一种光催化氧化深度处理的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种光催化氧化深度处理的装置及其使用方法，属于环境工程领域。

背景技术

光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。1972年由Fujiahima首先发现，1977年由Bard提出利用半导体光催化反应处理工业废水中的有害物质。光催化技术主要是通过半导体光催化剂吸收高于禁带的能量后，电子受到激发并形成空穴，产生活性自由基，再由这些自由基去攻击目标污染物，从而达到催化降解的目的，国内外大量的研究报告表明，光催化氧化法对水中的烃卤代物、羧酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等均有很好的去除效果，即使通常情况下较难降解的有机污染物，一般经过持续反应可到达完全矿化。光催化过程采用半导体材料作为光催化剂，在常温常压下进行，如果利用太阳光作为光源则可大大降低污水处理费用。更主要的是光催化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质及各种相应的无机离子而实现无害化，为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。

公开号为CN105330071A的中国专利所述的转盘通过直接负载光催化剂以及两个转盘之间设置玻璃片的方式进行光催化氧化反应，该方式虽能提高光利用率但是十分有限，且光催化剂直接负载于转盘增加了装置的运行成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种光催化氧化深度处理的装置及其使用方法。

一种光催化氧化深度处理的装置，包括外壳、进水管和出水管，所述外壳内壁上设有位于上半部分的光源，所述外壳内转动安装有光催化转盘组件，所述光催化转盘组件包括由透明材质制成的支撑体，所述支撑体上设有螺旋型凹槽，所述支撑体两侧通过支架固定有光催化膜，所述进水管内的进水由支撑体转动动作进入螺旋型凹槽中，通过离心力均匀分布至光催化膜内侧进行光催化氧化反应，能够通过光催化转盘组件进行光催化氧化反应，有效降解污水中的新污染物等难降解有机物，能够得到高品质的出水，提高出水的安全性，且该装置采用绿色能源，不会产生二次污染，光催化膜的重复利用性好，降低了装置的运行成本。

优选的，所述外壳上半部分放置光源，其内壁设有反光镜面，下半部分为储水池，所述储水池与外壳之间设有隔水层。

进一步的，所述光源采用冷光源氙灯，所述光源配有风冷装置，所述光源位于外壳的上半部分四周内壁上，光源布置在整个装置外壳的上半部分四周内壁上，为光催化氧化反应提供能量。

优选的，所述支撑体的材质为石英、玻璃等透明材质，所述支撑体中心设有进水口，所述支撑体边缘设有出水口，所述支撑体通过转动轴承与外壳连接进行逆时针旋转，水流在进入通过离心力均匀的分布至光催化膜内侧时，由于支撑体采用透明材质，可以在不损耗光能量的同时将光传递至光催化膜内侧进行光催化氧化反应，提高光利用效率。

进一步的，所述转动轴承固定在外壳下半部分中心点顶端，与外壳可拆卸连接，所述转动轴承与支撑体之间通过卡扣固定，固定方法简便且安装和拆卸速度快，能够使支撑体在外壳内顺利转动。

优选的，所述支架分为两个结构相同的正反部分，所述支架分别置于支撑体的正反两面用于固定光催化膜，所述支架的两部分之间通过卡扣的方式连接固定，卡扣可拆卸连接，能够便捷更换光催化膜。

优选的，所述光催化膜内的光催化剂采用改性过后的石墨相氮化碳，光催化膜为亲水性，且透水性较好，其在可见光下具有良好的降解性能。

进一步的，所述进水管位于外壳下半部分顶部，外接阀门和蠕动泵，所述出水管位于外壳下半部分底部，外接有阀门，所述出水管与进水管分别位于外壳的两端。

优选的，所述外壳的材质为不锈钢、塑料、玻璃钢等材质中的一种或几种构成。

本发明还提供一种适用于污水处理的装置使用方法，使用上述装置进行处理，装置在工作时，首先，将光催化膜通过支架固定在支撑体表面，而后污水由进水管通过阀门和蠕动泵进入储水池，使得1/2的光催化膜浸没于水体中，该部分膜称为浸没区，另一部分成为暴露区，转动轴承开始运行时带动支撑体转动，当支撑体转动时，其表面的光催化膜会吸附储水池中的污水，将污水从浸没区带至暴露区通过光源照射进行光催化氧化反应，同时支撑体中心具有进水口，该进水口连接储水池，储水池中的尾水通过该进水口进入支撑体内侧与光催化膜的接触面，并通过支撑体表面的螺旋型凹槽与转盘转动时的离心力，将尾水均匀的分布到光催化膜上进行光催化氧化反应，最后当一个反应周期结束后，水流从出水口排出，开始进行第二个周期。

本发明的有益效果如下：通过设置光催化转盘组件的形式，能够使得光催化膜及其表面吸附的污水周期性暴露在空气中，通过空气的高透光性，有效提高了去除效率，避免了污水中悬浮物、色度等对光的吸收损耗；支撑体内设置的螺旋型凹槽，巧妙的利用了离心力，能够有效提高污水的传质效率；光催化转盘组件中的的支撑体为透明材质，能够有效透光，避免损耗，提高净化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明的主体结构示意图；

图2为为本发明中光催化转盘组件的结构示意图；

图3为支撑件结构示意图；

图中，1、进水管；2、出水管；3、外壳；4、光源；5、光催化转盘组件；6、光催化膜；7、转动轴承；8、支撑体；9、支架；10、进水口；11、凹槽；12、出水口；13、储水池。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1-3所示，为本发明一种光催化氧化深度处理的装置的实施例，包括外壳3、进水管1和出水管2，所述外壳3内壁上设有位于上半部分的光源4，所述外壳3内转动安装有光催化转盘组件5，所述光催化转盘组件5包括由透明材质制成的支撑体8，所述支撑体8上设有螺旋型凹槽11，所述支撑体8两侧通过支架9固定有光催化膜6，所述进水管1内的进水由支撑体8转动动作进入螺旋型凹槽11中，通过离心力均匀分布至光催化膜6内侧进行光催化氧化反应，能够通过光催化转盘组件5进行光催化氧化反应，有效降解污水中的新污染物等难降解有机物，能够得到高品质的出水，提高出水的安全性，且该装置采用绿色能源，不会产生二次污染，光催化膜6的重复利用性好，降低了装置的运行成本。

外壳3上半部分放置光源4，其内壁设有反光镜面，下半部分为储水池13，所述储水池13与外壳3之间设有隔水层。光源4采用冷光源4氙灯，所述光源4配有风冷装置，所述光源4位于外壳3的上半部分四周内壁上，光源4布置在整个装置外壳3的上半部分四周内壁上，为光催化氧化反应提供能量。

支撑体8的材质为石英、玻璃等透明材质，所述支撑体8中心设有进水口10，所述支撑体8边缘设有出水口12，所述支撑体8通过转动轴承7与外壳3连接进行逆时针旋转，水流在进入通过离心力均匀的分布至光催化膜6内侧时，由于支撑体8采用透明材质，可以在不损耗光能量的同时将光传递至光催化膜6内侧进行光催化氧化反应，提高光利用效率。转动轴承7固定在外壳3下半部分中心点顶端，与外壳3可拆卸连接，所述转动轴承7与支撑体8之间通过卡扣固定，固定方法简便且安装和拆卸速度快，能够使支撑体8在外壳3内顺利转动。

支架9分为两个结构相同的正反部分，所述支架9分别置于支撑体8的正反两面用于固定光催化膜6，所述支架9的两部分之间通过卡扣的方式连接固定，卡扣可拆卸连接，能够便捷更换光催化膜6。光催化膜6内的光催化剂采用改性过后的石墨相氮化碳，光催化膜6为亲水性，且透水性较好，其在可见光下具有良好的降解性能。

进水管1位于外壳3下半部分顶部，外接阀门和蠕动泵，所述出水管2位于外壳3下半部分底部，外接有阀门，所述出水管2与进水管1分别位于外壳3的两端。

外壳3的材质为不锈钢、塑料、玻璃钢等材质中的一种或几种构成。

本发明还提供一种适用于污水处理的装置使用方法，使用上述装置进行处理，外壳3的尺寸选取为30cm*20cm*30cm，体积为18000cm

光源4采用200W的冷光源氙灯。

支撑体8的材质为石英，厚度为4cm，直径为20cm，其表面布有宽度为1cm，深度为1cm的螺旋型凹槽11，支撑体8中心为直径2.5cm的进水口10。光催化膜6的直径为20cm。

转动轴承7长20cm，支架9的材质采用不锈钢，用于固定光催化膜6，其直径为20cm，支架9的直径为3mm，共有6根不锈钢条。

储水池13位于不锈钢外壳3的下半部分，与不锈钢外壳3之间设有一层隔水层，储水池13尺寸为30cm*20cm*15cm，体积为9000cm

装置采用光催化氧化对尾水中的新污染物进行氧化降解，不锈钢外壳3上设有进水管1和出水管2，水流方式采用间歇式，即进水管1进水时，出水管2处于关闭状态，当储水池13内的水位到达光催化转盘组件5的1/2处时停止进水，进行光催化氧化反应，一个反应周期结束后打开出水管2排除水体，进行下一个反应周期，进水管1位于储水池13的顶部，出水管2位于储水池13的底部，两个均设有阀门控制水流的流动，同时进水管1还设置有蠕动泵用于进水，转动轴承7外接电机提供动力，光催化转盘组件5由转动轴承7带动其进行转动，储水池13内的水位至光催化转盘组件5的1/2处，光催化膜6为亲水性膜，其内的光催化剂为改性后的石墨相氮化碳，支撑体8随转动轴承7进行逆时针转动，转动速度视具体水质情况确定，光催化转盘组件5在转动时尾水从进水口10流入凹槽11，并在离心力的作用下均匀的流至光催化膜6与支撑体8的接触面，光催化膜6会吸附储水池13中的尾水并在膜的表面留有一层薄液膜，这层薄液膜通过光源4照射进行快速的光催化氧化反应，光催化膜6作为独立的一部分可单独进行更换，降低了运行和管理成本，同时根据光催化膜6的降解性能不同，整个装置可用于不同的实际场景，尾水经过上述流程后可有效降解新污染物的浓度。

上述使用本发明装置的系统，其的出水达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的一级B排放标准，吨水运行成本低于一般污水处理工艺，且运行管理简单，出水病菌数量均低于检测限，达到回用标准。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

虽然已经参考若干具体实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等效布置。