min，冷却液流量为0.5l/min，连续稳定运行24h后移取10ml反应液，经离心分离后，取上清液进行可见分光光度法分析，测得甲基橙降解率为93.10％。充分说明了本装置具有优异的有机物脱除能力。
34.上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
35.同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
36.另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
37.上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。