[发明专利]一种固定式光催化旋流反应器及其构建方法和应用

说明书

本发明公开一种固定式光催化旋流反应器及其构建方法和应用，由产生旋流的反应器和安装于反应器中央位置的固定式光催化系统构建；当污水通过进水泵持续进入反应器底部的进水口；进水口污水以切向方式进入反应器做圆心运动产生旋流流体直至反应器顶部出水口并流出；以反应器中心为主轴做旋流流动的污水能通过有效的混合效果和停留时间被固定在反应器中央位置的固定式光催化系统净化；固定式光催化系统是由TiO₂纳米管式网环绕内置紫外灯的石英管外围构成；本发明中的旋流方法和固定式光催化体系可以有效地提高污水中各组分之间的接触机会，延长水利停留时间，进而达到高效的深度处理效果，同时实现光催化剂有效固定并应用于实际污水处理。

技术领域

本发明涉及环境污染治理和保护，涉及一种固定式光催化旋流反应器及其构建方法和应用，具体涉及一种去除水中难降解有机污染物的反应器，更具体地说是对经过前处理之后的污水中SS和COD浓度小于0.1mg/L和300mg/L的污水进一步深度处理并最终提高水质的反应器。

背景技术

基于紫外线的高级氧化技术在去除水中有机污染物及消毒等方面应用尤为突出，这些工艺往往通过添加额外的催化剂(液体，固体)产生具有强氧化能力的羟基自由基来实现。但是反应水体中的催化剂的存在形式，水动力学及高效的反应器设计都会对水中降解条件产生极大的影响，而且处理不当还会增加运行成本和工序。

按照不同的分类原则，还可将光催化反应器划分为几种不同的类型。其中，按催化剂在反应器中的存在状态可分为悬浮型反应器和固定型反应器。悬浮型反应器的主要特点是将粉末催化剂直接与待处理废水混合，通过曝气或搅拌使之维持悬浮状态，在入射光的作用下催化降解水中有机污染物。固定型反应器是指将催化剂直接固定或以其前驱体形式负载于载体上制成薄膜使用。由于悬浮型光催化反应器存在催化剂回收难、活性成分损失较大、反应后需要离心分离等缺点，可以在效率高且催化剂分离回收简单或不需额外分离过程的固定型光催化反应器上找到突破口。对于固定型光催化反应器而言，具有光源的利用率高、催化剂易分离、成本低、易建造等优点，但由于催化剂颗粒的固载，导致其只有一半的表面能够接受光的辐射，反应器单位体积内催化剂有效比表面积较小，催化剂的利用率较低；同时也存在污染物向催化剂扩散的传质限制问题，导致光催化效率普遍不高。

光催化氧化方法在处理水中生物难降解物质，油性物质以及有毒有害的污染物质时比传统的生物法表现出多方面的优势。但是，光反应器中催化剂的存在方式，水中各反应物质之间的接触机会以及水力停留时间等都是多年来困扰光催化研究者们的主要难题。

中国专利CN201120143617.0公开了一种具有二氧化钛光催化剂层污水处理部件，包括一个圆柱石英玻璃棒，所述圆柱石英玻璃棒内部开有与其同轴的通孔，还包括固定在所述圆柱石英玻璃棒外表面及内表面的二氧化钛光催化剂层；该专利公开了采用了石英玻璃作为二氧化钛光催化剂的载体，但是该固定方式是需要通过胶体或者粘附剂进行粘附固定，但是胶体或者粘附剂一般都是有机化合物，使用有机类化合物的粘附剂非常容易被光催化剂进行氧化失去粘附效果，同时粘附的二氧化钛光催化剂层长期在污水的冲刷下也容易失去粘附效果而脱落，导致二氧化钛光催化剂层失去固定。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种固定式光催化旋流反应器及其构建方法和应用；本发明构建的固定式光催化旋流反应器对污水进一步深度处理以致达到排放标准或中水回用。

本发明克服了现有技术中生化处理工艺流程复杂，处理周期长，管理维护不便，运行效率低，总投资较大，不能有效满足当前水处理工艺的不足，提供了一种可移动，模块化，不产生二次污染的污水深度处理装置。最重要的一点是本发明的固定式光催化旋流反应器可以实现光催化剂的固定化方法并应用于实际污水处理，克服了悬浮型光催化反应器催化剂回收难、活性成分损失较大、反应后需要离心分离等缺点。本发明的优点是全自动运转方式，占地面积小，设备投资少，出水水质好，可大大减少二次污染。