[发明专利]基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置及方法

说明书

本发明公开了基于流控微泡‑光催化耦合进行水处理的装置及水处理方法，其中，所述装置包括通过引流管(9)连接的供气源(1)、流控组件(5)和污水处理池(6)，其中，在所述污水处理池(6)内设置有光催化膜(7)，所述光催化膜为改性纳米二氧化钛膜。在本发明中，利用流控微泡曝气增加水中溶解氧含量、强化气液传质效能、进而促进光催化速率，与此同时光催化体系产生光生电子、可以同步促进微泡溃灭过程中羟自由基的产生，并可应用于水处理。

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及利用微泡技术进行水处理，具体地，涉及基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置及方法。

背景技术

水资源再生处理及其循环利用是解决当前供水危机、遏制水环境恶化的重要途径，水处理技术研发是当前这一领域的关键。地表水体、地下水、污水、污水处理厂二级出水、再生水等各类水体中均残余大量难生物降解的溶解性有机物，传统物化方法或因需要添加持留性的化学品易引起二次污染、或因工艺复杂成本高昂受到各种限制。

光催化技术以产生氧化活性物种为基本原理，具有污染降解效率高、无二次污染、使用寿命长等特点而备受关注。

然而，尽管传统光催化剂如TiO₂等催化性能已经得到许多研究的认可，但是仍存在两方面的不足：(1)在对太阳光利用方面，TiO₂的禁带宽度较宽(3.2eV)，仅能在紫外光区间有光吸收，而紫外光区仅占太阳光的4％，大大限制了其对太阳光的实际应用；(2)由于光生电子-空穴对极易复合，导致光催化反应效率降低。此外，就应用而言，如何将微纳米颗粒态的光催化材料转变为体型材料、并与传统的曝气等处理工艺相耦合也是亟待突破的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出一种基于流控微泡的光催化耦合处理技术，其中，利用流控微泡曝气增加水中溶解氧含量、强化气液传质效能、进而促进光催化速率，与此同时光催化体系产生光生电子、可以同步促进微泡溃灭过程中羟自由基的产生，从而完成本发明。

本发明一方面提供了一种基于流控微泡-光催化耦合进行水处理装置，具体体现在以下几方面：

(1)一种基于流控微泡-光催化耦合进行水处理的装置，其中，所述装置包括通过引流管9连接的供气源1、流控组件5和污水处理池6，其中，在所述污水处理池6内设置有光催化膜7，所述光催化膜为改性纳米二氧化钛膜。

(2)根据上述(1)所述的装置，其中，

在所述供气源1与流控组件5之间还依次设置有控制阀2、调压过滤组件3和流量计4；和/或

在在所述污水处理池6的底部、与流控组件5连通处设置有散气元件8。

(3)根据上述(1)所述的装置，其中，所述改性纳米二氧化钛为氮掺杂改性二氧化钛，例如负载在Ni基或Al基多孔泡沫膜上的改性纳米二氧化钛膜。

(4)根据上述(1)所述的装置，其中，所述改性纳米二氧化钛膜如下制备：

步骤a、利用将钛源、水、醇类溶剂和任选的酸性介质，混合，搅拌进行反应；

步骤b、加入氮源，搅拌，形成凝胶前驱体；

步骤c、对步骤b制得的凝胶前驱体涂抹于Ni基或Al基多孔泡沫膜上，然后进行后处理，得到所述负载在Ni基或Al基多孔泡沫膜上的纳米二氧化钛。

(5)根据上述(1)至(4)之一所述的装置，其中，所述流控组件5具有中空内腔，用于气流流动；

沿气流流动方向，所述中空内腔依次包括进气段51、稳流段52、增速引入段53、初步自激脉冲段54和初步自激脉冲引出段55和缓冲过渡段56；和/或