CN103420444B

CN103420444B - 一种曝气光催化装置

Info

Publication number: CN103420444B
Application number: CN201310282926.XA
Authority: CN
Inventors: 马建锋; 冯胜; 李定龙
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: LINGZHI ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: CN103420444A

Abstract

本发明公开一种污水处理领域中的曝气光催化装置，包括两个上下平行且共轴的圆盘，轴固定联接于两个圆盘的轴心处，轴的上段穿过上部的第二个圆盘的中心并向上延伸固定连接电动机；沿两个圆盘的盘面的圆周方向均布若干个弯管，若干个弯管的下段与轴平行且穿过下部的第一个圆盘向下延伸，若干个弯管的上段穿过上部的第二个圆盘并沿第二个圆盘的中心朝径向的斜上方向外弯曲一定角度；在两个圆盘外同轴套有第一圆筒，第一圆筒外同轴套有与第一圆筒固接的第二圆筒；第二圆筒外侧沿轴向上同轴套有多个第二锥形筒，第二锥形筒内侧面上固定衬有阶梯状的银质箔，阶梯状的银质箔和空气接触的一面负载有磷酸银；将充氧和光催化结合，促进光催化效果。

Description

一种曝气光催化装置

技术领域

本发明涉及一种曝气光催化装置，属于环境保护中污水处理技术领域。

背景技术

曝气是指人为通过适当设备向废水处理池中通入空气，以达到充氧的目的。曝气不仅使池内液体与空气接触充氧，而且由于搅动液体，加速了空气中氧向液体中转移；曝气还可以促进污水中有机物的氧化分解。

传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到好的解决。光催化的出现，开拓了传统废水处理的新方向。但到目前为止光催化技术仍未在废水处理方面得到广泛应用，主要是因为催化剂颗粒分离困难，有些是纳米级的难以从水中分离出来。目前对于该技术的研究主要集中在催化剂的开发和催化设备的开发。如果有简单适用的处理设备，将会大大促进废水处理的发展。

影响催化反应效率的重要的因素有三个：一个是催化剂种类，二是催化剂的表面积，一个是光的利用率，即液膜的厚度。对于采用相同的催化剂，催化设备所起的作用就是：一方面是扩大催化剂的比表面积，另一方面是保证光照效率。

当负载有纳米颗粒的载体浸泡于水中的时候，激发光必须透过较厚（往往是数厘米以上）的溶液才能照射到催化剂上。而事实上，无论是在紫外光区还是可见光区，有机物溶液（尤其是带色有机物废水）都会有不同程度的光吸收，这势必会引起激发光不同程度的光损失，使得到达催化剂表面的光强度下降，从而使得光生电子和空穴的产率下降，最终使得污染物的降解效率降低。

众多文献研究表明：溶液中溶解氧的浓度越高就越有利于光催化反应的进行。溶解氧浓度提高促进降解率提高的原因可能是：从化学角度看，吸附水可以看作是电子-空穴复合中心，而吸附氧则为电子的捕获剂。曝气增加了体系中的溶解氧，一方面作为电子受体的溶解氧能有效地抑制光生电子（e^-）和空穴（h⁺）的简单复合，另一方面，溶解氧生成的高度活性的超氧负离子(O₂ ^-)可以与有机分子反应，或在质子化作用以后生成H₂O₂直至·OH，提高了光催化反应的活性。（沈阳工业学院学报，2004年第1期75页；环境化学，2010年第1期88页）

目前所采用的曝气式光催化一般是在催化过程中增加普通曝气装置，效率低、功耗高。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种效率高、功耗低、不存在二次污染的曝气光催化装置。

本发明采用的技术方案是：本发明包括两个上下平行且共轴的圆盘，轴固定联接于两个圆盘的轴心处，轴的上段穿过上部的第二个圆盘的中心并向上延伸固定连接电动机；沿两个圆盘的盘面的圆周方向均布若干个弯管，若干个弯管的下段与轴平行且穿过下部的第一个圆盘向下延伸，若干个弯管的上段穿过上部的第二个圆盘并沿第二个圆盘的中心朝径向的斜上方向外弯曲一定角度；每个弯管的上端均具有一段喉管，喉管最细部分的旁侧设有与外部空气相通的毛细管；在两个圆盘外同轴套有第一圆筒，第一圆筒的上端延伸一同轴心的第一锥形筒，在第一圆筒和第一锥形筒的外侧面上均设有多个灯泡；第一圆筒外同轴套有与第一圆筒固接的第二圆筒，第二圆筒内侧固定衬有表面负载有磷酸银的银质箔；第二圆筒外侧沿轴向上同轴套有多个第二锥形筒，第二锥形筒上端是大端，第二锥形筒大端的半径大于弯管上端弯曲的长度，第二锥形筒内侧面上固定衬有阶梯状的银质箔；阶梯状的银质箔和空气接触的一面负载有磷酸银；除最下面一个第二锥形筒之外的其余第二锥形筒的外侧面上都设有灯泡；在第二锥形筒和第二圆筒联接处的第二圆筒壁面一圈上开有小孔；第一个圆盘以下部分的弯管置于待处理水中。

本发明采用上述技术方案后具有以下有益效果：

1、本发明中的圆盘可尽量做小，只要能满足弯管安装面积，以减少搅动水量，低耗能充氧，降低动力损失。2、将充氧和光催化结合，大大促进光催化效果。3、喉管可以使水流加速，在喉管处形成的负压增大，喉管处的毛细管可以吸入更多空气，能有效和水流混合，增加溶解效率。4、阶梯状催化剂载体既增大了催化剂的表面积，又可以增加氧气溶解。5、阶梯台阶边缘的溢流堰可以保持一定的液位，不会让水流速过快，但也能保持有一层液膜。6、本发明如果露天使用，还可以接受太阳光的照射，充分利用太阳能分解污染物。

附图说明

图1是本发明所述一种曝气光催化装置的结构示意图；

图2是图1中上部圆盘1与弯管3组装结构放大示意图；

图3是图1中圆筒10与锥形筒11组装结构的局部放大示意图；

图中：1.圆盘；2.轴；3.弯管；4.喉管；5.毛细管；6.电动机；7.圆筒；8.锥形筒；9.灯泡；10.圆筒；11.锥形筒；12.溢流堰；13.灯泡；14.折边；15.支架；16.小孔。

具体实施方式

参照图1，本发明包括两个上下平行且共轴的圆盘1，两个圆盘1由轴2固定联接，轴2位于两个圆盘1的轴心处，轴2的下端固定在下部的第一个圆盘1的中心处，轴2的上段穿过上部的第二个圆盘1的中心并向上延伸出一定的长度，轴2的上端固定连接电动机6，电动机6固定设在支架15上，由电动机6带动轴2旋转，同时带动两个圆盘1旋转。

再参见图2，沿两个圆盘1的盘面的圆周方向均匀布置一圈弯管3，弯管3有若干个，若干个弯管3同时穿过两个圆盘1的盘面，若干个弯管3的下段均与轴2平行，且若干个弯管3的下端伸出下部的第一个圆盘1向下延伸，若干个弯管3的上段穿过上部的第二个圆盘1，若干个弯管3的上段沿圆盘1的中心朝径向的斜上方向外弯曲有一定角度a，弯管3的弯曲角度a在90°~150°之间。所有弯管3的弯曲角度a可以相同，也可以不同。每个弯管3的上端均具有一段较细的喉管4，喉管4最细部分的旁侧设有毛细管5，毛细管5的管壁垂直于喉管4向外延伸，毛细管5与外部空气相通。

在两个圆盘1外同轴套有一个圆筒7，圆筒7的上端延伸一同轴心的锥形筒8，锥形筒8上端是大端，下端是小端，小端的内径与圆筒7的内径相等。在圆筒7和锥形筒8的外侧面上均固定有多个灯泡9，灯泡9可用卤素灯或LED灯。在圆筒7外同轴套有圆筒10，圆筒7外侧面上的灯泡9就位于圆筒7外侧面和圆筒10内侧面之间，圆筒10内侧固定衬有银质箔，银质箔表面负载有磷酸银作催化剂。圆筒7通过径向金属条固定在圆筒10上，圆筒7和圆筒10的下端位置与下部的第一个圆盘1的位置相当。

在圆筒10外侧沿轴向上同轴套有多个锥形筒11，锥形筒11上端是大端，下端是小端，所有锥形筒11小端直径均与圆筒10相同，锥形筒11的上端直径不相同。所有锥形筒11的上部上端面均位于同一高度，锥形筒11大端的半径要大于弯管3上端弯曲的长度，使弯管3上端口的出水能够落在锥形筒11内表面上。将锥形筒11的大端通过固定杆件固定于电动机6的支架15上，锥形筒11内侧面上固定衬有阶梯状的银质箔。

锥形筒11内侧面上固定衬有的阶梯状的银质箔和空气接触的一面负载有磷酸银，阶梯状的银质箔的台阶沿线上设有溢流堰12，用于保持有一定的液膜厚度，具有维持液层及使液体均匀溢出的作用。除最下面一个锥形筒11之外的其余锥形筒11的外侧面上都安装有灯泡13，灯泡13和灯泡9采用相同的或不同的灯泡。锥形筒11大端口的外边缘向下折有折边14，用于保护灯泡13，使水不会淋湿灯泡13。在锥形筒11和圆筒10联接处的圆筒10的壁面一圈上开有小孔16，水在从阶梯状的银质箔的台阶上流下之后，经过小孔16流入圆筒10内，沿圆筒10的内壁向下。

本发明工作时，下部的第一个圆盘1以下部分的弯管3都置于待处理污水的水池中，电动机6带动轴2转动，轴2带动圆盘1转动，圆盘1带动弯管3转动，顶端会形成负压，水会由气压作用被甩出，随着水被甩出，弯管3内形成负压，水被水池中的弯管3的下端口连续吸上来再被甩出，在甩出喉管4处，有空气通过毛细管5融入水中。由于弯管3的弯曲角度不同，水被甩出的远近不同，被锥形筒11内表面拦截，水会沿着锥形筒11内侧阶梯状的银质箔向下流，阶梯状的银质箔上负载有可见光催化剂，在灯泡13的灯光的照射下，水中污染物被催化降解。当水穿过圆筒10壁上小孔16，沿圆筒10内壁流的时候，圆筒7表面的灯泡9的灯光照射到液体中，在催化剂的作用下继续将水中污染物分解，最后水流回水池，再次被弯管3吸上来重复该过程。

Claims

1.一种曝气光催化装置，其特征是：包括两个上下平行且共轴的圆盘（1），轴（2）固定联接于两个圆盘的轴心处，轴（2）的上段穿过上部的第二个圆盘的中心并向上延伸固定连接电动机（6）；沿两个圆盘的盘面的圆周方向均布若干个弯管（3），若干个弯管（3）的下段与轴（2）平行且穿过下部的第一个圆盘向下延伸，若干个弯管（3）的上段穿过上部的第二个圆盘并沿第二个圆盘的中心朝径向的斜上方向外弯曲一定角度；每个弯管（3）的上端均具有一段喉管（4），喉管（4）最细部分的旁侧设有与外部空气相通的毛细管（5）；在两个圆盘外同轴套有第一圆筒（7），第一圆筒（7）的上端延伸一同轴心的第一锥形筒（8），在第一圆筒（7）和第一锥形筒（8）的外侧面上均设有多个灯泡；第一圆筒（7）外同轴套有与第一圆筒（7）固接的第二圆筒（10），第二圆筒（10）内侧固定衬有表面负载有磷酸银的银质箔；第二圆筒（10）外侧沿轴向上同轴套有多个第二锥形筒（11），第二锥形筒（11）上端是大端，第二锥形筒（11）大端的半径大于弯管（3）上端弯曲的长度，第二锥形筒（11）内侧面上固定衬有阶梯状的银质箔；阶梯状的银质箔和空气接触的一面负载有磷酸银；除最下面一个第二锥形筒（11）之外的其余第二锥形筒（11）的外侧面上都设有灯泡；在第二锥形筒（11）和第二圆筒（10）联接处的第二圆筒（10）壁面一圈上开有小孔（16）；第一个圆盘以下部分的弯管（3）置于待处理污水中。

2.根据权利要求1所述的一种曝气光催化装置，其特征是：弯管（3）的弯曲角度是90°~150°，所有弯管（3）的弯曲角度相同或不同。

3.根据权利要求1所述的一种曝气光催化装置，其特征是：电动机（6）固定设在支架（15）上，第二锥形筒（11）的大端固定连接支架（15）。

4.根据权利要求1所述的一种曝气光催化装置，其特征是：所有第二锥形筒（11）小端直径均与第二圆筒（10）相同，所有第二锥形筒（11）的上部上端面均位于同一高度。

5.根据权利要求1所述的一种曝气光催化装置，其特征是：阶梯状的银质箔的台阶沿上设有溢流堰（12）。

6.根据权利要求1所述的一种曝气光催化装置，其特征是：所述灯泡是卤素灯或LED灯。