專(zhuān)利名稱(chēng)：用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種廣泛應(yīng)用于各種光催化劑廢水處理的中試測(cè)試試驗(yàn)研究，可在全天候條件下，適用多種負(fù)載形式光催化劑的太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，具體涉及一種用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置。
背景技術(shù)：
二氧化鈦(TiO2)光催化氧化技術(shù)自1972年被首次發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于水的分解后，有關(guān)此項(xiàng)技術(shù)的研究隨即廣泛展開(kāi)。1976年carey等人率先報(bào)導(dǎo)了紫外光照條件下TiO2可將生物難降解的有機(jī)化合物多氯聯(lián)苯有效降解；之后，作為一種新型水處理技術(shù)太陽(yáng)能光催化氧化法因其具有綠色低能耗、降解徹底、對(duì)降解對(duì)象無(wú)選擇性、降解過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn)， 引起了水處理界的廣泛重視，各國(guó)研究者開(kāi)展了以光催化氧化技術(shù)處理水中污染物的廣泛研究。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，研究者們?cè)谔?yáng)能催化劑的制備方面做了大量工作并取得了一系列成果。光催化技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)高效光催化反應(yīng)器，光催化反應(yīng)器的性能主要由光能利用效率和催化劑性能的發(fā)揮所決定。從光能的利用效率來(lái)看，復(fù)合拋物面型聚光器效率最高，能有效利用太陽(yáng)光中的直射光和散射光，且不需要跟蹤裝置，具有較好的光學(xué)效率和相對(duì)較低的運(yùn)行成本；催化劑性能的有效發(fā)揮主要取決于催化劑的存在形式，也就是采用何種反應(yīng)器放置催化劑。目前使用的反應(yīng)器為懸浮式催化劑反應(yīng)器、鍍膜式催化劑反應(yīng)器和填充床式光催化反應(yīng)器；懸浮式光催化劑反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是光催化劑能夠與污染物充分接觸，不存在傳質(zhì)的限制，但當(dāng)提高催化劑的濃度時(shí)會(huì)造成懸浮液渾濁，影響到光的穿透，降低光效率，而且催化劑與液體分離困難，處理成本高昂。鍍膜式催化劑反應(yīng)器在光的照射下，將吸附在催化劑膜表面的污染物降解，礦化，它不需要對(duì)催化劑進(jìn)行分離，但反應(yīng)容易受到傳質(zhì)限制。填充床式光催化反應(yīng)器不需要分離催化劑，傳質(zhì)效果好，但負(fù)載型催化劑顆粒之間的碰撞會(huì)造成催化劑的脫落。以上三種反應(yīng)器各有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)存在不足，對(duì)于具體采用何種光催化劑反應(yīng)器處理有機(jī)廢水，僅通過(guò)三種反應(yīng)器的特點(diǎn)分析來(lái)確定是不科學(xué)的。光催化反應(yīng)效果是由光、固體催化劑和處理廢液三相共同作用的，涉及的影響因素多，相互作用復(fù)雜，只有通過(guò)中試試驗(yàn)測(cè)定才能做出正確的判定。為此，開(kāi)發(fā)一種多功能太陽(yáng)光光催化廢水處理裝置用于試驗(yàn)測(cè)試光催化處理有機(jī)物廢水的效果，確定選擇催化反應(yīng)的最佳工藝顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，能夠應(yīng)用不同的光催化劑對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行處理，為選擇有機(jī)廢水的最佳處理工藝提供依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，包括測(cè)控系統(tǒng)以及依次連接成循環(huán)回路的水箱、離心泵和反應(yīng)器；反應(yīng)器包括采光板，采光板由并排設(shè)置的多塊復(fù)合拋物面板組成，采光板上平行設(shè)置有數(shù)量與復(fù)合拋物面板數(shù)量相同的反應(yīng)管，一根反應(yīng)管對(duì)應(yīng)一塊復(fù)合拋物面板，每根反應(yīng)管的軸線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的復(fù)合拋物面板的焦線(xiàn)重合；反應(yīng)管的兩端分別安裝有反應(yīng)管接頭，相鄰兩反應(yīng)管上的相鄰的反應(yīng)管接頭密封連接；
反應(yīng)管包括同軸設(shè)置的外管和內(nèi)管，內(nèi)管位于外管內(nèi)，內(nèi)管與外管之間形成環(huán)形空間， 該環(huán)形空間為反應(yīng)區(qū)域，內(nèi)管內(nèi)設(shè)有低壓汞燈；低壓汞燈和離心泵分別與測(cè)控系統(tǒng)相連接。離心泵與反應(yīng)器之間、按從離心泵到反應(yīng)器的順序依次設(shè)置有過(guò)濾器、壓力表和流量計(jì)。本發(fā)明光催化廢水處理裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)可適用于多種負(fù)載形式的光催化劑，通過(guò)采用不同負(fù)載形式的光催化劑，分別實(shí)現(xiàn)懸浮式、固定模式和填充式光催化反應(yīng)，進(jìn)行光催化降解性能測(cè)試，從而為確定最優(yōu)的光催化反應(yīng)形式提供依據(jù)。2)復(fù)合拋物面反光板采用氧化鋁納米陶瓷材料制成，具有良好的自清潔和防塵功能，解決了復(fù)合拋物面反光板在戶(hù)外條件下因灰塵覆蓋而影響實(shí)際使用效率的問(wèn)題。3)采用可拆卸式反應(yīng)管接頭，使反應(yīng)器中負(fù)載光催化劑裝填容易，裝置操作簡(jiǎn)單方便。4)以低壓汞燈作為輔助光源，在陰天和下雨天氣同樣能夠達(dá)到良好的效率，可實(shí)現(xiàn)全天候測(cè)試運(yùn)行。5)通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)裝置處理容量、水泵運(yùn)行和燈管啟閉進(jìn)行自動(dòng)控制。


圖1是本發(fā)明太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置中反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A-A剖視圖。圖4是本發(fā)明太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置中反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置中反應(yīng)管接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.水箱，2.離心泵，3.過(guò)濾器，4.壓力表，5.流量計(jì)，6.反應(yīng)器，7.溫度計(jì)， 8.支架，9.測(cè)控系統(tǒng)，10.采光板，11.反應(yīng)管，12.反應(yīng)管接頭，13.夾具，14.進(jìn)液口，15.出液口，16.復(fù)合拋物面板，17.外管，18.內(nèi)管，19.光催化劑，20.低壓汞燈，21.第一密封圈， 22.過(guò)濾擋板，23.接頭本體，24.第二密封圈，25.密封螺母，26.連接管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)， 包括測(cè)控系統(tǒng)9和支架8，支架8上安裝有反應(yīng)器6，反應(yīng)器6的進(jìn)液口 14通過(guò)管道與水箱 1的出水口相連接，該管道上、按從水箱1到反應(yīng)器6的順序依次安裝有離心泵2、過(guò)濾器3、 壓力表4和流量計(jì)5 ；反應(yīng)器6的出液口 15通過(guò)管路與水箱1的回水口相連接，該管路上安裝有溫度計(jì)7。反應(yīng)器6的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，包括采光板10，采光板10由并排設(shè)置的十二塊復(fù)合拋物面板16組成，每塊復(fù)合拋物面板16由兩塊并排設(shè)置的拋物面板組成，該兩塊拋物面板相交。采光板10采用氧化鋁納米陶瓷材料鍍膜技術(shù)制成，具有防塵和自清潔的特點(diǎn)。采光板10上平行設(shè)置有十二根反應(yīng)管11，一根反應(yīng)管11對(duì)應(yīng)一塊復(fù)合拋物面板16， 每根反應(yīng)管11的軸線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的復(fù)合拋物面板16的焦線(xiàn)重合；反應(yīng)管11的兩端分別安裝有反應(yīng)管接頭12，相鄰兩反應(yīng)管11上的相鄰的反應(yīng)管接頭12通過(guò)夾具13密封連接；位于最外側(cè)兩根反應(yīng)管11中一根反應(yīng)管11的一個(gè)反應(yīng)管接頭12上設(shè)有進(jìn)液口 14，另一根反應(yīng)管 11的一個(gè)反應(yīng)管接頭12上設(shè)有出液口 15;進(jìn)液口 14與流量計(jì)5相連接，出液口 15與水箱 1相連接；設(shè)有進(jìn)液口 14的反應(yīng)管接頭12與設(shè)有出液口 15的反應(yīng)管接頭12反向設(shè)置。圖4所示為本發(fā)明用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置中反應(yīng)管 11的結(jié)構(gòu)，包括同軸設(shè)置的外管17和內(nèi)管18，內(nèi)管18位于外管17內(nèi)，內(nèi)管18與外管17 之間形成環(huán)形空間，該環(huán)形空間為反應(yīng)區(qū)域，內(nèi)管18內(nèi)設(shè)有低壓汞燈20。低壓汞燈20和離心泵2分別與測(cè)控系統(tǒng)9相連接。如圖5所示，本發(fā)明用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置中反應(yīng)管接頭12的結(jié)構(gòu)，包括接頭本體23，接頭本體23的側(cè)壁上設(shè)有連接管沈，連接管沈的內(nèi)孔與接頭本體23的內(nèi)孔相通。接頭本體23朝向反應(yīng)管11的一端通過(guò)第一密封圈21與外管 17相連接，外管17端面與接頭本體23之間安裝有過(guò)濾擋板22，過(guò)濾擋板22朝向反應(yīng)管11 的一側(cè)設(shè)有濾布；第一密封圈21為硅膠密封圈；接頭本體23遠(yuǎn)離反應(yīng)管17的一端設(shè)有內(nèi)螺紋，反應(yīng)管17通過(guò)該內(nèi)螺紋與密封螺母25相連接。相鄰兩反應(yīng)管接頭12通過(guò)連接管沈連通，相鄰的兩個(gè)連接管26之間設(shè)置有第二密封圈M，第二密封圈M為橡膠密封圈，連通的兩個(gè)連接管26的連接處形成V型接頭，并通過(guò)夾具13密封連接。反應(yīng)管11的外管17采用在太陽(yáng)能熱利用中廣泛使用的高硼硅玻璃管制成，對(duì)太陽(yáng)光的透射率達(dá)到91%以上，且具有耐高溫，低膨脹率，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)管18采用石英玻璃制成，對(duì)紫外光的透射率大于90%。內(nèi)管18內(nèi)架設(shè)的低壓汞燈20作為輔助光源，低壓汞燈20工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)內(nèi)管18傳遞給流動(dòng)中的液體反應(yīng)介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)低壓汞燈 20燈管的冷卻，通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)9控制燈管的開(kāi)關(guān)。反應(yīng)管接頭12選用韌性好、強(qiáng)度高、耐腐蝕的PI3R材料制造，用硅膠密封圈與內(nèi)管 18和外管17實(shí)現(xiàn)密封連接，反應(yīng)管接頭12的V型接頭之間通過(guò)橡膠密封圈和不銹鋼或者鋁合金材質(zhì)的夾具13進(jìn)行密封連接。本發(fā)明太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置的工作過(guò)程
在反應(yīng)管11中加入用于懸浮式催化劑反應(yīng)器的光催化劑、用于鍍膜式催化劑反應(yīng)器的光催化劑或者懸浮式光催化劑反應(yīng)器的光催化劑，使注入反應(yīng)管11的光催化劑位于外管17和內(nèi)管18之間。使反應(yīng)器6與地面之間的傾斜角度為當(dāng)?shù)氐木暥?，并且使反?yīng)器6 面向正南放置，可獲得最小的太陽(yáng)光入射角度，從而實(shí)現(xiàn)最佳采光條件。將待處理廢水注入水箱1，啟動(dòng)本廢水處理裝置，離心泵2將水箱1中的待處理廢水泵入過(guò)濾裝置3，待處理廢水經(jīng)過(guò)濾裝置3去除顆粒雜質(zhì)后，從進(jìn)液口 14送入反應(yīng)器6進(jìn)行光催化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后， 處理后的廢水通過(guò)出液口 15送入水箱1。本裝置采用多種負(fù)載形式光催化劑，可通過(guò)采用不同負(fù)載形式的光催化劑，使該裝置分別能實(shí)現(xiàn)懸浮式、固定膜式和填充式光催化反應(yīng)，對(duì)一種待處理的有機(jī)廢水可分別以懸浮式、固定膜式和填充式光催化反應(yīng)工藝處理，從試驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)結(jié)果，可優(yōu)選對(duì)該廢水處理的最佳光催化處理工藝，為大規(guī)模光催化廢水處理的推廣和應(yīng)用提供了技術(shù)支持和裝置保障。本發(fā)明廢水處理裝置的光學(xué)系統(tǒng)采用目前光學(xué)效率最高的氧化鋁納米陶瓷材料制成圓管形復(fù)合拋物面結(jié)構(gòu)，能夠有效利用太陽(yáng)光中的直射光和散射光，且不需要跟蹤裝置，具有良好的自清潔和防塵功能，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)較低的運(yùn)行成本；并以低壓汞燈輔助光源， 保證該裝置可在晴天或陰雨天氣的良好運(yùn)行。本發(fā)明廢水處理裝置的反應(yīng)管11采用同心圓雙層管狀結(jié)構(gòu)，該兩層管狀結(jié)構(gòu)之間可裝填不同負(fù)載形式的光催化劑，反應(yīng)管11兩端設(shè)有過(guò)濾擋板，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了適用于多種光催化的光催化通用測(cè)試平臺(tái)。本發(fā)明廢水處理裝置的測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)離心泵的流量控制，采用數(shù)字I/O和繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓汞燈的開(kāi)關(guān)控制；并通過(guò)對(duì)溫度、壓力、流量信號(hào)的檢測(cè)，保證反應(yīng)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，其特征在于，包括測(cè)控系統(tǒng)(9)以及依次連接成循環(huán)回路的水箱(1)、離心泵(2)和反應(yīng)器(6);所述的反應(yīng)器(6)包括采光板(10)，采光板(10)由并排設(shè)置的多塊復(fù)合拋物面板(16)組成，采光板(10)上平行設(shè)置有數(shù)量與復(fù)合拋物面板(16)數(shù)量相同的反應(yīng)管(11)，一根反應(yīng)管(11)對(duì)應(yīng)一塊復(fù)合拋物面板(16)，每根反應(yīng)管(11)的軸線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的復(fù)合拋物面板(16)的焦線(xiàn)重合；反應(yīng)管 (11)的兩端分別安裝有反應(yīng)管接頭(12)，相鄰兩反應(yīng)管(11)上的相鄰的反應(yīng)管接頭(12) 密封連接；所述的反應(yīng)管(11)包括同軸設(shè)置的外管(17)和內(nèi)管(18)，內(nèi)管(18)位于外管(17)內(nèi)， 內(nèi)管(18)與外管(17)之間形成環(huán)形空間，該環(huán)形空間為反應(yīng)區(qū)域，內(nèi)管(18)內(nèi)設(shè)有低壓汞燈(20)；低壓汞燈(20)和離心泵(2)分別與測(cè)控系統(tǒng)(9)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，其特征在于，所述的離心泵(2)與反應(yīng)器(6)之間、按從離心泵(2)到反應(yīng)器(6)的順序依次設(shè)置有過(guò)濾器(3)、壓力表(4)和流量計(jì)(5)。
3.如權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，其特征在于，所述的多根反應(yīng)管(11)中位于最外側(cè)的兩根反應(yīng)管(11)中的一根反應(yīng)管(11)的一個(gè)反應(yīng)管接頭(12 ) 上設(shè)有進(jìn)液口(14)，另一根反應(yīng)管(11)的一個(gè)反應(yīng)管接頭(12)上設(shè)有出液口(15)，出液口 (15)與水箱相連接，進(jìn)液口(14)與離心泵(2)相通。
4.如權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，其特征在于，所述的相鄰兩反應(yīng)管(11)上的相鄰的反應(yīng)管接頭(12)通過(guò)夾具(13)密封連接。
5.如權(quán)利要求1、3或4所述的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，其特征在于，所述的反應(yīng)管接頭(12)包括接頭本體(23)，接頭本體(23)的側(cè)壁上設(shè)有內(nèi)孔與接頭本體(23) 內(nèi)孔相通的連接管(26 )，接頭本體(23 )朝向反應(yīng)管(11)的一端通過(guò)第一密封圈(21)與外管(17)相連接，外管(17)端面與接頭本體(23)之間安裝有過(guò)濾擋板(22)，過(guò)濾擋板(22) 朝向反應(yīng)管(11)的一側(cè)設(shè)有濾布；接頭本體(23)遠(yuǎn)離反應(yīng)管(17)的一端與密封螺母(25) 相連接；相鄰的兩反應(yīng)管接頭(12)通過(guò)相鄰的兩連接管(26)連通，連通的兩個(gè)連接管(26) 通過(guò)夾具(13)密封連接。
6.如權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，其特征在于，所述的復(fù)合拋物面板(16)的數(shù)量為十二塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于中試試驗(yàn)的多功能太陽(yáng)能光催化廢水處理裝置，包括測(cè)控系統(tǒng)以及依次連接成循環(huán)回路的水箱、離心泵和反應(yīng)器；反應(yīng)器包括反應(yīng)管和由多塊復(fù)合拋物面板組成的采光板，反應(yīng)管軸線(xiàn)與復(fù)合拋物面板焦線(xiàn)重合；反應(yīng)管兩端安裝有反應(yīng)管接頭，相鄰兩反應(yīng)管上的相鄰的反應(yīng)管接頭密封連接；反應(yīng)管包括同軸設(shè)置的外管和內(nèi)管，內(nèi)管與外管之間形成環(huán)形的反應(yīng)區(qū)域，內(nèi)管內(nèi)設(shè)有低壓汞燈；低壓汞燈和離心泵分別與測(cè)控系統(tǒng)相連接。通過(guò)采用不同負(fù)載形式的光催化劑，對(duì)一種待處理有機(jī)廢水進(jìn)行不同的光催化反應(yīng)處理，從試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選對(duì)該廢水處理的最佳光催化處理工藝，為大規(guī)模光催化廢水處理的推廣和應(yīng)用提供了技術(shù)支持和裝置保障。
文檔編號(hào)C02F1/72GK102557182SQ20121003114
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者劉剛, 喜文華, 安興才, 陳作雁, 韓立娟 申請(qǐng)人:甘肅省科學(xué)院自然能源研究所