[发明专利]一种处理难降解有机物的光电催化装置

说明书

技术领域

本发明属于应用光电催化处理难降解有机物的装置，属于光电催化技术领域。

技术背景

随着工业的快速发展，工业废水的产生也在逐年增加，大部分工业废水中含有生物难降解有机物，难降解有机物如果未经有效处理排入环境会对环境造成严重破坏，从而进一步危害人类的健康，因此，近年来研究者对难降解有机物的处理备受关注。

传统的生化方法不能有效去除难降解有机物，因此选出合适的处理方法至关重要。近年来有人应用光电催化原理处理难降解有机物达到很好的效果，废水经过处理后部分有机物矿化，并且出水可生化性大大提高，其出水再经过生化处理可以达到排放标准。光电催化原理主要是通过电极和催化材料的作用产生H₂O₂、羟基自由基等活性基团来氧化水体中的有机物。TiO₂作为半导体,具有特殊的外层电子结构，在紫外光照射下可以产生“空穴”效应，外加电场的存在可延长TiO₂的空穴-电子复合时间，增强“空穴”效应，增加了紫外光利用率，从而生成较多的氢氧自由基，TiO₂是迄今为止最为广泛且理想的光电催化剂。

光电催化处理废水存在的问题：

1 光电催化剂和废水难分离。光催化剂粒径小，但其必须与废水充分接触才能达到好的处理效果，若直接将光催化剂投入废水中应用，处理后很难将催化剂与水分离。

2 能耗高。在光电催化中有曝气，紫外灯和电解电源，其会耗用大量电能。

3 浓差极化现象。由于有机物和离子扩散不能立即生成，在电极表面会产生浓差极化，降低光催化效率。

4 一次性处理效率低。对高浓度有机废水，一次性通过反应装置很难达到理想的处理效果。

发明内容

本发明的任务是针对现有的问题：光电催化剂和废水难分离，能耗高，浓差极化现象和一次性处理效率低，提出了可以解决其的一种处理难降解有机物的光电催化装置。

本发明的技术方案是：一种处理难降解有机物的光电催化装置，包括反应器壳体、石墨电极、紫外灯管、负载TiO₂的活性炭颗粒、直流电源、带有空气吸气管的水射器、进/出水端尼龙网、排气管、电线导管、进水管、出水管和循环回流管。

所述反应器壳体的形状为圆筒形，底部形状为圆锥形，顶部设有顶盖，用绝缘材料可选聚乙烯做顶盖将反应装置密封，壳体用不锈钢制成，外部以绝缘材料包裹，反应器壳体接直流电源的阴极作为负极；反应装置中轴处安有石墨电极，其接直流电源的阳极作为正极；以石墨电极和壳体的距离的一半为半径的圆上均匀放置8支紫外灯管，且灯管平行于石墨电极，这样可保证反应装置内光强分布均匀。在反应装置的顶部和底部均装有孔径<1cm的尼龙网，在两个尼龙网之间放有粒径<1cm的负载TiO₂的颗粒活性炭；该反应装置底部装有进水端尼龙网和进水管，并且在进水管上依次安装进水泵、带有吸气管的水射器、进水阀和进水流量计，在反应装置顶部设有电线导管、排气管和出水管，正极、负极和紫外灯管均是通过电线导管同外部电源相连；在反应装置的出水管和泵的进水管之间安有循环管，调节循环管上的循环阀，并通过循环流量计控制其出水回流量和排放量的比例，保证反应装置一次性处理后排放的水符合标准。

本发明之优点和积极效果如下所述：

1、在反应装置的顶部和底部均装有孔径<1cm的尼龙网，在两个尼龙网之间放有粒径<1cm的负载TiO₂的颗粒活性炭，进水以一定的速度流进反应装置可以使颗粒活性炭产生流化现象，负载TiO₂的颗粒活性炭在反应装置中分布均匀，可有效利用紫外光，并且由扰动作用可使负载TiO₂的颗粒活性炭表面的浓差极化现象减小，增加传质速率，提高废水处理效率；尼龙网主要作用是将颗粒活性炭保持在反应区，防止堵塞进水管和随出水流出，可以实现光催化剂和废水出水有效地分离。

2、反应装置的进水管处安有水射器，上面带有空气吸口，其主要作用提高进水的溶解氧气，增强TiO₂光电催化效果；循环管和进水管处均安有阀门和流量计，排水端安有阀门，其主要作用是调节循环水流量保持反应装置进水流速，同时部分出水回流稀释了进水浓度，根据进水水质不同调节不同的回流比，使反应装置处理出水达到标准，解决了高浓度有机废水一次性处理效果差的问题。