光催化反應廢水處理系統的製作方法
2023-06-05 12:14:46 3
專利名稱：光催化反應廢水處理系統的製作方法
概括的說，本發明涉及廢水處理系統。具體地說，本發明涉及在光催化氧化系統中利用光催化反應來淨化廢水，即使不是專業人員也可以穩定地操作該系統，它能將廢水中難以分解的有機汙染物氧化到一個適可的水平。
土壤填埋是目前廣泛使用的廢處理方法之一。在廢物被填埋後，還需要很好地處理從被填埋的廢物中滲出的廢水，因為其中含有的各種有機物會嚴重汙染環境。但是，很難將處理滲出廢水的過程標準化，因為滲出廢水的特性因不同的填埋地點而異，並且會隨時間而改變。
由於汙染物的處理負荷相對於產出量很大，由畜牧產生的排洩物和廢水如果不經過適當的處理，會對其最終進入的水體造成嚴重的水汙染和富營養化。就工業廢水而言，如果不經適當處理，其危害足以對環境和人類造成災難。尤其是來自電鍍廠、造紙廠、印染廠、皮革廠、化工廠等的廢水和三硝基甲苯(TNT)廢水會對地下水和土壤造成汙染。
迄今，人們已經發現很難選擇和開發出利用廢水自身特性的廢水處理方法。即使這種處理方法被選用，它也難以操作操作者造成技術困難。常規處理方法幾乎都以生物或物理化學原理為基礎，不能分解某些有機物，而且具有產生二次廢棄物需要附加後處理的缺點。
概括的說，廢水處理大致分為生物技術和物理化學技術。生物處理技術用於氧化可生物降解的有機物，而物理化學技術則用於去除和氧化懸浮物質及有機物質。在處理填埋廢物的滲出水、工業廢水(例如來自電鍍廠、造紙廠、印染廠、皮革廠、石油化工廠等的廢水和三硝基甲苯(TNT)廢水)和牧業、廢水時，常規的生物處理技術不能將有毒並難以分解的有機物降低到一個適可的水平，而且因為這些有機物有毒而難以操作。通常與生物處理聯用的物理化學處理是通過凝聚、沉澱、膜分離和/或吸收來去除有機物或去除有毒並難以降解的物質，但是要使填埋廢物的滲出水、工業廢水(例如來自電鍍廠、造紙廠、印染廠、皮革廠、石油化工廠等的廢水和三硝基甲苯(TNT)廢水)和牧業廢水達到排放標準，代價昂貴而且存在技術困難。
作為廢水處理技術之一的高級氧化技術/方法(AOT/AOP)中，是使用效率更強的OH自由基以更快的速度和更高的效率來氧化有機物，OH自由基的氧化活性遠勝於普通化學氧化劑。因為OH自由基不僅可以將水中可生物降解的物質，而且可以將水中有毒並難以降解的有機物完全氧化成CO2和H2O，AOT/AOP已經成為令人矚目的技術熱點。目前，AOT/AOP已被用來處理汙染物含量和色度及濁度較低的地下水。
作為AOT/AOP之一的TiO2光催化氧化法，所利用的原理是催化劑吸收的光能超過TiO2的禁帶寬度(380nm或更短)時所產生的電子和空位能使有機物質進行分解。半導體在吸收光能時，產生了電子從價帶嚮導帶的運動，此時產生電子或空位。它們和水中的氧、過氧化物或過氧根離子反應生成具有強氧化能力的OH自由基，後者繼而將水中的汙染物分解成CO2和H2O。如果電子和空位不能與反應誘導物接觸，它們會很快地彼此結合，這樣就不能誘導發生光反應了。所以，在TiO2光催化劑氧化技術中，重要的是TiO2催化劑能吸收到超過TiO2禁帶寬度的光能，由此產生數量相等的電子/空位對。換言之，光催化劑反應的進行最好是以下方式的產生的空位用來氧化，而移動到導帶的電子則進行還原，所以彼此就不會重新結合。如果催化劑經激發產生了電子/空位對，它就會將吸附的氫氧根離子氧化成具有強氧化能力的OH自由基。這些OH自由基則可用來分解有機物。同時，移動到導帶的電子則與氧和/或過氧化氫之類的電子受體反應產生超氧化自由基(O2-·)和/或過氧化氫自由基(HO2·)，這些自由基都能夠分解有機物。由此就阻止了電子和空位之間的重新結合。
因為在光催化劑吸收光能而被激發後很短的時間內電子和空位就會彼此重新結合，所以TiO2光催化劑氧化技術的關鍵在於減慢重新結合的過程，降低光催化劑的禁帶寬度並節約使用大於此禁帶寬度的光能。
上述光催化反應在半導體上如下展開。
首先，用光能激發半導體產生電子和空位。導帶的電子具有還原能力，而價帶的空位則表現出氧化能力。
然後，電子和空位在半導體表面被分開，引起光催化化學反應，產生OH自由基。該光催化反應的進行速度必須快於電子和空位重新結合的速度，否則光催化反應就不會發生。
再然後，電子和空位在半導體的表面與有機物接觸並將其氧化和還原。此時，OH自由基起著強氧化劑的作用。
最後，有機物最終被分解成CO2和H2O。當這些終產物離開半導體表面時，催化作用在表面重新進行。
催化劑表面產生的OH自由基與有機物同時發生以下鏈反應
1.催化劑表面的OH自由基與吸附於催化劑表面的有機物之間的反應。
2.離開催化劑表面的OH自由基與吸附於催化劑表面的有機物之間的反應。
3.催化劑表面的OH自由基與催化劑表面附近的有機物之間的反應。
4.離開催化劑表面的OH自由基與催化劑表面附近的有機物之間的反應。
因此，TiO2光催化氧化技術利用的氧化機制包括以下步驟激發半導體在其表面產生電子/空位對，防止電子/空位對重新結合，通過電子/空位對的作用迅速產生OH自由基，由OH自由基充分分解有機物。該光催化劑氧化技術已經在地下水處理中證明了其優良的效果，但是在有效去除填埋廢物的滲出水、工業廢水(例如來自電鍍工場、造紙廠、印染和皮革處理工場、石油化工廠等的廢水和TNT廢水)和牧業廢水中有毒並難以降解物質的方面尚未充分利用。
有關的現有技術可以參見美國專利5,462,671和韓國已公開的專利申請98-50359。
上述美國專利公開了利用自由基低壓光催化劑反應器連續處理被汙染液體的方法和系統。該自由基低壓光催化劑反應器不僅液體處理能力低，而且由於使用低壓光源所以處理效率很差。該系統能夠處理地下水但是難以處理一般工業廢水。
上述韓國專利公開的是一種廢水處理裝置，據說能夠解決凝聚和回收反應器中粉末或顆粒狀催化劑的問題。據稱，該裝置操作簡便，而且可以連續使用光催化劑。但是，因為漿料是用攪拌泵攪拌的，所以上述光催化劑存在著光催化反應效率低的問題。
本發明的發明人在對廢水處理進行了廣泛而深入的研究後發現，TiO2催化劑在受到UV光激發後能夠產生OH自由基，後者能夠將地下水以及各種來源的廢水中的有機物氧化到要求的水平。本發明人掌握了TiO2光催化作用的機制以及可以改變調節的各種反應參數的影響，從而導致了本發明。
本發明目的之一是克服現有技術中的問題，提供利用光催化反應的廢水處理系統，此系統是非技術人員也能穩定操作的。
本發明目的還在於提供無需考慮廢水特性來使用光催化反應的廢水處理系統。
本發明目的又在於提供廢水中難以降解的有機汙染物在TiO2光催化劑存在下可被氧化到適可水平，而不產生二次汙染物的廢水處理系統。
根據本發明，提供一個利用光催化反應的廢水處理系統即可達到上述目的，該系統的流程包括預處理過程，此時通過凝聚和沉澱去除廢水中的固體物質，並進行pH調節和脫去氨氣；混合過程，此時經預處理的廢水在混合池中與TiO2粉末和反應助劑混合；光氧化過程，此時經上述混合後的廢水從位於反應器下部的入口引入至少一個光催化劑反應器，隨著廢水在光催化劑反應器內向上運行和循環，其中的汙染物被光氧化和分解，所述的光催化劑反應器具有一個圓柱狀殼體，其中至少有兩塊中心開孔的湍流板，各板按照一定的間隔沿殼體的內壁排列，通過這些湍流板上的孔裝有一根內設UV燈的石英管；催化劑回收過程，此時去除了汙染物的廢水在3-5kg/cm2的壓力下通過一個TiO2催化劑回收裝置，得到淨化水，所述的TiO2催化劑回收裝置中裝有粘土過濾器，它將TiO2粉末截留下來而讓廢水濾過，還有一些刮板，它們將截留在粘土過濾器表面上的TiO2粉末刮下來；催化劑再利用過程，此時被刮下的TiO2粉末再循環返回到上述混合池中。
結合附圖閱讀以下詳細說明，將對本發明的上述目的、特徵和其它優點有更清晰的理解，附圖中
圖1是本發明利用TiO2光催化氧化技術的廢水處理系統的完整流程圖；圖2是本發明TiO2光催化氧化設備的流程圖；圖3是本發明TiO2光催氧化反應器的剖面圖；圖4是TiO2光催化氧化前預處理過程的流程圖；圖5是從處理後廢水中回收TiO2粉末的催化劑回收裝置的剖面圖。
以下將結合這些附圖詳細說明本發明。
本發明涉及利用TiO2光催化氧化技術處理廢水的方法，所述的廢水包括填埋廢物的滲出水、工業廢水(例如來自電鍍工場、造紙廠、印染和皮革處理工場、石油化工廠等的廢水和三硝基甲苯(TNT)廢水)、牧業廢水和受汙染的地下水，利用這個方法，在TiO2存在條件下，受到紫外光照射，廢水中有毒並難以降解的有機物被氧化成對環境無害的穩定物質，在此方法中並不產生二次汙染物。
需要指出的是，此處的「廢水」若非另外說明，包括填埋廢物的滲出水、工業廢水(例如來自電鍍工場、造紙廠、印染和皮革處理工場、石油化工廠等的廢水和三硝基甲苯(TNT)廢水)、牧業廢水和受汙染的地下水。
一般而言，TiO2光催氧化技術具有光催化氧化效率隨流體色度、濁度和有機物濃度升高而降低的傾向。為了在利用TiO2光催氧化技術處理高色度、濁度和有機物濃度的廢水中獲得有效的處理效果，必須在進行TiO2光催氧化前進行適當的處理。
根據本發明，這一步預處理包括用於去除懸浮物質的化學凝聚過程和去除氨氣氮的脫氨過程。在化學凝聚過程中，用凝聚劑例如FeCl3來降低廢水中的色度、濁度和有機物濃度。該凝聚過程是本發明方法所必需的。然後對由此去除了漿狀物的廢水進行pH調節，然後強制吹入空氣脫除氨氣。脫氨可以進行，也可不進行。如果脫氨不是在預處理中進行，那麼可以在光氧化後進行。上述預處理過程中的各個步驟都是本領域公知的，可以全部或部分省略，也可根據廢水的特點補充其它的過程。
圖1和圖4是本發明廢水處理的全過程和預處理過程。
如圖所示，先將廢水引入流量調節池1，藉助於泵運送至凝聚池2，在其中加入H2SO4和FeCl3調節至pH3.5-4.5。經凝聚後含有凝聚物的廢水被引入沉澱池3中靜置一段時間。在沉澱池3中產生的淤泥被送至脫水器11進行最後的處理，從淤泥脫出的水再返回到流量調節池1中繼續除汙。接著，廢水再進入pH調節池4，在其中加入NaOH將廢水的pH調節至10.7或更高，再進入脫氨塔脫去氨氣。然後，廢水流入混合池6，在其中加入H2SO4，一起加入的還有反應助劑H2O2，將廢水pH維持在3-4。在該pH範圍內可以獲得最穩定的氧化效率。
圖2和圖3顯示的是本發明TiO2光催化氧化裝置內的廢水處理過程。如圖2所示，可用一臺泵將廢水從混合池6中抽入光催化氧化反應器7中。為了更好地處理廢水，必需將其與光催化劑充分混合。為此，光催化氧化反應器在其內部產生湍流。圖3顯示的是本發明產生湍流的TiO2光催化氧化反應器。反應器7的園柱形殼體內有燈保護管13，由石英製成，其中心裝有UV燈12。在反應器7殼體的內壁和燈保護管13之間是一些環繞燈保護管13的湍流板14，它們緊靠殼體內壁但與燈保護管13的外壁13』隔開一定的距離。所以，在每塊湍流板14和外壁13』之間形成一個間隙，稱為環狀空間，用數字14』表示，汙水或廢水流經該環狀空間。較好的是，湍流板14與燈保護管的外壁13相隔5-12mm，這樣，當廢水流經該該環狀空間時就會產生湍流。
在分別用A和B表示的反應器7殼體的頂部和底部，上密封板23和下密封板23』與殼體側壁的內表面焊接。燈保護管13垂直位於反應器7內的中心線，並與上下密封板23和23』的中心孔配合，由上下兩端的活動蓋21和21』支承。兩活動蓋21和21』與密封板螺栓連接。O環D或D』緊密裝在燈保護管13和兩個密封板之間的環隙中進行密封。
為了用螺栓22將蓋21和21』固定在上下密封板上，在蓋21和21』上一些適當位置開若干個鎖定孔，同時，在密封板23和23』上的相應位置開若干個內螺紋孔。為了將燈12的上下末端固定在保護管13內，將在一面具有中部凸臺的碟形帽20和21』緊密裝在蓋21和21』的中心孔內，並用幾個螺栓與蓋21和21』連接。
以下將詳細說明本發明雙同心湍流光反應器的運作和效果。
在反應器殼體的底部B和頂部A分別有入口E和出口F，廢水在泵的壓力下從中流過。在壓力下，從入口E進入的汙水或廢水流過燈保護管13的外壁13』與湍流板之間的環狀空間，此時產生湍流，使得廢水與TiO2粉末和H2O2充分混合。
在引起湍流後，汙水或廢水向上運行，充滿在燈保護管13外壁13』與殼體內壁之間的空間，在該空間內形成連續而快速的流動。結果，廢水中的汙染物受到各湍流板的攪動，不會沉積在燈保護管外壁上，也不會沉積在反應器的內壁上。所以，這股湍流使得燈保護管和反應器殼體可在相當長的時間內保持清潔，因此，在此同樣長的時間內，用光催化劑(TiO2)淨化廢水可以保持較高的效率。
此外，可以以並聯或串聯形式使用多個反應器7。此時，廢水中的汙染物有更多的機會接近燈保護管，所以它們接受到的UV光照射更充分。結果在這些多個反應器內，催化劑顆粒能連續引起光反應，由此使處理效率達到最大。
在產生湍流的同時對廢水加壓消除了催化劑顆粒沉積在底板上和引起溫度升高的問題，並形成沿燈保護管的連續快速的流動，這就避免了燈保護管外壁被汙染物所汙染，因此不需要另外加以維修。如果廢水入流超出了預先設計的處理能力，可以方便地附加一些設備來處理溢流。
回到圖2，反應器7內的UV燈發出UV光，使得與廢水混合的TiO2催化劑與H2O、氧和H2O2反應，在催化劑表面生成具有強氧化能力的OH自由基。然後，OH自由基將有毒並難以分解的物質完全氧化成H2O和CO2。可以用一臺泵將流經光催化反應器7處理後的廢水部分地返回到混合池6作進一步除汙，其餘則流入中和池8，在其中將pH調節至6.5-8.5，然後流入催化劑回收池9。或者，如果在預處理時沒有進行脫氨，流經光催化反應器7處理後的廢水最好進行一次脫氨。
必須對UV燈和TiO2催化劑進行適當的選擇。當UV燈發出的UV光能為1KW，波長為253.7-380nm時，廢水處理最有效。本發明所用UV燈的長度為670mm。銳鈦礦TiO2被用作光催化反應的催化劑。從反應效率和經濟利益角度考慮，TiO2的用量為0.1重量％或更高，以0.1-0.5重量％為宜。
為了激活UV光與TiO2反應產生電子和空位，在必要時，可以加入適量對廢水處理來說合適的反應助劑，例如H2O2、KBrO3、(NH4)2S2O8和/或2KHSO3KHSO4K2SO4。我們發現，溶解氧不適合作為此類反應助劑。在溶解氧存在的情況下，TiO2與UV光的光反應難以活躍地產生電子和空位，即使產生了電子和空位，它們也會重新結合，因而不能很好的發揮分解汙染物的功能。相反，我們發現，H2O2有助於活躍地產生電子和空位，並能夠由電子和空位產生OH自由基，得以充分地氧化難以分解的有機物。
用過的催化劑TiO2回收後可以再利用。所以，需要設計一臺TiO2催化劑回收裝置。
圖5顯示的是TiO2催化劑回收裝置9。
如圖所示，TiO2催化劑回收裝置9包括用來過濾廢水並將其排入下一個廢水處理池的第一機構。此第一機構有一個中空的軸17，它垂直固定在裝置9殼體頂部的中心。沿長度方向，在中空軸17外壁的一些預定位置開了許多個橢圓形的排水孔。在軸17的外壁上環繞著排水孔安裝若干個例如兩個套環。利用每個套環，將粘土過濾器15牢固固定在軸17上。裝置9還有用來將催化劑從粘土過濾器15表面刮除的第二機構。第二機構包括一個可轉動的筒體，它同心地包圍著軸17，並將粘土過濾器15包圍在內。在旋轉筒體的內壁上固定了許多個刮板16，其所在的位置使得它們緊密接觸過濾器15的上下表面。裝置9還包括一個利用電機的轉動力來驅動筒體旋轉的驅動機構。驅動機構包括一個從動齒輪。從動齒輪以可轉動方式固定在軸17上方，並利用多個螺栓與旋轉筒體的頂壁固定。與電機以可轉動方式連接的驅動齒輪與從動齒輪配合，通過從動齒輪將電機的轉動力傳遞給旋轉筒體使之旋轉。所以，當裝置9運作時，旋轉筒體藉助於電機的轉動力圍繞著軸17旋轉，刮板16將催化劑從過濾器15的上下表面刮除。
將40-50重量％粘土與50-60重量％多孔材料混合，製備成粘土過濾器。說明多孔材料的非限定性例子有活性炭和/或硅藻土。如果使用的多孔材料少於50重量％，粘土過濾器的濾水速度太低，會降低處理效率。相反，多孔材料超過60重量％會降低粘土過濾器的強度。為了獲得分散均勻的原料混合物，所用的粘土最好過100目的篩。
將以上獲得的粘土混合物先模製成碟形，靜置自然乾燥。然後在碟的一面塗上所含多孔材料粒徑和孔徑都比先前所用小的粘土溶液、不含多孔材料的粘土溶液或釉料，再自然乾燥。以上塗覆和乾燥過程重複2至6遍，直至形成具有一定厚度的塗層。下面表1給出了可用於本發明的多孔材料實例。但是，根據所處理廢水的特性，本領域技術人員可以方便地對這些多孔材料的粒徑和孔徑以及塗層的厚度加以修改，所以，表1中例舉的多孔材料不應被理解成是對本發明的限制。
表1多孔材料平均粒徑(μm)平均孔徑(μm)注Celite545 36.217.0 粘土Celite560 55 22.0 粘土Celite500 14.7 1.5 塗層Celite577 14.6 2.5 塗層然後，經上述塗覆的碟在950-1，300℃燒結5至12小時。如果以混合了多孔材料的粘土溶液或純粘土溶液作為塗層，以上溫度範圍是較好的。若用釉作為塗層，因為釉會在約1,300℃完全燒結，此時燒結溫度最好在1000至1100℃。這樣避免了釉的完全燒結，過濾器就製成具有一定的強度而沒有光澤。
將許多個這樣的碟形過濾板重疊在一起，中間插入膨脹金屬網(沒有顯示)，然後用C形板、密封劑或膠粘劑固定邊緣，再用矽膠密封成粘土過濾器15。濾過的水通過膨脹金屬網的孔隙流過去，金屬網與固定的中空軸17上的排水孔連接。
根據本發明，可以根據汙水或廢水的特性和汙染物的含量對過濾器加以修改。例如，可以將兩個粘土過濾板重疊，中間插入膨脹金屬板，其目的是承受施加於過濾器15上的壓力並將金屬板兩側的過濾板隔開，然後用C形板、密封劑或膠粘劑固定其邊緣，最後用矽膠密封製成氣密性粘土過濾器15。為了將這種過濾器15安裝到固定的中空軸17上，環繞排水孔在軸17外壁上安裝一個套環和橡膠墊片或O環。必要時，可在安裝粘土過濾器15後再裝一個橡膠墊片或O環。重疊過濾板的數目取決於所處理廢水的質量，以10至18片為宜。
在一定的壓力下(適宜的是2至4kg/cm2)，處理水從塗層表面流入粘土層，通過整個粘土過濾器15，流過膨脹金屬界定的通道，直至固定中空軸17上的排水孔。然後，流過排水孔的處理水從出口18排出。在長度方向上，間隔一定距離的橢圓排水孔在中空軸17的外壁上相對地排列著，可將孔排列成上孔與下孔重疊。所以，可以根據需要在TiO2催化劑回收裝置中裝入儘可能多的粘土過濾器。
在處理水流過粘土過濾器的塗層時，雜質不能通過過濾器而被多孔材料截留。隨著雜質在塗層表面的積累，粘土過濾器的過濾效率降低。為了防止過濾效率的降低，刮板的作用就是刮除聚積起來的這些雜質。或者，也可以在中空軸中吹氣來清潔粘土過濾器。為了起到刮除過濾器15的上下表面收集催化劑和去除雜質的作用，刮板16被安裝在旋轉筒體內壁上的一定位置，務使刮板16與過濾器15的上下表面緊密接觸，同時，刮板受驅動機構驅動，驅動機構包括與驅動齒輪配合的從動齒輪，該機構固定在軸17的上方能夠轉動，通過多個螺栓固定在旋轉筒體的頂壁上。
催化劑和雜質被刮下後落到池底。它們聚積到一定的程度後，通過催化劑回收口19排出，回到混合池6。在經歷了以上清潔過程後，粘土過濾器又恢復了最初的過濾效率。粘土過濾器能夠有效處理有機或無機的細小顆粒物質(0.1-1μm)。
通過以下實施例可以更好地理解本發明，這些實施例僅以說明為目的，不能理解成是對本發明的限定。
實施例1製備粘土過濾器將原料粘土傾入水中，過100目篩，製備成45kg細粘土，然後與55kg硅藻土(購自Celite Korea，Korea，商品名為「Celite 560」)混合。在一個罐中攪拌混合以上混合物，同時用真空泵對罐抽以真空，為的是避免硅藻土在基質(粘土溶液)內部形成孔隙。
將以上製備的基質倒入石膏模具中，靜置陰乾一天。脫模後，再讓成形的基質陰乾一天，使得基質的乾燥率達80％。如果該粘土碟不平整，則對其加工成為平整。在平整的粘土碟的一面施加塗層。為此，將經100目過篩的粘土懸浮液與硅藻土(購自Celite Korea，Korea，商品名為「Celite 500」)按4.5∶5.5的粘土∶Celite500重量比充分混合，然後用刷子將該懸浮液薄薄地塗在粘土板的一個表面上。
塗完後，用2天時間讓板徹底陰乾，然後在約1200℃燒結成過濾板。將一塊金屬網插入在兩塊上述過濾板中間，然後用C形板固定其邊緣，最後用矽膠密封。
實施例2用實施例1製備的若干個粘土過濾器，如下組裝到圖5的催化劑回收裝置中。先將一個O環裝入位於固定軸底部的支架內。在支架上放置一層實施例1製備的粘土過濾器。然後，在此粘土過濾器上放置一個帶O環的套環。按照上述方式將10個過濾器與固定軸組裝完畢後，在固定軸上裝上一個長度調節套環，然後與固定軸鎖定。另一方面，在旋轉筒體內側壁上以一定間隔的位置裝上許多個刮板，這些刮板由旋轉筒體的壁朝固定軸向內伸展。此時，在固定軸上方旋轉連接的旋轉筒體與驅動機構的從動齒輪固定，通過驅動機構即可轉動。
實施例3用來測試本發明裝置的是來自廢物填埋地的滲出水，其特性如表2所示。經過典型的生物處理後，滲出水被引入流量調節池，再泵送至凝聚池。在凝聚池中，加入4000mg/l的H2SO4和1300mg/l的FeCl3，使得pH為4。再將廢水由凝聚池送入沉澱池，靜置90分鐘。然後，將形成的淤泥送至脫水器最終處理，從淤泥中脫出的水返回到流量調節池進一步除汙。廢水被引入pH調節池，加入4000mg/l的NaOH將pH調節至11，再進入脫氨塔排除氨氣。然後，廢水流入混合池，在此加入4500mg/l的H2SO4、1000mg/l反應助劑H2O2，將廢水的pH保持在3.5。用泵將廢水送至6個串聯的圖3所示光催化氧化反應器，令廢水在其中進行一定程度的循環。每個光催化氧化反應器都具有一根長670mm直徑150mm的UV燈管。擋板(湍流板)的周界表面與石英管外表面間隔7mm。UV燈發出253-380nm的光。加入0.1-0.2重量％的TiO2。然後，處理後的水流過實施例2所述的催化劑回收裝置(過濾器介質的孔徑為0.1-1μm)排出，回收的催化劑收集起來返回到混合池中再用。經過了上述化學凝聚、脫氨、光催化氧化和催化劑回收等過程的廢水經測定，CODcr為289mg/l。結果見表2。
表2項目 處理前 處理後 認可的標準CODcr1.394 289800BOD134.3 40.770SS 446.7 8.370T-N2,342.4 108-T-P8,294 0.6248NH3-N 1.63249100色度 1,84129300如前所述，本發明提供了一種水處理方法，利用該方法可以將廢水中有毒和難以分解的有機物充分氧化到合法的對環境安全的水平。為此，本發明利用了OH自由基的強氧化活性，OH自由基是UV燈、TiO2催化劑和氧化助劑之間相互反應的產物。OH自由基能將目標物質轉化成CO2和H2O，這兩者都是對環境無害的。此外，利用本發明的催化劑回收裝置，催化劑可以循環使用，提供了顯著的經濟效益。此外，本發明裝置安裝在水處理系統中只需要很小的空間。而且，由於光催化氧化反應器是由標準部件構成的，所以維護簡便。與常規水處理過程相比，本發明過程不會產生大量淤泥和二次廢產物。而且，本發明的水處理系統結構既緊湊，可以連續和自動化運行，又可以遠程監控，操作者無需很高的學歷，而且所需人數甚少。而且，即使滲出水的流量在5至100％之間改變，系統仍然能夠有效運作。系統的另一個優點是，因為其製造可採用組件模式，所以根據流量的不同可以方便的進行比例放大或縮小。
以上是對本發明的說明，其中的術語是說明性的而不是限定性的。根據上述說明可以進行多種修改和改動。所以，本發明除上述具體方式外，還可以以其它方式實施，這些都屬於權利要求書的範圍之內。
權利要求
1.光催化反應廢水處理系統，它包括預處理過程，此時通過凝聚和沉澱去除廢水中的固體物質，並進行pH調節和脫去氨氣；混合過程，此時經預處理的廢水在混合池中與TiO2粉末和反應助劑混合；光氧化過程，此時經上述混合後的廢水從位於反應器底部的入口引入至少一個光催化劑反應器，隨著廢水在光催化劑反應器內向上運行和循環，其中的汙染物被光氧化和分解，所述的光催化劑反應器具有一個柱狀殼體，其中至少有兩塊中心開孔的湍流板，各板按照一定的間隔沿殼體的內壁排列，通過這些湍流板上的孔裝有一根內設UV燈的石英管；催化劑回收過程，此時去除了汙染物的廢水在3-5kg/cm2的壓力下通過一個TiO2催化劑回收裝置，得到淨化水，所述的TiO2催化劑回收裝置中裝有粘土過濾器，它將TiO2粉末截留下來而讓廢水濾過，還裝有一些刮板，它們將截留在粘土過濾器表面上的TiO2粉末刮下來；催化劑再利用過程，此時被刮下的TiO2粉末被再循環返回到上述混合池中。
2.根據權利要求1所述的系統，所述的廢水包括填埋廢物地點的滲出水、來自電鍍工場、造紙廠、印染廠、皮革廠、石油化工廠等的廢水和三硝基甲苯廢水、牧業廢水和/或受汙染的地下水。
3.根據權利要求1所述的系統，所述的石英管與所述中部空間的周邊相隔5至12mm。
4.根據權利要求1所述的系統，還包括中和過程，在此過程中經過所述光氧化過程處理的廢水被中和。
5.根據權利要求1所述的系統，所述的UV燈長670mm，發射的UV光的能量為1KW，波長為253.7-380nm。
6.根據權利要求1所述的系統，所述的TiO2催化劑回收系統包括過濾和排放來自廢水處理池的廢水的第一機構，所述的第一機構有一個中空的軸，它垂直固定在裝置殼體頂部的中心，沿長度方向，在中空軸17外壁的一些預定位置開了許多個橢圓形的排水孔。在軸1的外壁上環繞著排水孔安裝若干個套環，利用所述套環將若干個粘土過濾器固定在軸上；用於刮除粘土過濾器表面催化劑的第二機構，所述第二機構包括一個可轉動的筒體，它同心地包圍著中空軸，並將粘土過濾器包圍在內，旋轉筒體上固定了許多個刮板，其所在的位置使得它們緊密接觸過濾器的上下表面；用於轉動可旋轉筒體的第三機構，所述的第三機構由一個從動齒輪和一個驅動齒輪構成，從動齒輪以可轉動方式固定在所述中空軸的上方，並利用多個螺栓與旋轉筒體的頂壁固定，驅動齒輪與從動齒輪配合，利用電機的轉動力可使旋轉筒體轉動。
7.根據權利要求1所述的系統，所述的反應助劑是至少一種以下物質氧、H2O2、KBrO3、(NH4)2S2O8和2KHSO3KHSO4K2SO4。
8.根據權利要求1所述的系統，所述的脫氨在所述的光氧化過程後進行。
全文摘要
本發明公開了一種光催化反應廢水處理系統。還公開了一種光催化反應器和一種TiO
文檔編號B01J21/06GK1245147SQ9911805
公開日2000年2月23日 申請日期1999年8月19日 優先權日1998年8月19日
發明者金炳德, 李智炯 申請人:株式會社太白環境, 李智炯