[发明专利]太阳光催化氧化-膜分离三相流化床内循环反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应装置，本发明尤其涉及一种不受天气影响的太阳光催化氧化废水处理装置：太阳光催化氧化-膜分离三相流化床内循环反应装置(下述内循环反应装置)，该装置既可应用于有毒有害难降解有机废水的预处理或深度处理，亦可应用于微污染饮用水的深度处理。

背景技术

随着我国社会经济的迅速发展，不可避免的产生大量废弃污染物，这导致了严重的环境污染和生态破坏。传统的处理方法不能彻底消除降解污染物，而且容易造成二次污染，使用范围窄，能耗高。近些年来，利用光催化氧化技术降解污染物得到了人们的广泛关注。

光催化氧化技术以其氧化能力强、无二次污染、反应条件温和、操作简单容易控制等优点，成为废水处理尤其是难降解有机废水处理的有效方法，其中尤以TiO₂光催化技术的研究和应用较多；而TiO₂光催化技术所面临的主要问题之一是在机理和实际废水催化氧化动力学研究的基础上开发新型集成式光催化反应器以及对所开发的反应器进行优化设计。因此，高效多功能集成式实用光催化反应器的开发，将会促进TiO₂光催化技术在废水处理领域的应用，特别是在难降解有机废水处理及饮用水中三致物质的去除方面具有重要的应用前景。

太阳能是一种资源丰富、环境友好的新型能源，尽管紫外辐射只占太阳波谱能量的3.5一8％，但其中可供二氧化钛光催化氧化应用的紫外波段能量可高达约50w/m2，太阳能光催化技术具有良好的应用前景。

在过去的十几年中，从光能利用角度看，太阳光催化反应器的发展经历了一个从聚光型反应器到非(低)聚光型反应器发展过程。且这几种反应器均有自己的优缺点：

(1)、聚光型反应器：抛物槽型反应器

抛物槽型反应器PTR由聚光器、日光跟踪装置以及反应器三部分构成，通过跟踪装置追踪太阳光，将直射光聚集到位于抛物槽焦线上的进行反应。PTC技术能够充分地利用直接照射的太阳光，水流为紊流状态，传质效率高。缺点在于：①只能利用直射的UV辐射，在阴天或多云的时候处理效果明显降低。②PTC的太阳能跟踪系统结构复杂，反应器需要特殊的材料，成本较高，难以推广。

(2)、非聚光型反应器：薄膜固定式反应器、双层薄板反应器

它们能同时吸收直射与散射光，具有较高的光子效率ζ。与PTR相比，不需要太阳跟踪装置，结构简单，投资成本和运行维护费用比较低。但这种反应器的缺点很明显：①摩尔流速慢，高去除率是建立在较低的水力负荷基础上的。②存在传质限制，研究发现反应器液膜厚度的增加，会阻碍溶液组分的扩散，液膜的厚度必须控制在100～200μm内。只有过扩大光照面积才能扩大反应体积，这将导致反应器占地面积巨大。

(3)、低聚光型反应器：复合抛物面反应器

复合抛物面反应器CPCR采光板横断面为二维复合抛物面，从理论上讲，这种采光设计可以将入射角度小于半接收角内的所有光线汇聚到位于焦线上的光接收体，即反应管上。反射光可以较均匀的照射到反应管的背面，使整个反应管都被光照亮。该类反应器兼具聚光型反应器和非聚光型反应器的双重优点：设计聚光比接近1，既能够利用直射光又能够利用散射光；与PTC反应器相比，不需要太阳跟踪装置，工程造价低；它的吸收管是圆形，管内流速快，与平板型反应器相比，可有效克服传质限制。

一些研究者通过将光催化氧化与膜技术耦合用于解决悬浮式光催化反应装置在应用过程中所面临的催化剂分离、回收难问题，以期推动技术优点突出、应用前景明显的该类反应器的实际应用。然而，由于有机膜表面长时间被紫外灯照射并在光催化剂作用下会造成膜材料的分解，使得有机膜分离与光催化耦合工艺一般为分置式的，而一体式耦合工艺中则普遍采用无机膜。

对于悬浮型催化剂，因为存在反应后分离、回收难题，不适用于规模化、商业化推广应用，鉴于常用的TiO2粉末的粒径在10～100nm，因此，一些研究者通过将光催化氧化与膜技术耦合用于解决悬浮式光催化反应装置的缺点，颗粒催化剂经膜分离装置分离后在循环水流的作用下实现分离、回收、重复利用的目的。