一种光电协同处理有机污水的反应器

1.本实用新型涉及污水处理技术领域，具体地说是一种光电协同处理有机污水的反应器。


背景技术：

2.随着现代生化工业的高速发展，使大量有机污染物进入人类社会生活必备水体，这给环境工作者提出了新的困难和挑战。现代化高级氧化技术、电催化技术可以破坏大部分有机污染物分子结构然后降低毒性进行水处理。但存在着不可再生能源浪费、经济因素制约、技术推广困难、处理效率低下等环境保护领域迫切需要解决的难题。
3.光催化反应器将光催化氧化技术应用于水处理领域中，以其具备的优越特性、良好的发展前景深受国内外研究人员的重视。但是其对目标废水的降解速率受到很多因素的制约，如光的分布情况、传质速率以及光催化剂受辐照的表面积等。而由于光生电子与空穴的复合而导致的低量子效率,以及与此相关的慢降解速率,成为推广应用该项技术的最大障碍。
4.因此将tio2光催化氧化法和电化学法结合以期实现协同效应的光电催化氧化技术应运而生。光电协同处理有机污水可加快反应器的催化降解速率，使得技术推广有了新的动力。
5.通过光电协同反应加快反应器催化降解的效率，在反应器中加入电极，通过紫外线的照射形成电子
‑
空穴，从而加强对有机物的降解。光电反应器的核心部分是光电极，光电催化氧化技术的光电所使用的半导体材料，通常有tio2、ruo2、及wo3等。国内外研究表明光电催化氧化技术是一种光催化与电化学氧化联用的新型深度氧化技术,能够实现对水中各类难降解物质的高效降解且其环境安全性优于直接光解和光催化氧化技术。通过多次实验，筛选出合理制备方案，拓宽光电协同降解水中有机污染物的应用范围，增强光电协同反应的效率。
6.现有的光电协同反应器普遍存在的问题是反应不充分，进而导致污水处理效果差。


技术实现要素：

7.本实用新型要提供一种光电协同处理有机污水的反应器，该反应器使得污水成膜状流经光催化材料的表面，污水与光催化膜材料的接触面积增大，使得反应充分。
8.本实用新型的技术方案：
9.一种光电协同处理有机污水的反应器，包括反应器主体、上水箱、下水箱，两个阴极棒、上光催化膜板、下光催化膜板，在反应器主体内中间固定有一个竖直挡板，挡板与反应器主体底壁和一侧壁固定连接，与相对的反应器主体的另一侧壁之间留有距离，挡板将反应器主体分成两部分；
10.所述上水箱固定在反应器主体内侧上部，下水箱固定在反应器主体内侧下部，所
述上水箱和下水箱分别置于挡板的两侧且置于反应器主体的一侧，所述阴极棒分别竖直置于上水箱和下水箱内部，
11.所述上水箱朝向反应器内部的一侧开有长条污水出水口，下水箱朝向反应器主体外面的一侧开有净水出水口；
12.上光催化膜板与下光催化膜板分别置于挡板的两侧，上光催化膜板的两侧与反应器主体侧壁和挡板插接，上光催化膜板的始端与上水箱的污水出水口固定连接，上光催化膜板末端向反应器主体的另一侧且向下延伸并与反应器主体侧壁插接，
13.所述下光催化膜板的两侧与反应器主体侧壁和挡板插接，下光催化膜板的始端低于上光催化膜板的末端，下光体催化膜板的始端与上光催化膜板的末端在反应器主体的同侧，下光催化膜板末端向反应器主体的另一侧且向下延伸并与下水箱的上端固定连接。
14.所述反应器主体为四方体，上水箱焊接在反应器主体上端的一角，下水箱焊接在反应器主体与上水箱同侧的下端一角处，所述上光催化膜板由多个膜板组成，所述膜板之间相互搭接，所述膜板与水平面成5
°
或30
°
角，相邻两块膜板与水平面的夹角不同。
15.本实用新型的有益效果：
16.1、本申请的光电协同反应器与已有的光电协同反应器相比，能充分利用体积与深度，减小横向距离，且通过溢出成膜状流经光催化材料的表面，使得反应充分。
17.2、本申请目的为通过改进光电协同反应器，使得反应器充分利用光能、电能和反应器本身体积，使得在有效的反应器体积内增大水与光催化膜材料的接触面积使反应更加充分。
18.3、本申请利用双阴极的氧化方式以及牺牲阴极的阳极保护法，形成光电协同反应，这样可以将有机污水的处理效率提高，加速有机污水的氧化降解。采用将多块光催化膜材料拼接成楼梯状的方式，使得光催化膜在制备时的难度降低，只需制备小块后再进行拼接即可，而拼接成楼梯状，则可加大水与光催化膜材料的接触面积，可在有限的空间内充分利用反应器体积，在处理水量一定的情况下，可处理的更加充分完全。
19.4、本申请光电协同处理有机污水反应器采用实际太阳光为光源、加入阴极构成原电池，经阳光照射，使水流流过光催化材料(如tio2、ruo2、wo3等)，催化水中有机物氧化降解，从而达到净化水的目的。我们的实验无外加电源，遵循节能环保的理念，励志于资源节最大化，效率最高化。
20.5、在采用有机玻璃板的情况下，可以更大程度的透光，并利用可见光，不在局限于紫外线。
附图说明
21.图1为本申请反应器的整体结构示意图。
22.图2为本申请反应器的主视图。
23.图3为本申请反应器的侧视图。
24.图4为本申请反应器的俯视图。
25.图5为本申请反应器的上水箱侧反应器侧壁示意图。
26.图6为本申请反应器的下水箱侧反应器侧壁示意图。
27.图7为本申请反应器的中间层挡板示意图。
28.图8为本申请反应器的膜板结构示意图
29.图9为本申请反应器的膜板连接方式。
具体实施方式
30.为了提高水中有机污染物的降解效果，提高了整体效率，发明了本申请光电协同处理有机污水的反应器。
31.下面结合附图对本申请进行详细说明：
32.见图1，一种光电协同处理有机污水的反应器，包括反应器主体1、上水箱2、下水箱3，两个阴极棒7、上光催化膜板4、下光催化膜板5，在反应器主体1内中间固定有一个竖直挡板6，挡板6与反应器主体底壁和一侧壁用胶粘的方式固定连接，相对的反应器主体的另一侧壁之间留有距离，挡板6将反应器主体分成两部分。挡板与反应器主体侧壁之间留有距离，为了污水从上光催化膜板末端流向下光催化膜板始端。
33.见图1和图3，所述上水箱2固定在反应器主体1内侧上部，下水箱3固定在反应器主体内侧下部，所述上水箱2和下水箱3分别置于挡板的两侧且置于反应器主体的一侧，上水箱和下水箱在反应器主体内倾斜布置。所述阴极棒7分别竖直置于上水箱2和下水箱3内部。可以采用玻璃胶将阴极棒与水箱底部固定。
34.见图1，所述上水箱2朝向反应器内部的一侧开有长条污水出水口8，下水箱朝向反应器主体外面的一侧开有净水出水口9。污水从长条污水出水口进入，处理完的净水从净水出水口流出。
35.见图1和图4，上光催化膜板4与下光催化膜板5分别置于挡板的两侧，上光催化膜板4的两侧与反应器主体侧壁和挡板6插接，为了固定牢固，用胶固定。上光催化膜板的始端与上水箱的污水出水口8固定连接(用胶粘的方式粘在污水出水口下端的上水箱玻璃上)，上光催化膜板4末端向反应器主体的另一侧且向下延伸并与反应器主体侧壁插接并胶粘。
36.所述下光催化膜板5的两侧与反应器主体侧壁和挡板4插接(为了固定牢固，插接基础上再用胶固定)，下光催化膜板5的始端低于上光催化膜板的末端，下光体催化膜板5的始端与上光催化膜板4的末端在反应器主体的同侧，下光催化膜板5末端向反应器主体1的另一侧且向下延伸至下水箱内，并与下水箱3的上端侧壁固定连接。
37.见图1和图4，所述反应器主体1最好为四方体，上水箱2焊接在反应器主体1上端的一角，下水箱3焊接在反应器主体1与上水箱同侧的下端一角处，上水箱和下水箱不是上下垂直，而是上下倾斜布置。所述上光催化膜板和下光催化膜板都由多个膜板10组成，所述膜板10之间相互搭接，膜板10有一定的韧性，可弯曲，将模板短边预留段折弯，弯度与上一块膜板角度相同，叠加在上一块膜板下方，用胶固定。所述膜板与水平面成5
°
或30
°
角，相邻两块膜板与水平面的夹角不同，这样形成“楼梯”的形式，使得污水缓慢流过上或下光催化膜板，有利于污水降解。
38.如图1所示，本反应器使用时配备污水上水管11，污水上水管11置于上水箱上面，可以与上水箱侧壁焊接或粘贴等方式固定连接，也可以在上水箱的侧壁上焊接有固定架，污水上水管通过管箍连接在固定架上。污水上水管上安装有水泵12，水泵12的进出口与污水上水管连接，污水上水管11另一端置于污水蓄水池中，污水通过污水上水管排到上水箱内。
39.本申请反应器被挡板分为两部分，分别布置了上光催化膜板和下光催化膜板，而且上光催化膜板和下光催化膜板都类似于楼梯形状，污水从上水箱的污水出水口流到上光催化膜板，再从上光催化膜板末端向下流到下光催化膜板的始端，最后通过下光催化膜板流到下水箱里，这样延长了光催化膜板。污水从污水出水口流到光催化材料(如tio2、ruo2、wo3等上光催化膜板或下光催化膜板)上形成膜状，通过自身重力作用在流速不过大的情况下沿上光催化膜板的走势向下流动，在上光催化膜板的末端向下流到下光催化膜板的始端，通过自身重力作用沿着下光催化膜板向下流到下水箱内，最后净水从下水箱的净水出水口流出。这种结构延长了光催材料的面积，反应效果好。
40.光催化材料部分由上光催化膜板和下光催化膜板组成，上光催化膜板和下光催化膜板都由多个膜板相拼接粘贴而成。膜板相对于水平面都向下倾斜，膜板与水平面的夹角为5
°
或30
°
，而且相邻的两个膜板与水平面的夹角不同，即与水平面夹角为5
°
的膜板和与水平面夹角为30
°
的膜板交替布置。因光催化膜板具有一定韧性，可压弯，所以可采用图8、9的方式将光催化膜板按照瓦片连接的形式，即第二块光催化板留有一定长度并折弯按在第一块光催化膜板之下，形成楼梯状的下坡且保证不漏水，留有长度可按实际工程施工成本进行估算，不得小于0.003m。
41.两个阴极棒分别竖直安装在上水箱内和下水箱内，且要求可露出水面。导线两端分别焊接在两个阴极棒顶端中心处，将二者连接。
42.为防止上层水由两侧边缘渗漏，因此设一中间挡板与上或下水光催化膜板连接。挡板两侧和反应器的两侧壁带有与上或下光催化膜板走势相同的狭缝，可将光催化膜板插入(胶粘固定)。挡板与反应器壁末端留有一个膜板的距离，使得水膜可从上光催化膜板流入到下光催化膜板，从而进行下一步反应。由于上光催化膜板和下光催化膜板是由多个膜板拼接而成，所以可以选用不同种类的光催化材料进行拼接，使得有机污染物可以充分得到分解净化。
43.在上下两水箱中加入阴极材料即阴极棒(如铜棒、铁棒、锌棒等)，以拼接后的光催化材料整体为阳极，采用牺牲阴极的阳极保护法，构成双阴极的闭合回路，从而进行光电协同反应，形成电子—空穴，使得有机污水在光催化材料上反应更加充分，加快反应器的催化降解速率。阴极棒最好置于上水箱或下水箱的一角处，与邻近的上水箱或下水箱侧壁相切，要略比水池高出0.1m，以利于管线连接，电极直径最好为0.04m。
44.本申请的反应器尺寸可根据实际应用选定，本申请实验的最优尺寸为：
45.本光电协同反应器的尺寸为1.2m
×
0.4m
×
0.65m(长
×
宽
×
高)，上水箱的尺寸为0.3m
×
0.2m
×
0.3m(长
×
宽
×
高)，因此一次可储存0.015m3的水，一天可处理140l有机污水。光催化材料的尺寸为0.2m
×
0.15m(长
×
宽，在此基础上宽要多出0.03～0.05m的宽度用于折弯和前一块膜板连接)，据上水箱上边缘0.04m处设0.01m污水出水口，下水箱的尺寸0.2m
×
0.2m
×
0.05m，在下水箱下边缘处设0.01m净水出水口。实验采用的是有机玻璃，若要应用到实际生活生产中，可选用钢化玻璃，透光性较好，可用可见光进行降解有机污染物，也可采用钢板，但侧面不能透光。