一种热-光催化耦合作用水处理反应器

文档序号:1883725 发布日期:2021-11-26 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 一种热-光催化耦合作用水处理反应器 (Water treatment reactor with heat-photocatalysis coupling ) 是由 班云霄 姜雅萍 张佳怡 文展 于 2021-09-23 设计创作,主要内容包括:针对环境水体中有毒、有害的有机污染物,本发明设计一种热-光催化耦合作用水处理反应器,下部锥形结构,设有进水、排空和曝气装置,上部设有出水设施,中部为圆筒结构,内置光催化装置,装置将电源发光元件产生的热导出,用来活化水体中的污染物,同时把发光元件进行冷却。光催化装置实施内部发光,外部利用,把光及有机污染物从内外两个通道送达光催化层,进而提高了光的传播和利用效率。有机污染物在充氧条件下进行光催化降解,具有较好的热-光催化协同效应。(Aiming at toxic and harmful organic pollutants in environmental water, the invention designs a water treatment reactor with thermal-photocatalytic coupling, wherein the lower part of the water treatment reactor is in a conical structure and is provided with a water inlet device, an emptying device and an aeration device, the upper part of the water treatment reactor is provided with a water outlet facility, the middle part of the water treatment reactor is in a cylindrical structure and is internally provided with a photocatalytic device, and the device guides heat generated by a power supply light-emitting element out to activate the pollutants in the water and simultaneously cools the light-emitting element. The photocatalysis device realizes internal luminescence and external utilization, and sends light and organic pollutants to the photocatalysis layer from an internal channel and an external channel, thereby improving the transmission and utilization efficiency of the light. The organic pollutants are subjected to photocatalytic degradation under the condition of oxygenation, and the good thermal-photocatalytic synergistic effect is achieved.)

一种热-光催化耦合作用水处理反应器

技术领域

本发明涉及一种热-光催化耦合作用水处理反应器,内部设光催化装置,装置采用内部发光,外部利用的原理,以提高光传递和利用的效率,同时光催化装置中把光源产生的热量通过导热元件导入到水体,用以热活化水体中的污染物,最后在充氧的条件下,热和光催化耦合作用降解水体中有毒、有害的有机污染物,属于环保水处理领域。

背景技术

随着化工技术和工业制造的发展,水体中进入了许多有毒、有害的有机污染物,这些污染物很难用传统的水处理技术(例如生物技术)进行彻底去除,因此,对于有毒、有害的水体,采用高级氧化技术进行处理也是一种趋势。

光催化技术能够对水体中的有机污染物进行无选择性降解,能够分解彻底,且对环境无二次污染。

随着光催化材料和技术的发展,不仅紫外光可以高效进行光催化降解水体中的污染物,而且在可见光下,也能够较好地进行光催化降解水体中的污染物。

LED灯技术得到极大发展,无论是紫外还是可见光下的LED发光光源,都在社会中得到广泛的应用,具有经济节能的特点。

把太阳光作为光源进行光催化需要一定的设施,占用一定空间;而把太阳光源转化为电源的设备运行同样占用一定的空间,且运行不够稳定和高效,因此,在水处理现场利用太阳光进行光催化降解,造价比较昂贵,且不一定能够达到理想的效果。

热能活化污染物质,具有热催化作用,能够和光催化进行耦合,从而提高光催化降解污染物的效果。

因此,研究采用内部发光、外部利用的装置,以提高光催化的光传递效率和利用效率,同时把光源产生的热源进行再次利用,以达到光催化节能、高效的目的。

发明内容

本发明的目的是获得一种热-光催化耦合作用水处理反应器,本发明的设计理念是考虑用电方便,采用电源作为发光的能源,在发光的过程中,会产生热量,因此,把发光元件产生的热量通过导热元件导入水体中,一方面活化水体中的污染物质,促进热-光催化作用的耦合效应;另一方面也对发光元件进行了冷却,保护了发光元件免遭过高温度的破坏,并且,考虑到污染物和水体混合在一起,光源采用分散发光的点光源,同时扩大光催化反应的作用面;另外,光和污染物从一侧到达光催化层时,污染物有可能会遮挡光和光催化层的接触,为了减少光在传播过程中的损失,特别是在水体中的损失,在进行光催化降解时,光和污染物从两个通道到达催化剂,可以减少污染物在催化剂表面对光的遮拦阻碍作用,进而促进光的传播效率,提高光的利用效率,同时,增加充氧、水量可控等手段以提高出水水质效果。

本发明的目的是获得一种热-光催化耦合作用水处理反应器,本发明的设计方案是以高效经济的LED灯为光源,光照射在透光材料上,用以扩大光的作用面,再在透光材料的另一侧负载光催化材料,这样光从一侧到达透光材料再到达光催化材料,而污染物就可以直接到达光催化材料,形成光-污染物到达光催化材料的双通道,二者的相互干扰减少,同时,光不需要穿过水体,减少光的传播损失;LED灯虽然是冷光源,但也会在发光的过程中产生热量,如果没有及时冷却,则会降低LED灯的寿命,因此,把LED灯负载在导热材料上,把发光过程中产生的热量及时传导出去,同时把这些热量用来活化水体中的污染物,促进热-光催化的耦合作用;采用变频泵用来控制流量,采用空气压缩机向反应器中曝气充氧,以提高光催化的效率。

本发明的目的是获得一种热-光催化耦合作用水处理反应器,本发明的设计是反应器的平面为圆形,下部设计进水和曝气,采用锥形结构,利用变频泵进水,利用空气压缩机曝气,并通过微孔曝气头向水体充氧,底部设有排空管和阀门;中部采用圆筒状结构,装设光催化装置;为了便于更换,设有光催化装置的卡槽,上部设有出水槽和出水管;光催化装置采用夹心板状结构,中间设置导热层,两侧依次设置发光层、导光层(透光层)和光催化层,并且接有电源线,导热层有一段暴露出来,用来散热。

如上所述的反应器,也可以在装置的上部设有溢流管等设施。

如上所述的反应器,其整体结构优先地选用圆形,也可以采用矩形、方形等结构形式。

如上所述的反应器中的光催化装置,优先地采用长方体平面板状结构,也可以采用方体板状结构形式,也可采用曲面、直面等多面组合的结构形式等,装置能够内部发光、外部利用,形成光-污染物的双通道到达光催化剂进行光催化。

如上所述的反应器,优先采用紫外LED灯为点光源 ,也可以选择发射可见光的LED灯,也可采用其他光源,例如其他电致发光、场致发光等。

如上所述的反应器,优先地选择二氧化钛作为光催化材料,也可以对二氧化钛的进行改性,以提高紫外或者可见光的利用效率,也可以选择其他的光催化材料或者其他改性材料。

如上所述的反应器,优先地选择玻璃作为透光载体,光从玻璃的一侧传递到另一侧,而另一侧则负载光催化材料,也可以选择其他材料作为透光载体。

如上所述的反应器,优先地选择铜铝复合材料作为导热材料,一方面铜铝复合材料有很好的导热性能,一方面又有较好的耐腐蚀性,也可以选择其他材料或者复合材料作为导热材料,例如铝材料。

如上所述的反应器,优先地选择空气压缩机进行曝气,也可采用其他充氧设备。

如上所述的反应器,优先地采用微孔曝气头进行氧气的均匀分配,也可以采用其他设施。

如上所述的反应器,优先地采用变频泵为进水流量的控制设备,也可采用其他流量控制措施,可根据出水水质、内部的光催化装置的数量调整流量的大小。

如上所述的反应器,可采用环氧树脂等密封材料对光催化装置进行密封。

附图说明

图1是一种热-光催化耦合作用水处理反应器示意图。

图2是反应器中的光催化装置剖面图。

图3是反应器中的光催化装置俯视图。

附图1中各数字标号所指代的名称:1—变频泵,2—进水管,3—排空管,4—阀门,5—空气压缩机,6—曝气管,7—微孔曝气头,8—光催化装置,9—圆筒状器壁,10—卡槽,11—出水槽,12—锥形器壁,13—出水管。

附图2和附图3中,光催化装置中英文字母所指代的名称:A—导热层,B—发光层,C—导光层,D—光催化层,E—电源线。

具体实施方式

下面结合附图1、图2、图3和具体实施例子对本发明进一步说明。

启动变频泵(1)通过进水管(2)向反应器进水(待处理水体),通过调节变频泵(1)的频率用以调节进水流量,当处理效果好时,可以增大流量;当处理效果不理想时,减少进水流量,也可以采用其他方式直接向反应器进水。

启动空气压缩机(5),空气通过曝气管(6)进入微孔曝气头(7),再进入到待处理的水体。

启动光催化装置,即通过电源线(E)向发光层(B)供电, 发光层(B)发光工作,光通过导光层(C)(导光层也可称为透光层)传递给光催化层(D),同时,发光层(B)产生的热量通过导热层(A)(导热层也可称作散热层)传导给流经待处理的水体,水体中的有机污染物被热能活化,在和光催化层(D)接触后,在有氧的条件下进行光催化降解污染物。

污染水体被处理后,经过出水槽(11)进入到出水管(13)流出。

当光催化装置(8)使用后出现光催化效率降低时,可以从卡槽(10)上拆卸下来,并更新为新的光催化装置(8)。

当反应器需要维护时,可以打开排空管(4)的阀门(4),放空水体进行维护。

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