一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法

专利名称：一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法
技术领域：
本发明涉及一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，属于C02F废水处理技术领域。
背景技术：
微波光催化降解处理技术，作为一种有效的针对含有机污染物工业废水的无害化处理技术，近年来颇受关注。
关于微波光催化降解技术，作为一例，可以参见公开号为CN102260003A的中国专
利申请案。该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，是以微波作为激发源，激发无极紫外灯发射紫外线，于液体内部照射掺有光催化剂二氧化钛的悬浊液，该无极紫外灯被石英管所笼罩保护着，有空气泵向该石英管内腔持续注入空气，由石英腔溢出的空气经由管道与位于反应器底部的微孔曝气头联通，该反应器内部的下方区域为曝气区，该反应器内部的上方区域是微波光催化反应区，该方案还以反应器内置的膜分离组件，来提析净化后的水，并以该膜分离组件实现光催化剂二氧化钛微粒的截留再用；该方案还在无极紫外光源与膜分离组件之间架设隔板，用于防止紫外线对有机质的膜分离组件的辐射损伤；通入反应器内部的空气，部分直接参与依托光催化剂二氧化钛的光催化降解反应，还有一部分空气，在紫外光的直接照射下，生成一定量的臭氧，该生成的臭氧当然也发挥着针对有机污染物的直接的氧化降解作用。该公开号为CN102260003A的中国专利申请案毫无疑问为微波光催化废水降解技术的进步起到了不可忽视的推动作用，其研发人员在该领域所展开的工作令人敬佩。基于由衷的敬佩之意，以及，共同的努力方向，我们下面要谈的是问题。问题之一:该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截催化剂二氧化钛微粒的膜分离组件是安置于反应器内腔，浸没在处理对象液体之中，并且依靠升腾的含臭氧气泡来冲刷膜分离组件，藉此除去其表面所吸附、滞留的催化剂微粒，达成催化剂微粒的回收、再利用目的，同时，膜分离组件也是依靠这个方式自洁并保持其分离能力，那么，基于该结构，只能选用商业用帘式中空纤维膜组件或平板膜组件，并且，该膜分离组件是需要浸泡在有臭氧气泡升腾的强氧化性的周遭环境中，因此，对膜分离组件的氧化耐受力必然有要求，普通材质的有机膜分离组件不能耐受这样的使用环境，故只能选用PVDF材质的膜分离组件，这一点已在该案公开文本第0009段文字以及权项3中清楚地表明；该种需要特殊的氧化耐受力的滤膜其材质成本较高，其市售价格当然也高于无氧化耐受力要求的普通有机微滤膜组件；换句话说，该案的结构方式，导致膜分离组件的材质被局限于较昂贵的PVDF材质。再有，装置内可能的紫外光泄露，可能触及有机膜组件，这也要求装置内的有机膜组件材质能够抵抗紫外光辐照，从这一点看，基于该装置的结构方案，有机膜分离组件的材质也只能被局限在较昂贵的PVDF材质。
有机膜组件相较于陶制过滤组件，有其显而易见的优势；关于这一点，对于过滤技术专业的人士来说，是公知的，在这里不展开赘述。那么，在使用有机材质膜组件的前提之下，能否撇开这种PVDF滤膜材质局限呢？这是一个需要解决的问题，此为问题之一。问题之二:鉴于所述升腾气泡的冲刷力、清洁能力比较弱，因此，与该清洁方式配合使用的膜分离组件其孔径只能选用比较大的微滤级别的滤孔孔径，该微滤级别的滤孔孔径为
0.1-0.2微米，关于这一点，同样在该案公开文本第0009段文字以及权项3中有清楚的限定，该种滤孔孔径限定，从该案这样的膜分离组件的选型、内置且浸泡使用方式、升腾气泡自洁方法来看，是必然的，只能限定其滤孔孔径在微滤级别。换句话说，这种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，所以说，在该案装置中，滤膜孔径限定在0.1微米-0.2微米之间，是没有商量余地的必然选择。所谓0.1-0.2微米的滤孔孔径，如果换一个计量单位，对应的就是100-200纳米的滤孔孔径；那是什么概念呢？以其下限的100纳米滤孔孔径来说，它所能拦截的催化剂微粒其尺寸必须是在100纳米以上，而小于100纳米的催化剂微粒是无法被拦截的；换句话说，小于1 00纳米的催化剂微粒将直接穿透、通过膜组件的滤孔，混入降解反应器所输出的所谓的净水之中。现在需要来谈谈紫外光催化降解反应所涉光催化剂的粒径以及光催化剂剂型选择。从事光催化降解研究的专业人士都知道，以紫外光激励的光化学降解反应，其催化剂多选用二氧化钛微粒催化剂；目前，在实验室水平上已经研发出品种繁多的基于二氧化钛光催化特性的光降解用微粒催化剂，当然，这些不同制备方式形成的光降解用催化剂，其粒径也是多样的；不同制备方法制成的光催化剂其粒径小至20纳米，大至100000纳米也即100微米，都有，其中不乏性能优异的光催化剂品种；但是，由于性能长期稳定性评价、制备成本以及市场拓展等等方面因素的制约，绝大多数的所述光催化剂其供应能力仅局限于实验室水平，而没有能够形成大规模市售的生产水平；目前周知的能够大量购买到的市售的能够实际大量使用的用于紫外光波段的光催化剂是著名的气相二氧化钛P25 ;气相二氧化钛P25其具体技术含义，业内人士都知道，在这里不展开赘述；气相二氧化钛P25的平均粒径是21纳米；气相二氧化钛P25性能不算最优，但是，其性能稳定，关键是可以在市场上大量购买得到，并可以在工业规模上大量使用，因此，光催化专业实验室里也常常用P25催化剂来作为衡量各种自制光催化剂催化性能的参照指针或对比指针，事实上，鉴于紫外光催化降解反应的特点，分散度越高的光催化剂，越是适合该型反应的需要，也就是说，平均粒径在21纳米左右的光催化剂其所能够提供的触媒界面面积、抗沉降能力、催化性能长期稳定性等等方面，综合而言，是最理想的。简单地讲，目前，价廉物美，能够实际大量购买、使用的现成的市售的商品级的紫外光波段的光催化剂，就是平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25催化剂；在工业规模的应用层面，这种平均粒径为21纳米的光催化剂是事实上的首选。上文已述及，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其用于拦截光催化剂的膜组件，是以升腾气泡的冲刷来剥离膜组件表面所吸附、沉积的催化剂微粒，然而，该种以升腾气泡冲刷的方式其冲刷力、清洁力太弱，以至于根本无法应对更小孔径的滤膜，因此，在该案装置中，滤膜孔径被限定在0.1微米-0.2微米之间微滤滤孔级别，换个计量单位来说，在该案装置中，滤膜孔径被限定在100纳米-200纳米之间的微滤滤孔级别，这是没有商量余地的必然选择；该案无可选择的100纳米-200纳米之间的微滤滤孔当然无法拦截如上所述的平均粒径为21纳米的气相二氧化钛P25颗粒；那么，如果使用P25光催化剂，该催化剂将完全无法拦截，并流入所谓的净水中，形成二次污染，当然也造成催化剂的严重损失和无法再用；即便是使用其它品种的为此而特制的大粒径的二氧化钛光催化剂，其使用过程中因相互碰撞或与器壁碰撞，必然也会产生大量小粒径碎片，其中粒径小于100纳米的碎片，同样不能被100纳米-200纳米之间的微滤滤孔所拦截，这些小碎片也会透过其膜组件进入所谓的净水之中，形成二次污染。可见，该公开号为CN102260003A的中国专利申请案，其针对光催化剂微粒的拦截
结构方案以及相关膜组件的清洁方案都不理想。因此，如何在兼收并蓄该案优点的前提之下，达成针对光催化剂微粒的精细的拦截和回收再用，是一个很值得深思的重要课题，此为问题之二。问题之三:我们知道，液态水体其本身也能够吸收微波的能量，并导致被处理的液态水体其本身的温升效应，而这种伴随废水处理过程而出现的温升效应，却不是我们所期待的情形，换句话说，来自磁控管的微波能量没有完全被用于激发无极紫外灯，而有相当一部分本应只用于激发无极紫外灯的微波能量被耗散于所述的温升效应，该种不受待见的温升效应造成了不必要的微波能量浪费，鉴于上述公开号为CN102260003A的中国专利申请案所展示的装置结构方案，其合理 的途径，只能是通过减少微波光催化反应器的体积或者说减少单罐处理容量来来达成弱化微波多余耗散的目的，关于这一点，在该CN102260003A申请案其具体实施方式
中清晰表达了关于该装置结构整体的适宜尺寸，其所表达的优选尺寸对应的就是一个外形很小的装置，那么，如此一来，反应器内壁与微波辐射源的距离小了，与微波接触的废水量小了，废水所吸收的微波能量相对也小了，与之相对应地，单罐的废水处理量因此也小了，更具体地说，其实施例中所表达的装置适宜尺寸所对应的内部容积是40升，也即单罐废水处理量是40升，即0.04立方，换句话说，其一次全套、全程操作只解决了 0.04立方的工业废水，那么，就需要进行很多次的由首至尾的全套操作的重复，其处理量的累加才具有工业规模的意义，打个比方说，只是个大致的比方，该案其优选结构尺寸大致对应的单罐0.04立方这样的废水处理量，需要重复1000次的由首至尾的全套、全程操作，其累加量，才能达到40立方这样一个具有工业水平的的废水处理量，如此过度繁琐的重复操作将导致人力、物力的严重浪费，可见，该种由CN102260003A所展示的方案其实际的废水降解处理效率可能不能尽如人意。因此，如何在不造成更多微波能量浪费或减少微波能量浪费的前提下，增加单罐废水处理量，减少该间歇式废水处理装置的不必要的太多的由首至尾的重复操作次数，提高其废水处理效率，是一个有意义的值得关注的技术问题，此为问题之
_- O问题之四:该种由CN102260003A所展示的方案，其反应罐内部漫布升腾的气泡，对于推动反应罐内部液体的相对大尺度的循环运动，贡献稍显不足；当然，该不足之处，对于CN102260003A方案如其具体实施方式
中清晰表达的事实上对应的小尺寸、小容量装置来说，几乎没有什么可观测的影响。从工业规模的应用需求来看，小尺寸的不能扩张处理量的装置当然没有多大的吸引力；那么，作为一种可能性，倘若有某种方式能够实现处理量的大幅扩张，此情形下，反应罐内部液体的相对大尺度的循环运动其重要性就会自然地凸显出来；设想一下这种处理量大幅扩张的可能性，那么，如何强化反应罐内部液体的相对大尺度的循环运动，当然就是个问题，此为问题之四。问题之五:对于紫外光波段的光化学催化氧化反应来说，有以下这么几个要素会影响到该种氧化反应的效率，其一是紫外光波长、强度，其二是光催化剂的粒径、单位体积反应液中光催化剂的使用量、光催化剂其自身的催化性能等等，其三是被氧化对象即水体中有机物的浓度、有机物分子结构其自身所决定的氧化难易程度等等，其四是氧气气氛的充足程度，在其它条件相同的情况下，氧气气氛的充足程度，就会成为影响光化学催化氧化降解能力的一个举足轻重的要素。如CN102260003A所展示的方案，其安置于反应器内腔下部的众多微孔曝气头漫布在底部，并借由其所称的布水板，使得这种微孔曝气头漫布安排的效果变得更甚，当然，这对于使用相对容易沉降的大颗粒的微米级的光催化剂的情形而言，的确存在其有利的一面，但是，从另一面来看，这种微孔曝气头漫布安排的方式，氧气气氛的供给过于分散，而实际上最需要强化供氧的区域的是光化学催化氧化的最有效区域，由于短波紫外线在液态水体中的有效穿透深度只有20厘米左右，因此，最需要强化供氧以促进光化学催化氧化进程的有效区域实际上就是在石英管周边约20厘米距离之内的区域，换句话说，石英管周边约20厘米距离之内的区域是真正需要强化氧气气氛供给保障的区域，这个区域氧气气氛供给越强，氧化反应也就进行得越快；尤其特别地，以微波激励方式来产生无极紫外发射，其特点就是可以做到大功率、高强度，这是无极紫外灯这种灯型的强项，然而，正因为其紫外辐射的高功率、高强度，就更需要以强大的氧气气氛供给能力进行匹配，否则的话，那个强大的紫外辐射能力就真的是大部分被浪费了。上文已经述及，如CN102260003A所展示的方案，诸多因素限制了它的反应器尺寸，限制了它的实际处理容量，就如其具体实施例中清楚地表明的那样，那只 能是一个单罐单次处理量只有40升左右的小反应器，在这样的小反应器、小内腔的情况下，因为尺寸本身就很小，那么，它在光化学催化氧化有效区域供氧集中度方面的欠缺，就不会那么明显，甚至可以忽略不计，更甚至完全可以看做是一个根本不存在的问题，面对那样的小尺寸的小反应器，关于供氧集中度方面的欠缺问题，根本就不可能浮上脑际；但是，设想一下，倘若能够克服所述诸多限制因素，倘若能够有办法实际构建一个大型、大处理量的反应器，那么上述石英管周边20厘米距离之内有效区域供氧强化问题就会凸现出来，尤其对于使用无极紫外灯作为紫外辐射源的情况，上述石英管周边20厘米距离之内有效区域供氧强化问题更加不容藐视，因此，如何在可能的大型无极紫外光催化氧化降解反应器的构建之中，增强所述有效区域的供氧集中度、提高废水降解设备的效能，就是个需要盯住的问题，此为问题之五。问题之六:该CN102260003A方案将空气泵入内含无极紫外灯的石英管之内，达成无极紫外灯的通风降温、冷却的目的，而那些流动经过石英管的空气，因受紫外线的照射，有一部分空气会转变为臭氧，因此，从石英管中流出的空气当然就是含有一些臭氧的空气，该方案将该含臭氧空气传输到位于反应器下方微孔曝气头，并从微孔曝气头释出，在这些含臭氧气泡自下而上的升腾过程中，其中所含的臭氧会与路程之中遇到的有机分子遭遇并发生氧化还原反应，这一氧化还原反应当然会消耗一部分臭氧，这是没有疑问的，但是，上文已经述及，如CN102260003A所展示的方案，必然存在的无法忽视的诸多的因素限制了它的反应器尺寸，限制了它的实际处理容量，就如其具体实施例中清楚地表明的那样，那只能是一个单罐单次处理量只有40升左右的小反应器，在这样的小反应器、小内腔的情况下，因为总体尺寸本身就很小，那么，其反应器内腔的纵向尺寸或者满打满算地视作盛液深度也只能是一个很小的尺寸，这个尺寸如其具体实施方式
之中所清楚地表明的，只有大约40厘米，满打满算盛液深度也就只有40厘米，实际上盛液深度当然要小于这个数，就以40厘米的盛液深度来分析，那么，这个40厘米的盛液深度是个什么概念呢？那就是说，含臭氧空气升腾通过废水的路径只有短短的40厘米，这个路径太短了，含臭氧空气气泡飞快地穿越仅仅只有40厘米深的水体，与水体接触时间太短了，气泡中所含的臭氧，只能有很小的一部分被用于氧化降解有机物，而大部分的臭氧实际上只是简单地路过液体，从液面上逸出并经尾气排放口排空，简单地说，这些臭氧的氧化作用潜力大部分被浪费了，并且，逸出的、被浪费的臭氧实际上会造成不必要的空气污染；本案主要发明人曾以普通家用臭氧机经由微孔曝气头向一米深的储水池中打入含臭氧空气，在水深深度达一米的情况下，仍然能够在水面附近明显嗅到臭氧的气味，可见，那种40厘米深的盛液深度，显然是不足以完全利用臭氧；可见，对于无极紫外光化学催化废水降解反应器这种类型的设备来说，臭氧利用不完全的问题也需要关注，显然，人们更期待的是臭氧利用更完全、污染性尾气排放更少的无极紫外废水降解反应器，此为问题之六。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，以CN102260003A方案为技术背景，针对上文述及的该技术背景方案其所存在的问题之一、二、三、四、五、六，研发一种能够一揽子地解决该系列问题的新方法。本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，该方法的主要步骤如下:a，用金属材质的笼状的微波约束器将位于石英管内的无极紫外灯包藏起来，使得无极紫外灯处于该笼状的微波约束器的内部，该笼状的微波约束器其整体的结构位置也是在所述石英管的内部，该石英管是用于气液物相隔离、发挥屏护作用的构件，该石英管位于反应器的内部，该笼状的微波约束器是一个笼形金属构件，该笼状的微波约束器自身结构中遍布着孔洞或网眼，该笼状的微波约束器就是一个金属笼，该笼状的微波约束器的功能是将微波辐照空域约束在其内部，藉此在笼状的微波约束器的外壁与反应器的内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域；b，将源自磁控管的波导管探入所述石英管内，并将该波导管的探入石英管的那一端与所述笼状的微波约束器的内腔进行联通，所述联通指的是微波通道意义上的联接与贯通；C，在三维方向上延展、扩大反应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸；d，将散布于反应器内腔下部区域的许多的微孔曝气头聚拢起来架设成团簇状微孔曝气头集群，并将该团簇状微孔曝气头集群悬空地架设在反应器内腔下部区域，该团簇状微孔曝气头集群其底侧边缘与反应器内腔底面的纵向距离控制在10厘米与50厘米之间，该团簇状微孔曝气头集群其周遭边缘与反应器内腔侧壁的横向距离控制在20厘米与300厘米之间，并且控制该团簇状微孔曝气头使其中心或重心定位于所述石英管的正下方；e，在反应器的外部架设增压泵，该增压泵用于增压泵送混有催化剂悬浮粒的降解反应之后的水，并将该增压泵的进水端与反应器的内腔进行联接；f，将所述增压泵的出水端与反冲洗式前置预过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式前置预过滤器的滤孔孔径介于5微米与300微米之间；g，将所述反冲洗式前置预过滤器的净水出口经由第一个净水阀与反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的滤孔孔径介于25纳米与1000纳米之间；h，将所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的净水出口经由第二个净水阀与反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的滤孔孔径介于15纳米与2纳米之间；i，将所述反冲洗式前置预过滤器的污水出口经由第一个污水阀与反应器的内腔进行联接；j，将所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的污水出口经由第二个污水阀与反应器的内腔进行联接；k，将反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的污水出口经由第三个污水阀与反应器的内腔进行联接。本案所述空域一词指的是空间、界域。所涉该笼状的微波约束器其材质可以是任何的选定的金属，但是，鉴于其所处的由强紫外光辐射所形成的臭氧混合气环境，以及，出于尽可能地通过复杂的镜面反射机制最大限度地输出由无极紫外灯所发射的紫外光的考量，适于制作该笼状的微波约束器的优选的金属材质是经过镜面抛光处理的不锈钢；以及，该不锈钢材质的经过镜面抛光处理的笼状的微波约束器其孔洞或网眼的口径的优选范围是介于0.5厘米与3.0厘米之间；但是，如果一定要选择此优选范围之外的所述口径，那也是本案所允许的；虽然如此，不建议使用
3.0厘米以上的所述口径。可以用镜面抛光的不锈钢丝编织制成该笼状的微波约束器。当然，也可 以用镜面抛光的冲孔不锈钢板经模压、焊接或拼接工艺制成所述微波约束器。该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁之间可以是采取任意选定的距离，但是，其优选的形态是，该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁相互紧贴或相互间距小于5.0厘米。更进一步优选的形态是该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁相互紧贴。所述增压泵，是用于增压泵送液体的机械，当然，其泵送压力可以根据需要来进行任意的选择，并且，各型增压泵市场均有售。所述净水阀、污水阀，都是水阀，各型水阀市场均有售；关于水阀，该词其本身的技术含义是公知的；本案采用不同的名称，只是为了方便表述、方便区分各个不同结构位置的水阀。所述反冲洗式前置预过滤器也称反冲洗式前置过滤器或反冲洗式预过滤器，所述反冲洗式前置预过滤器其本身的技术含义是公知的；所述反冲洗式前置预过滤器市场有
隹
口 ο所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器是适于微滤的过滤器；所述微滤一词其本身的技术含义是公知的；所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其本身的技术含义对于膜分离技术领域的专业人员而言，是公知的；所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器市场有售。所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器是适于超滤的过滤器；所述超滤一词其本身的技术含义是公知的；所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器其本身的技术含义对于膜分离技术领域的专业人员而言，是公知的；所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器市场有售。所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器可以是仅有一个反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器单体的形态；当然，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器也可以是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器单体相互并联联接组成。表达所涉并联一词，其本身所指代的技术含义是清楚的。表达所涉单体一词，指的是其本身功能及结构完全的设备个体。类似地，所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器可以是仅有一个反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器单体的形态；当然，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器也可以是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器单体相互并联联接组成。该方法还可以包括以下步骤:在所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口与所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口的联接管路上，串接入第二个增压泵，该第二个增压泵用于增补水压以满足所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水压力需求；该步骤不是必需的。本案方法还可以进一步包括一些其它步骤，所述其它步骤例如:在微波约束器的内部架设用于固定无极紫外灯的固定架；所述其它步骤还例如，在石英管内安装用于固定微波约束器的固定架；所述其它步骤更例如，逐步调节微波辐照功率，使其功率达到一个合适值，以使无极紫外灯能够工作于最佳状态；所述其它步骤再例如，逐步调节流经石英管内腔的空气通量，以使工作状态下的无极紫外灯其工作温度能够持续地处于一个合适温区；所述其它步骤再例如:在反应器废水输入端串接用于过滤杂质的过滤器，以免杂质颗粒进入反应器内腔；所述其它 步骤再例如:在反应器废水输入前端串接沉淀池，用于沉淀部分可沉淀之杂质；所述其它步骤再例如:在反应器废水输入前端串接废水PH值调节池，以使得输入反应器的废水PH值达到设备需要水平；所述其它步骤再例如:拆除那个反应器外置的用于和内置膜分离组件联接的抽水泵，该步骤是针对背景技术方案而言的；等等。本发明的优点是，用金属材质的笼状的微波约束器，将无极紫外灯包裹于其内腔之中，并将该笼状的微波约束器其内腔与源自磁控管的波导管联通，该笼状的微波约束器其整体的结构位置也是在所述石英管的内部，该石英管是用于气液物相隔离、发挥屏护作用的构件，该石英管位于反应器的内部，藉由该步骤，把经由波导管传输而来的微波约束在其有效工作区之内，遏制了微波向周边废水水体的无益耗散，并在微波约束器外壁与反应器内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域；本案方法的步骤还包括:在三维方向上延展、扩大反应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸，藉由该步骤，可以大幅扩张反应器的设计容积，允许反应器单罐废水处理量大幅提升，而不用再担心微波能量过多地耗散于无益的废水水体温升效应。在采用镜面抛光的不锈钢丝网笼作为微波约束器的情况下，以及，在采用冲孔不锈钢板经模压、焊接或拼接工艺制成微波约束器的情况下，经由复杂的镜面反射机制，可以最大限度地将来自无极紫外灯的紫外光传输出去，并最大限度地弥补所述金属笼其自身实体对光线遮挡、吸收所造成的损失。
依托本案方法，该废水降解反应器的设计容积即单罐废水处理量可以扩张到数个立方至数十个立方；甚至单罐数百个立方的容积，也是允许的；基于本案该方法，可以大幅度地降低全套、全程废水降解操作的频度，有利于人力、物力的节约。另一方面，本案方法之中，所述团簇状微孔曝气头集群其所释放的高密度升腾气泡流，在向上升腾的同时，并且裹夹、携带、引导液流，形成一种类似于喷泉形态的运动，该种运动中，源自所述团簇状微孔曝气头集群的高密度气泡流裹夹着液体向石英管所在区域喷涌而上，进而比较集中地冲击、通过石英管周边的所述光化学催化氧化反应的有效区域，受所述高密度气泡流裹夹、携带的液流在冲击、通过石英管周边的所述有效区域之后，由顶部区域的液层向四周扩散，经由周边区域下沉，到达反应器内腔底部区域，再经所述团簇状微孔曝气头集群其所释放的高密度升腾气泡流的裹夹、携带，继续其类似于喷泉形态的运动，如此循环不已；这种受引导的相对大尺度的液体循环运动，有助于确保反应器内部液体降解反应进程的均匀化，这对于大型无极紫外光催化降解反应器来说，是必须的。本案方法其紫外辐射源是依托微波激励的无极紫外灯，此灯型的紫外辐射特点就是可以做到大功率、高强度，然而紫外线在液态水体中的有效穿透深度只有20厘米左右，因此，石英管周边约20厘米距离之内的区域是有效区域，这个区域就是光化学催化氧化降解反应的有效率的区域；本案方法以 位于石英管正下方的所述团簇状微孔曝气头集群，来集中地释放高密度的升腾气泡流，使其如喷泉般集中地朝向石英管周边光化学催化氧化有效区域释放，此方法有助于提高石英管周边所述有效区域的氧气气氛供给强度，有助于加速紫外光催化氧化降解反应进程。基于本案方法，反应器的容量或处理量可以大幅扩张，所述大幅扩张，是通过大幅扩张微波零辐照区域或微波弱辐照区域的设计体积来实现的，那么，反应器的横向尺寸、纵向尺寸当然都是能够大幅扩张，因此，反应器内部盛液深度也同样地可以大幅地加深，例如，可以加深到一米、两米、三米、四米、五米、六米，甚至十米，等等，在盛液深度足够深的情况下，含臭氧空气泡升腾路径足够长，含臭氧空气泡与水体接触的时间足够长，其升腾过程中就能够与足够多的还原性物质际遇，并彻底或近乎彻底地耗尽气泡中所含的臭氧，由此，含臭氧空气气泡中臭氧成分氧化潜力利用不完全的问题能够得到彻底解决，并且，由于长长的升腾路径导致臭氧耗尽，反应器尾气中就不会再夹带有会造成环境污染的臭氧。本案方法是以外置的多级过滤器，达成对催化剂微粒的从团聚体大颗粒到十数纳米的小尺度的碰撞碎片的逐级拦截，近乎彻底地回收、回用光催化剂，近乎彻底地防范催化剂流失而造成的二次污染；该逐级拦截方法并能够保护次级过滤器使其过滤结构通道免受大颗粒物质的硬性阻塞；其中第一级的预过滤孔径在5微米与300微米之间，第二级的微滤其孔径在25纳米与1000纳米之间，第三级的超滤其孔径介于15纳米与2纳米之间；这样的拦截方法，能够充分拦截纳米级的光催化剂，它当然能够近乎彻底地拦截气相二氧化钛P25这种平均粒径为21纳米的催化剂；前文述及，纳米级的P25之类的气相二氧化钛催化剂，是能够大量购得的市售的催化剂，也是耐久性、稳定性、紫外光波段光催化性能已知优良的光催化剂，当然，它也是工业级应用中事实上优先考虑选用的光催化剂；本案催化剂拦截方法与催化剂市场供应的实际能力、实际品种相匹配、相融合。并且，本案方法中，催化剂拦截机构是外置机构，基于该方法，其滤芯不必浸泡于反应器内部的强氧化、强紫外辐照的液体中，因此，可以完全不必考虑对紫外辐照、强氧化条件的耐受力，这样，在滤芯材质的选用上就没有了特种耐受力方面的限制，可以在更广大的可选材质种类上进行选择，而完全无须再局限于比较昂贵的PVDF之类的材质。所涉各级过滤器均有市售，市售的各级过滤器，其排污口就是反冲洗时排除污水的排放口，本案使用这类反冲洗式装备，是用来逐级拦截催化剂微粒，原本市售相关设备的排污口，在本案方法中被转用来作为受截留催化剂微粒的回收再用输出口或回流再用输出□。简言之，本案方法通过利用金属笼比较严密地约束微波的方法，达成了允许反应器设计容量大幅扩张的目标；同时，其方法还强化了反应器内部液体的相对大尺度的循环运动；该方法并以架设于石英管正下方的所述团簇状微孔曝气头集群其所释放的高密度的气泡流，实现针对重点反应区的供氧集中度的大幅提升；该方法并且达成了针对纳米级催化剂微粒从其团聚体大颗粒到十数纳米的碰撞碎片的广泛的、精细的拦截；基于该方法，其滤芯材质的选择面也因而得以扩大。本案方法一揽子地解决了所述系列问题。
具体实施例方式本案方法的实施，主要步骤如下:a，用金属材质的笼状的微波约束器将位于石英管内的无极紫外灯包藏起来，使得无极紫外灯处于该笼状的微波约束器的内部，该笼状的微波约束器其整体的结构位置也是在所述石英管的内部，该石英管是用于气液物相隔离、发挥屏护作用的构件，该石英管位于反应器的内部，该笼状的微波约束器是一个笼形金属构件，该笼状的微波约束器自身结构中遍布着孔洞或网眼，该笼状的微波约束器就是一个金属笼，该笼状的微波约束器的功能是将微波辐照空域约束在其 内部，藉此在笼状的微波约束器的外壁与反应器的内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域；b，将源自磁控管的波导管探入所述石英管内，并将该波导管的探入石英管的那一端与所述笼状的微波约束器的内腔进行联通，所述联通指的是微波通道意义上的联接与贯通；C，在三维方向上延展、扩大反应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸；d，将散布于反应器内腔下部区域的许多的微孔曝气头聚拢起来架设成团簇状微孔曝气头集群，并将该团簇状微孔曝气头集群悬空地架设在反应器内腔下部区域，该团簇状微孔曝气头集群其底侧边缘与反应器内腔底面的纵向距离控制在10厘米与50厘米之间，该团簇状微孔曝气头集群其周遭边缘与反应器内腔侧壁的横向距离控制在20厘米与300厘米之间，并且控制该团簇状微孔曝气头使其中心或重心定位于所述石英管的正下方；e，在反应器的外部架设增压泵，该增压泵用于增压泵送混有催化剂悬浮粒的降解反应之后的水，并将该增压泵的进水端与反应器的内腔进行联接；f，将所述增压泵的出水端与反冲洗式前置预过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式前置预过滤器的滤孔孔径介于5微米与300微米之间；g，将所述反冲洗式前置预过滤器的净水出口经由第一个净水阀与反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的滤孔孔径介于25纳米与1000纳米之间；h，将所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的净水出口经由第二个净水阀与反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的滤孔孔径介于15纳米与2纳米之间；i，将所述反冲洗式前置预过滤器的污水出口经由第一个污水阀与反应器的内腔进行联接；j，将所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的污水出口经由第二个污水阀与反应器的内腔进行联接；k，将反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的污水出口经由第三个污水阀与反应器的内腔进行联接。本案该方法是以CN102260003A方案为技术背景来展开描述的；本案方法其系列步骤所形成的最终结果则与该CN102260003A方案无关。本案方法其实施之中，所涉该笼状的微波约束器其材质可以是任何的选定的金属，但是，鉴于其所处的由强紫外光辐射所形成的臭氧混合气环境，以及，出于尽可能地通过复杂的镜面反射机制最大限度地输出由无极紫外灯所发射的紫外光的考量，适于制作该笼状的微波约束器的优选的金属材质是经过镜面抛光处理的不锈钢，以及，该不锈钢材质的经过镜面抛光处理的笼状的微波约束器其孔洞或网眼的口径的优选范围是介于0.5厘米与3.0厘米之间，该范围之内的任意选定值都是优选的、可用的实施值，例如可以是0.5厘米，0.9厘米、1.75厘米、2.2 厘米、3.0厘米，等等；但是，如果一定要选择此优选范围之外的所述口径，那也是本案所允许的；虽然如此，不建议使用3.0厘米以上的所述口径。本案方法其实施之中，可以用镜面抛光的不锈钢丝编织制成该笼状的微波约束器。当然，本案方法其实施之中，也可以用镜面抛光的冲孔不锈钢板经模压、焊接或拼接工艺制成所述微波约束器。本案方法其实施之中，该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁之间可以是采取任意选定的距离，但是，其优选的形态是，该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁相互紧贴或相互间距小于5.0厘米；换句话说，从相互紧贴的状态到相互距离小于5.0厘米的任何距离值都是可以允许的优选的实施值；更进一步优选的实施形态是该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁相互紧贴。该方法其实施还可以允许包括以下步骤:在所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口与所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口的联接管路上，串接入第二个增压泵，该第二个增压泵用于增补水压以满足所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水压力需求；该步骤不是必需的。本案方法还可以进一步包括一些其它步骤，所述其它步骤例如:在微波约束器的内部架设用于固定无极紫外灯的固定架；所述其它步骤还例如，在石英管内安装用于固定微波约束器的固定架；所述其它步骤更例如，逐步调节微波辐照功率，使其功率达到一个合适值，以使无极紫外灯能够工作于最佳状态；所述其它步骤再例如，逐步调节流经石英管内腔的空气通量，以使工作状态下的无极紫外灯其工作温度能够持续地处于一个合适温区；所述其它步骤再例如:在反应器废水输入端串接用于过滤杂质的过滤器，以免杂质颗粒进入反应器内腔；所述其它步骤再例如:在反应器废水输入前端串接沉淀池，用于沉淀部分可沉淀之杂质；所述其它步骤再例如:在反应器废水输入前端串接废水PH值调节池，以使得输入反应器的废水PH值达到设备需要水平；所述其它步骤再例如:拆除那个反应器外置的用于和内置膜分离组件联接的抽水泵，该步骤是针对背景技术方案而言的；等等。本案方法其实施，不局限于以上所述步骤。从本案视角来看，作为本案背景技术的CN102260003A方案，该案结构中涉及的其所称谓的布水板、波纹隔板、内置的膜分离组件以及外置的与膜分离组件关联的抽水泵等构件，都是多余的构件，都需要予以卸除；当然，其反应器的壳体也需要予以破拆，并按照本案意图重新构建；换句话说，如果以该CN102260003A方案为起点进行构建的话，则本案方法还可以包括针对所述多余的构件的卸除步骤，以及，对其反应器壳体进行破拆的步骤，以及，依本案意图进行反应器 壳体重新构建的细节步骤。
权利要求
1.一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，该方法的主要步骤如下:a，用金属材质的笼状的微波约束器将位于石英管内的无极紫外灯包藏起来，使得无极紫外灯处于该笼状的微波约束器的内部，该笼状的微波约束器其整体的结构位置也是在所述石英管的内部，该石英管是用于气液物相隔离、发挥屏护作用的构件，该石英管位于反应器的内部，该笼状的微波约束器是一个笼形金属构件，该笼状的微波约束器自身结构中遍布着孔洞或网目艮，该笼状的微波约束器就是一个金属笼，该笼状的微波约束器的功能是将微波辐照空域约束在其内部，藉此在笼状的微波约束器的外壁与反应器的内壁之间构建微波弱辐照空域或微波零辐照空域；b，将源自磁控管的波导管探入所述石英管内，并将该波导管的探入石英管的那一端与所述笼状的微波约束器的内腔进行联通，所述联通指的是微波通道意义上的联接与贯通；C，在三维方向上延展、扩大反应器内部所述微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸；d，将散布于反应器内腔下部区域的许多的微孔曝气头聚拢起来架设成团簇状微孔曝气头集群，并将该团簇状微孔曝气头集群悬空地架设在反应器内腔下部区域，该团簇状微孔曝气头集群其底侧边缘与反应器内腔底面的纵向距离控制在10厘米与50厘米之间，该团簇状微孔曝气头集群其周遭边缘与反应器内腔侧壁的横向距离控制在20厘米与300厘米之间，并且控制该团簇状微孔曝气头使其中心或重心定位于所述石英管的正下方；e，在反应器的外部架设增压泵，该增压泵用于增压泵送混有催化剂悬浮粒的降解反应之后的水，并将该增压泵的进水端与反应器的内腔进行联接；f，将所述增压泵的出水端与反冲洗式前置预过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式前置预过滤器的滤孔孔径介于5微米与300微米之间；g，将所述反冲洗式前置预过滤器的净水出口经由第一个净水阀与反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的滤孔孔径介于25纳米与1000纳米之间；h，将所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的净水出口经由第二个净水阀与反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口进行联接，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的滤孔孔径介于15纳米与2纳米之间；i，将所述反冲洗式前置预过滤器的污水出口经由第一个污水阀与反应器的内腔进行联接；j，将所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器的污水出口经由第二个污水阀与反应器的内腔进行联接；k，将反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的污水出口经由第三个污水阀与反应器的内腔进行联接。
2.根据权利要求1所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该笼状的微波约束器其材质是经过镜面抛光处理的不锈钢，以及，该笼状的微波约束器其孔洞或网眼的口径介于0.5厘米与3.0厘米之间。
3.根据权利要求2所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该笼状的微波约束器是由镜面抛光不锈钢丝编织制成。
4.根据权利要求2所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该笼状的微波约束器是由镜面抛光冲孔不锈钢板经模压、焊接或拼接工艺制成。
5.根据权利要求1所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁相互紧贴或相互间距小于5.0厘米。
6.根据权利要求5所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该笼状的微波约束器其外壁与所述石英管内壁相互紧贴。
7.根据权利要求1 所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器单体相互并联联接组成。
8.根据权利要求1所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器是由数量在一个以上的反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器单体相互并联联接组成。
9.根据权利要求1所述的一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤:在所述反冲洗式中空纤维膜微滤过滤器其净水出口与所述反冲洗式中空纤维膜超滤过滤器的进水口的联接管路上，串接入第二个增压泵，该第二个增压泵用于增补水压以满足所述反冲洗式 中空纤维膜超滤过滤器的进水压力需求。
全文摘要
本发明涉及一种无极紫外光催化废水降解反应器扩容方法，属于废水处理技术领域。现有的相关技术中，存在微波能量浪费、单罐废水处理量偏小、内部大循环强度不足、重点区域供氧集中度不够、催化剂微粒截留环节偏弱等等问题，本案针对上述系列问题。本案主要步骤包括用金属笼将无极紫外灯包覆其中，并使该金属笼内腔经由波导管与磁控管联通，还将该金属笼置于石英管之内，藉由金属笼约束微波，免其无益耗散；在三维方向上延展、扩大反应器内部微波弱辐照空域或微波零辐照空域的尺寸；在石英管的正下方架设团簇状微孔曝气头集群，以此保障重点区域高强度供氧；用外置的级联的分别属于不同滤孔孔径级别的三种反冲洗式过滤器逐级拦截催化剂微粒。
文档编号C02F9/08GK103159356SQ20131010101
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者李榕生, 干宁, 任元龙, 李天华, 王冬杰, 孔祖萍, 孙杰 申请人:宁波大学