本发明专利技术涉及一种纳米催化剂精细截留的微波耦合光催化废水降解反应器，属于废水处理技术领域。现有的相关技术中，存在催化剂截留环节偏弱、反应器单罐处理量偏小、重复操作频度高、内部液体循环强度不足、臭氧利用不完全等问题，本案旨在兼顾微波协同作用的前提下一揽子地解决上述系列问题。本案结构以透气、透水的微波屏蔽构件近乎完全地隔断微波辐照区域，结构中所架设的筒状构件还能够聚束升腾的含臭氧气泡流并将其导向重点降解反应区域，结构中含有的许多的微孔曝气头成群地聚集在筒状构件的垂直朝下的大头端端口边沿铅垂投影范围之内，该结构并以外置的级联的三级反冲洗式过滤器实现针对催化剂微粒的精细拦截；并且其滤芯选材不再受限。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米催化剂精细截留的微波耦合光催化废水降解反应器，属于C02F废水处理
技术介绍
微波光催化降解处理技术，作为一种有效的针对含有机污染物工业废水的无害化处理技术，近年来颇受关注。关于微波光催化降解技术，作为一例，可以参见公开号为CN102260003A的中国专利申请案。 该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，是以微波作为激发源，激发无极紫外灯发射紫外线，于液体内部照射掺有光催化剂二氧化钛的悬浊液，该无极紫外灯被石英管所笼罩保护着，有空气泵向该石英管内腔持续注入空气，由石英腔溢出的空气经由管道与位于反应器底部的微孔曝气头联通，该反应器内部的下方区域为曝气区，该反应器内部的上方区域是微波光催化反应区，该方案还以反应器内置的膜分离组件，来提析净化后的水，并以该膜分离组件实现光催化剂二氧化钛微粒的截留再用；该方案还在无极紫外光源与膜分离组件之间架设隔板，用于防止紫外线对有机质的膜分离组件的辐射损伤；通入反应器内部的空气，部分直接参与依托光催化剂二氧化钛的光催化降解反应，还有一部分空气，在紫外光的直接照射下，生成一定量的臭氧，该生成的臭氧当然也发挥着针对有机污染物的直接的氧化降解作用。该公开号为CN102260003A的中国专利申请案毫无疑问为微波光催化废水降解技术的进步起到了不可忽视的推动作用，其研发人员在该领域所展开的工作令人敬佩。基于由衷的敬佩之意，以及，共同的努力方向，我们下面要谈的是问题。问题之一:该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截催化剂二氧化钛微粒的膜分离组件是安置于反应器内腔，浸没在处理对象液体之中，并且依靠升腾的含臭氧气泡来冲刷膜分离组件，藉此除去其表面所吸附、滞留的催化剂微粒，达成催化剂微粒的回收、再利用目的，同时，膜分离组件也是依靠这个方式自洁并保持其分离能力，那么，基于该结构，只能选用商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，并且，该膜分离组件是需要浸泡在有臭氧气泡升腾的强氧化性的周遭环境中，因此，对膜分离组件的氧化耐受力必然有要求，普通材质的有机膜分离组件不能耐受这样的使用环境，故只能选用PVDF材质的膜分离组件，这一点已在该案公开文本第0009段文字以及权项3中清楚地表明；该种需要特殊的氧化耐受力的滤膜其材质成本较高，其市售价格当然也高于无氧化耐受力要求的普通有机微滤膜组件；换句话说，该案的结构方式，导致膜分离组件的材质被局限于较昂贵的PVDF材质。再有，装置内可能的紫外光泄露，可能触及有机膜组件，这也要求装置内的有机膜组件材质能够抵抗紫外光辐照，从这一点看，基于该装置的结构方案，有机膜分离组件的材质也只能被局限在较昂贵的PVDF材质。有机膜组件相较于陶制过滤组件，有其显而易见的优势；关于这一点，对于过滤技术专业的人士来说，是公知的，在这里不展开赘述。那么，在使用有机材质膜组件的前提之下，能否撇开这种PVDF滤膜材质局限呢？这是一个需要解决的问题，此为问题之一。问题之二:鉴于所述升腾气泡的冲刷力、清洁能力比较弱，因此，与该清洁方式配合使用的膜分离组件其孔径只能选用比较大的微滤级别的滤孔孔径，该微滤级别的滤孔孔径为0.1-0.2微米，关于这一点，同样在该案公开文本第0009段文字以及权项3中有清楚的限定，该种滤孔孔径限定，从该案这样的膜分离组件的选型、内置且浸泡使用方式、升腾气泡自洁方法来看，是必然的，只能限定其滤孔孔径在微滤级别。换句话说，这种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，所以说，在该案装置中，滤膜孔径限定在0.1微米-0.2微米之间，是没有商量余地的必然选择。所谓0.1-0.2微米的滤孔孔径，如果换一个计量单位，对应的就是100-200纳米的滤孔孔径；那是什么概念呢？以其下限的100纳米滤孔孔径来说，它所能拦截的催化剂微粒其尺寸必须是在100纳米以上，而小于100纳米的催化剂微粒是无法被拦截的；换句话说，小于100纳米的催化剂微粒将直接穿透、通过膜组件的滤孔，混入降解反应器所输出的所谓的净水之中。现在需要来谈谈紫外光催化降解反应所涉光催化剂的粒径以及光催化剂剂型选择。从事光催化降解研究的专业人士都知道，以紫外光激励的光化学降解反应，其催化剂多选用二氧化钛 微粒催化剂；目前，在实验室水平上已经研发出品种繁多的基于二氧化钛光催化特性的光降解用微粒催化剂，当然，这些不同制备方式形成的光降解用催化剂，其粒径也是多样的；不同制备方法制成的光催化剂其粒径小至20纳米，大至100000纳米也即100微米，都有，其中不乏性能优异的光催化剂品种；但是，由于性能长期稳定性评价、制备成本以及市场拓展等等方面因素的制约，绝大多数的所述光催化剂其供应能力仅局限于实验室水平，而没有能够形成大规模市售的生产水平；目前周知的能够大量购买到的市售的能够实际大量使用的用于紫外光波段的光催化剂是著名的气相二氧化钛P25 ;气相二氧化钛P25其具体技术含义，业内人士都知道，在这里不展开赘述；气相二氧化钛P25的平均粒径是21纳米；气相二氧化钛P25性能不算最优，但是，其性能稳定，关键是可以在市场上大量购买得到，并可以在工业规模上大量使用，因此，光催化专业实验室里也常常用P25催化剂来作为衡量各种自制光催化剂催化性能的参照指针或对比指针，事实上，鉴于紫外光催化降解反应的特点，分散度越高的光催化剂，越是适合该型反应的需要，也就是说，平均粒径在21纳米左右的光催化剂其所能够提供的触媒界面面积、抗沉降能力、催化性能长期稳定性等等方面，综合而言，是最理想的。简单地讲，目前，价廉物美，能够实际大量购买、使用的现成的市售的商品级的紫外光波段的光催化剂，就是平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25催化剂；在工业规模的应用层面，这种平均粒径为21纳米的光催化剂是事实上的首选。上文已述及，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截光催化剂的膜组件，是以升腾气泡的冲刷来剥离膜组件表面所吸附、沉积的催化剂微粒，然而，该种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，因此，在该案装置中，滤膜孔径被限定在0.1微米-0.2微米之间微滤滤孔级别，换个计量单位来说，在该案装置中，滤膜孔径被限定在100纳米-200纳米之间的微滤滤孔级别，这是没有商量余地的必然选择；该案无可选择的100纳米-200纳米之间的微滤滤孔当然无法拦截如上所述的平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25颗粒；那么，如果使用P25光催化剂，该催化剂将完全无法拦截，并流入所谓的净水中，形成二次污染，当然也造成催化剂的严重损失和无法再用；即便是使用其它品种的为此而特制的大粒径的二氧化钛光催化剂，其使用过程中因相互碰撞或与器壁碰撞，必然也会产生大量小粒径碎片，其中粒径小于100纳米的碎片，同样不能被100纳米-200纳米之间的微滤滤孔所拦截，这些小碎片也会透过其膜组件进入所谓的净水之中，形成二次污染。可见，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其针对光催化剂微粒的拦截结构方案以及相关膜组件的清洁方案都不理想。因此，如何在兼收并蓄该案优点的前提之下，达成针对光催化剂微粒的精细的拦截和回收再用，是一个很值得深思本文档来自技高网...
【技术保护点】
纳米催化剂精细截留的微波耦合光催化废水降解反应器，该反应器的主体构件是一个中空的容器，该容器其外形轮廓呈立方体形、长方体形、圆柱体形、椭圆柱体形、多棱柱体形、球体形或椭球体形，该反应器的结构还包括微孔曝气头，该微孔曝气头的数量是在一个以上，该微孔曝气头的装设位置是在该容器的内腔下部区域，以及，石英管，该石英管架设在该容器的内腔位置，该石英管的两端装设有封堵盖头，分别位于石英管两端的两个所述封堵盖头上均开设有通气接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于该容器的外部，所述石英管其一端封堵盖头上的通气接口经由通气管道并透过该容器的壁与所述空气泵的出气口联接，所述石英管其另一端封堵盖头上的通气接口经由另一条通气管道与位于该容器内腔下部区域的微孔曝气头联接，以及，微波发生器，该微波发生器装设于该容器的外部，该微波发生器是磁控管，以及，波导管，该波导管是用于传输微波的构件，该波导管的一端与所述磁控管联通，该波导管的另一端透过该容器的顶部的壁朝向该容器的内腔，以及，水泵，该水泵位于该容器的外部，该水泵的出水口经由通水管道并透过该容器的壁通往该容器的内腔，该水泵用于向该容器内腔泵送待处理的废水，该容器顶部开设有尾气排放口，其特征在于，该波导管的透过该容器的顶部的壁的那一端进一步延伸进入该容器的内腔，以及，该反应器的结构还包括一个金属材质的筒状构件，该筒状构件竖直地悬空架设于该容器的内腔位置，该筒状构件的中轴线与该容器内腔底面相互垂直，该筒状构件的下部其腔管管径逐渐膨大使得该筒状构件的轮廓状似大头朝下的简易的喇叭筒，该筒状构件的内部通道的上部区域被一上一下两片相互间隔并且平行装设的金属网所隔断，该一上一下两片金属网的网面均平行于该容器内腔底面，结构位置位于上方的上片金属网其网面邻近该筒状构件的上部端口或与该筒状构件的上部端口持平，所述石英管是架设在该筒状构件内部通道其上部区域中由一上一下两片金属网隔断所形成的柱形空间之内，所述石英管的中轴线与该筒状构件的中轴线相互重合，该波导管的深入该容器内腔的那个端口透过上片金属网与该柱形空间联通，所述联通指的是微波通道意义上的连接与贯通，所述通气管道以及所述另一条通气管道其安装路径分别穿透上片金属网以及下片金属网，该筒状构件的上部端口与该容器内腔腔顶的距离是介于10厘米与100厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口边沿与该容器内腔侧壁之间的横向距离介于5厘米与300厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口边沿与该容器内腔底面之间的纵向距离介于5厘米与100厘米之间，所述微孔曝气头的装设位置是在该筒状构件其大头端端口边沿在该容器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内，以及，增压泵，该增压泵用于增压泵送混有大量催化剂微粒的降解之后的水，该增压泵其进水口经由另一条通水管道并透过该容器的壁与该容器的内腔联接，以及，反冲洗式前置预过滤器，该反冲洗式前置预过滤器其进水口与所述增压泵的出水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器，所述反冲洗式前置预过滤器其净水出口经由第一个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的进水口联接，以及，反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口经由第二个净水阀与该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其净水出口与第三个净水阀的进口端联接，该第三个净水阀的出水端是输出终端净水的出水端，所述反冲洗式前置预过滤器其污水出口经由第一个污水阀与该容 器的内腔联接，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其污水出口经由第二个污水阀与该容器的内腔联接，所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其污水出口经由第三个污水阀与该容器的内腔联接，各所述过滤器均用于截留催化剂微粒，各所述过滤器其污水出口均转用为受截留催化剂微粒的回收再用输出口或回流再用输出口。...
【技术特征摘要】
1.纳米催化剂精细截留的微波耦合光催化废水降解反应器，该反应器的主体构件是一个中空的容器，该容器其外形轮廓呈立方体形、长方体形、圆柱体形、椭圆柱体形、多棱柱体形、球体形或椭球体形，该反应器的结构还包括微孔曝气头，该微孔曝气头的数量是在一个以上，该微孔曝气头的装设位置是在该容器的内腔下部区域，以及，石英管，该石英管架设在该容器的内腔位置，该石英管的两端装设有封堵盖头，分别位于石英管两端的两个所述封堵盖头上均开设有通气接口，以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、海星状或海胆状，该无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯均架设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于该容器的外部，所述石英管其一端封堵盖头上的通气接口经由通气管道并透过该容器的壁与所述空气泵的出气口联接，所述石英管其另一端封堵盖头上的通气接口经由另一条通气管道与位于该容器内腔下部区域的微孔曝气头联接，以及，微波发生器，该微波发生器装设于该容器的外部，该微波发生器是磁控管，以及，波导管，该波导管是用于传输微波的构件，该波导管的一端与所述磁控管联通，该波导管的另一端透过该容器的顶部的壁朝向该容器的内腔，以及，水泵，该水泵位于该容器的外部，该水泵的出水口经由通水管道并透过该容器的壁通往该容器的内腔，该水泵用于向该容器内腔泵送待处理的废水，该容器顶部开设有尾气排放口，其特征在于，该波导管的透过该容器的顶部的壁的那一端进一步延伸进入该容器的内腔，以及，该反应器的结构还包括一个金属材质的筒状构件，该筒状构件竖直地悬空架设于该容器的内腔位置，该筒状构件的中轴线与该容器内腔底面相互垂直，该筒状构件的下部其腔管管径逐渐膨大使得该筒状构件的轮廓状似大头朝下的简易的喇叭筒，该筒状构件的内部通道的上部区域被一上一下两片相互间隔并且平行装设的金属网所隔断，该一上一下两片金属网的网面均平行于该容器内腔底面，结构位置位于上方的上片金属网其网面邻近该筒状构件的上部端口或与该筒状构件的上部端口持平，所述石英管是架设在该筒状构件内部通道其上部区域中由一上一下两片金属网隔断所形成的柱形空间之内，所述石英管的中轴线与该筒状构件的中轴线相互重合，该波导管的深入该容器内腔的那个端口透过上片金属网与该柱形空间联通，所述联通指的是微波通道意义上的连接与贯通，所述通气管道以及所述另一条通气管道其安装路径分别穿透上片金属网以及下片金属网，该筒状构件的上部端口与该容器内腔腔顶的距离是介于10厘米与100厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口边沿与该容器内腔侧壁之间的横向距离介于5厘米与300厘米之间，该筒状构件的朝下的大头端其端口边沿与 该容器内腔底面之间的纵向距离介于5厘米与100厘米之间，所述微孔曝气头的装设位置是在该筒状构件其大头端端口边沿在该容器内腔底面铅垂投影所圈定的范围之内，以及，增压泵，该增压泵用于增压泵送混有大量催化剂微粒的降解之后的水，该增压泵其进水口经由另一条通水管道并透过该容器的壁与该容器的内腔联接，以及，反冲洗式前置预过滤器，该反冲洗式前置预过滤...
【专利技术属性】
技术研发人员：李榕生，王冬杰，任元龙，葛从辛，孙杰，干宁，周汉坤，孔祖萍，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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