[发明专利]螺旋升流塔式光催化反应器

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种废水处理的光催化反应器。

背景技术

当前在污废水处理方面，成分较简单、可生物降解的废水能方便地通过现有的污水处理技术获得好的处理效果。但是，浓度高、成分复杂、生物降解性差甚至有生物毒性的工业废水，如化工、石油、制药、农药、造纸、印染废水以及垃圾渗滤液等，至今仍缺乏经济而有效的处理技术。目前，普遍认为高级氧化技术是有毒有害污染物最有效的处理办法，它能将卤代烃、芳烃、卤代芳烃、染料、油类、农药等彻底无机化。其中纳米TiO₂多相光催化技术发展最为迅速。纳米TiO₂光催化技术具有良好的室温深度反应能力、无二次污染、可直接利用太阳能、无需添加其它化学药剂等特点，成为了高级氧化技术中最为活跃的一个研究方向，被誉为21世纪最有前途的环境友好催化技术。目前国内外对纳米TiO₂材料的改性技术研究较多，但对适合纳米光催化剂参与的光催化反应器研究较少。

目前的光催化反应器普遍存在以下几个方面的问题：(1)催化剂的存在状态与传质效率之间的矛盾解决不好。对于悬浮态光催化反应器，光催化剂难于回收，如果增加沉淀回收等装置解决回收问题，则处理成本将大幅增加；对于负载型光催化反应器，虽然解决了催化剂的回收问题，但却牺牲了催化剂与污染物之间的传质效率。(2)反应器的几何尺寸难于确定。由于多相光催化反应本身所具有的特点，反应器的光照面积与溶液体积的比率(A/V)是影响处理效果的重要参数。实验表明，A/V值越大，反应速率越快。但A/V值增大一般意味着占地面积的增加，因而在实际应用中是很难通过提高A/V值来实现处理要求的。(3)光系统效率亟待提高。对于采用电光源的反应器来说，消耗电能在经济上是一个负担，此外，由于可被反应利用的紫外及近紫外光在反应溶液中衰减的非常的快，因而必须尽可能的提高光液的直接接触面积，这就使反应器的放大设计变得很困难。对于采用太阳光及其他一些光学设备的反应器，聚光系统是否能提高光效率还存在争论，即使不考虑这点，其昂贵的制造、维修、使用费用也限制了它的推广应用。近年来，随着理论和实验研究的不断深入，直接用太阳光作为光源得到了人们的重视，它被认为是最有应用前景的研究方向，但如何提高利用太阳光的光效率仍是一个尚待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有光催化反应器领域存在的问题，研制出一种高传质速率、光催化剂回收方便、高A/V比值、占地省、可同时利用自然光和电光源的螺旋升流塔式光催化反应器。

本反应器整体呈圆柱体型，下部为漏斗形进水口，上半部为圆盘型溢流出水口，中部为圆筒型筒身。反应器内部设置带升流桨叶的搅拌器进行一定速度搅拌，使废水在反应器内行进时呈螺旋流态。

本发明通过计算催化剂在停留时间内的沉降距离，来取出水口半径r₂(沉降距离超过r₂的催化剂可以被截留到反应器中得以回收)，沉降距离与催化剂粒径、密度等因素相关。另一方面，停留时间由反应器尺寸筒身的半径R、漏斗形进水口的高度h₁、筒身的高度h₂和进水流量决定，在确定流量和停留时间的基础上可以得出R、h₁和h₂三者的关系。因此，本反应器的尺寸参数如下：

进水口的半径0.01m≤r₁≤0.05m；

出水口的半径0.05m≤r₂≤0.22m；

反应器筒身的半径0.05m≤R≤0.25m；