[发明专利]一体式光催化氧化-膜分离循环流化床反应装置

说明书

本发明公开了一种一体式光催化氧化‑膜分离循环流化床反应装置，包括壳体、紫外光源、膜组件、圆柱形套管和曝气装置，其特征在于：所述壳体底部设有进水口，所述曝气装置、圆柱形套管、紫外光源和膜组件分别设置于所述壳体内部，所述膜组件的出水口与壳体的出水口相连接，所述圆柱形套管与壳体上端链接，所述壳体底部设有排泥口，所述紫外光源和膜组件之间的距离大于紫外光的穿透距离。该一体式光催化氧化‑膜分离循环流化床反应装置具有传质性能良好、催化剂可重复回收利用、结构简单、节省能耗的优点。

技术领域

本装置涉及到一种应用于处理有毒有害降解有机废水的一种光催化-膜分离循环流化床反应器。

背景技术

随着我国社会经济的迅速发展，不可避免的产生大量废弃污染物，这导致了严重的环境污染和生态破坏。传统的处理方法不能彻底消除降解污染物，而且容易造成二次污染，使用范围窄，能耗高。近些年来，利用光催化氧化技术降解污染物得到了人们的广泛关注。

光催化氧化技术以其氧化能力强、二次污染小、操作简单等优点成为处理难降解废水的有效方法，其中尤以TiO₂光催化技术的研究和应用较多；TiO₂光催化技术所面临的主要问题之一是在机理和实际废水催化氧化动力学研究的基础上开发新型集成式光催化反应器以及对所开发的反应器进行优化设计。因此，高效多功能集成式实用光催化反应器的开发，将会促进TiO₂光催化技术在废水处理领域的应用，特别是在难降解有机废水处理及饮用水中三致物质的去除方面具有重要的应用前景。

目前集成式光催化反应装置的种类按催化剂存在状态分为3种，且这几种反应装置均有各自的优、缺点。

1)悬浮式光催化反应装置：这类反应装置通常是将光催化剂粉末加到所要处理的溶液中，它的优点是在反应中污染物容易和光催化剂接触，不存在质量传输的限制，但也存在不足，即处理效率不高；当提高催化剂的浓度时会造成悬浮液浑浊，影响光的穿透，降低光效率；并且难以实现催化剂的分离、回收和重复利用，废水处理成本昂贵。

2)镀膜催化剂反应装置：这类反应装置的催化剂主要是以膜的形式存在，如将二氧化钛光催化剂涂抹在反应装置的内外壁、灯管壁、光导纤维材料等上面，催化剂膜在紫外光的照射下，将吸附在膜表面的污染物降解、矿化。它的最大特点就是不需要对催化剂进行分离，但是传质受到限制，反应器处理能力小。

3)填充床式光催化反应装置：这类反应装置通常是反应装置内填充二氧化钛颗粒或者表面涂有二氧化钛膜的硅胶、氧化铝、石英砂和玻璃珠等，可以有效地让光通过，并且有较高比表面积，反应可不受传质的限制，但不足之处是颗粒之间的碰撞可能会造成膜的脱落，光的利用率较低，且催化剂的更换非常困难。

由于悬浮式光催化反应装置在应用过程中所面临的催化剂分离、回收难、不适用于规模化、商业化推广应用的问题，因此悬浮式光催化一膜分离耦合技术逐渐发展起来，利用光催化氧化与膜技术耦合克服悬浮式光催化反应装置的缺点，但是悬浮式光催化膜分离反应装置根据膜材质的不同分为一体式和分置式两种。由于有机膜表面长时间被紫外灯照射并在光催化剂作用下会造成膜材料的分解，使得有机膜分离与光催化耦合工艺为分置式的，而一体式耦合工艺中则普遍采用无机膜。

专利CN 101875001 A公开了一种光催化氧化一膜分离循环流化床反应装置，该反应装置的光催化反应区和膜分离区采取分置式。其具有良好的传质性能、可实现催化剂分离及回收利用；然而反应装置存在结构较复杂、能耗消耗大等缺点，使得该反应装置的应用受到一定的限制。

发明内容

为了简化CN 101875001 A中反应装置的结构、节省能耗，本发明提供一体式光催化氧化-膜分离流化床反应装置。该装置具有传质良好、节能减耗、污染小、催化剂可回收利用、结构简单、光照均匀等特点。

为此，本发明的技术方案如下：