[发明专利]新型光催化臭氧化流化床反应装置及水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化臭氧化反应器的开发，尤其是涉及一种集污染物降解和催化剂分离再生于一体的新型光催化臭氧化流化床反应装置及采用该装置的水处理方法。

背景技术

高效实用的光催化反应器的开发是光催化氧化法降解水中有机污染物的技术迈向实用化的关键步骤之一。总体来说，光催化反应器的研制主要是沿着如何高效合理地利用光催化剂以及光源光强为思路来进行的。

按催化剂的使用方式可分为悬浮液型光催化反应器和固定床型光催化反应器。早期的研究多倾向于悬浮式光反应器，将TiO₂与有机物溶液组成悬浮液，通过搅拌使催化剂分散均匀。由于颗粒TiO₂比表面积大，对有机物具有较好的吸附作用以及对光子有较高的吸收，因此具有较好的降解作用。因此这类反应器仍然具有一定的应用前景。但水处理后期TiO₂的分离和回收过程较繁杂，而且由于悬浮液的溶剂及其他化学组分对光的吸收，使辐射深度受到影响。针对悬浮型光催化反应器的不足，近年来固定式光催化反应器得到了迅速发展。将TiO₂颗粒固定于载体或薄膜来处理废水，不需额外设备就可使TiO₂重复使用。TiO₂固定化的载体构成固定床，使吸附、催化、分离等过程有机结合在一起，其缺点是催化剂的表面积与体积比低，影响其有效作用面积，催化剂投加量大，对光的利用率低等。

现在，也有采用二氧化钛纳米管作为催化剂使其在臭氧状态下达到流化状态，形成了光催化臭氧化流化床反应器。但是，在实际使用中，催化剂易于污染，需要进行再生处理；另外，光催化臭氧化工艺中存在尾气臭氧浪费及二次污染的问题。目前，催化剂的再生方法主要有冲扫再生、光再生、热再生、化学清洗、超声波再生，均存在处理成本偏大的问题，而用尾气臭氧对催化剂进行再生的研究尚无。

发明内容

本发明的目的在于解决光催化臭氧化过程中催化剂易污染以及尾气臭氧浪费污染等问题，提供一种集污染物降解和催化剂分离再生于一体的新型光催化臭氧化流化床反应装置及采用该装置的水处理方法。

本发明是通过以下技术方案而得以实现的。

一种光催化臭氧化流化床反应装置，包括反应器和臭氧发生器，所述反应器的上部设置有排气口和废液进口，所述反应器的下部设置有进水口和排液口，所述反应器的内部设置有灯源和曝气头，其中，所述反应器至少为两个，所述反应器内部的曝气头设置有歧管，所述歧管的一端与所述臭氧发生器连接，所述歧管的另一端与另一反应器的排气口连接。

所述灯源为紫外灯或可见光灯。

一种水处理方法，其中，采用权利要求1所述的光催化臭氧化流化床反应装置，包括如下步骤：废液处理步骤，使废液从反应器的废液进口进入，关闭该反应器，利用从臭氧发生器经歧管、曝气头而进入该反应器的臭氧和分布于该反应器内部的催化剂，对该反应器内的废液进行处理，反应结束后将处理后液体排出；催化剂再生步骤，使清洗水从所述反应器的进水口进入，利用从与另一反应器的排气口连接的歧管通入的另一反应器的尾气臭氧对催化剂进行再生。

进行两次所述废液处理步骤后进行一次催化剂再生步骤。

所述催化剂再生步骤中还采用灯源发出的光与尾气臭氧结合对催化剂进行再生。

所述灯源为紫外灯或可见光灯。

所述催化剂为柱状二氧化钛纳米管。

采用本发明的光催化臭氧化流化床反应装置，使反应器的排气口与另一反应器的曝气头连接，利用另一反应器的尾气臭氧来进行催化剂再生，从而降低了催化剂再生成本，同时降低了尾气臭氧的浪费及二次污染问题。

而且，本发明采用柱状二氧化钛纳米管作为催化剂，与以往使用的催化剂相比，提高了催化剂的表面积与体积比，提高了催化剂的有效作用面积，从而提高了催化效率。

按照本发明的水处理方法进行处理，提高了处理效率，并且可降低处理成本。

附图说明

图1为表示本发明的光催化臭氧化流化床反应装置的结构的示意图。

图2为表示该光催化臭氧化流化床反应装置的运行情况的示意图。

图3为表示比较例的催化剂的催化性能变化的图。

图4为表示实施例的采用不同再生方式催化剂再生时对催化性能的影响的图。

图中，1、臭氧发生器；2、12、反应器；3、曝气头；4、废液进口；5、排气口；6、进水口；7、排液口；8、歧管；9、灯源。

具体实施方式