[发明专利]用于处理有机废水的气升式光催化膜分离耦合反应器

说明书

技术领域

本发明属于有机废水处理中所用的反应器技术领域，特别涉及一种将气升式环流光催化反应器与膜分离技术相结合的用于处理有机废水的反应器。

背景技术

新世纪以来，国内经济迅速发展，同时也带来了许多不可挽回的环境问题。如何处理污水中有机污染物是环境领域的研究热点。为了解决该问题，人们已经研究出了许多方法，如：液-液萃取（LLE）、固相萃取（SPE）、液相微萃取（LPME）、膜萃取、顶空处理技术、相转移法、生物处理、热处理法、催化氧化法、高锰酸钾氧化法、臭氧氧化法、紫外线处理法、过氧化氢氧化法等。但是，它们在处理污染物时均有很大的局限性，如成本高、处理效率低、不彻底、二次污染等。甚至在一些工业污水中，用生物来处理不仅不能降解污染物，反而微生物被致死。有些方法在处理污染物的过程中会产生毒性更强的中间产物，结果适得其反。为了弥补以上一些传统方法的缺陷，研究者又开发研制了许多方法去解决这些问题，其中光催化氧化法就是其中效果好而且很重要的一种。

光催化氧化法降解水体中有机污染物的研究已成为环境污染处理研究领域的一大热点。它的作用原理主要是：光催化剂(如：二氧化钛TiO₂)受到波长<380nm的近紫外线照射时，其价带的电子被激发跃迁到导带，生成的电子一空穴对扩散到TiO₂表面并能穿过界面与吸附在TiO₂表面上的化学物质发生氧化还原反应，使有害气体达到无机化(生成CO₂、H₂0和无机离子)。为了让光催化氧化反应能够稳定和高效的进行，需要相应的光催化反应器。一个设计良好的光催化反应器，将能大大提高反应体系的催化效率，从而达到高效、节能、稳定等目的，这也是目前光催化研究领域的一个重要方向之一。光催化反应器主要有两种类型：一种是固定床光催化反应器，另一种是流化床光催化反应器。固定床反应器是将催化剂固定在一些载体表面来进行催化反应，它与流化床光催化反应器的区别在于，催化剂不随液体或气体一起流动，而是被固定在介质或载体表面，这样避免了光催化剂的分离问题，但是催化剂被固定后，催化剂与液体或气体的接触面积较小，严重影响了催化反应的效率，而且催化剂的利用率较低。流化床光催化反应器是将催化剂与待降解废水直接混合的一种反应器。这种反应器的效率较高，制作难度低，适用于大多数的反应类型，催化效率远远超过固定床光催化反应器，因而得到了广泛的应用。但是光催化剂的分离问题在一定程度上阻碍了这种反应器的进一步发展。

流化床光催化反应器分为搅拌式和鼓泡式，其中，气升式光催化反应器由于具有剪切力小、结构简单、无机械搅拌转动构件、容易放大等优点在光催化领域得到了广泛的应用。但是，气升式环流流化床光催化反应器需要高径比在12左右才能达到最佳的混合效果，能耗较大；并且，该反应器在对废水中有机污染物处理完后，固体光催化剂颗粒难以从废水中分离出来，此两个问题在一定程度上阻碍了此种反应器的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有气升式环流光催化反应器存在的高度过高，以及气-液-固三相流化床反应器固体光催化剂较难分离的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：用于处理有机废水的气升式光催化膜分离耦合反应器，包括一个气升式环流光催化反应器，反应器内同轴设有多个导流筒，相邻导流筒之间形成供流体上升或下降的环形区域，其中的一个导流筒的筒体由内层筒壁和外层筒壁组成，内层筒壁和外层筒壁之间具有一个空腔，且在筒体的上、下两端内层筒壁和外层筒壁之间密封连接，导流筒的外层筒壁上包裹有过滤膜，用以将固体光催化剂从处理后的废水中分离出去，在外层筒壁上被过滤膜包裹的区域内设有多个透水孔，所述导流筒筒体的上端设有与所述空腔相连通的集水管，集水管与设置在反应器外部的输出-反冲洗系统连接。

所述的输出-反冲洗系统内设有输出管路和反冲洗管路，输出管路用以将处理后的不含固体光催化剂的废水从所述导流筒空腔内抽出，反冲洗管路用以向所述导流筒空腔内注入清水以将粘附在过滤膜上的固体光催化剂冲洗掉。

所述导流筒设置为三个，中间的导流筒设置为双层筒壁结构，相邻导流筒之间的环形区域的体积相同。

有益效果：本发明采用多导流筒同轴设置，并通过设置在反应器底部的曝气器在相邻导流筒之间的环形区域内形成升流区和降流区，以降低反应器的高径比。