專利名稱：兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，屬于C02F廢水處理技術領域。
背景技術：
微波光催化降解處理技術，作為一種有效的針對含有機污染物工業廢水的無害化處理技術，近年來發展迅猛。關于微波光催化降解技術，作為一例，可以參見公開號為CN102260003A的中國專
利申請案。該公開號為CN102260003A的中國專利申請案，是以微波作為激發源，激發無極紫外燈發射紫外線，于液體內部照射摻有光催化劑二氧化鈦的懸濁液，該無極紫外燈被石英管所籠罩保護著，有空氣泵向該石英管內腔持續注入空氣，由石英腔溢出的空氣經由管道與位于反應器底部的微孔曝氣頭聯通，該反應器內部的下方區域為曝氣區，該反應器內部的上方區域是微波光催化反應區，該方案還以反應器內置的膜分離組件，來提析凈化后的水，并以該膜分離組件實現光催化劑二氧化鈦微粒的截留再用；該方案還在無極紫外光源與膜分離組件之間架設隔板，用于防止紫外線對有機質的膜分離組件的輻射損傷；通入反應器內部的空氣，部分直接參與依托光催化劑二氧化鈦的光催化降解反應，還有一部分空氣，在紫外光的直接照射下，生成一定量的臭氧，該生成的臭氧當然也發揮著針對有機污染物的直接的氧化降解作用。該公開號為CN102260003A的中國專利申請案毫無疑問為微波光催化廢水降解技術的進步起到了不可忽視的推動作用，其研發人員在該領域所展開的工作令人敬佩。基于由衷的敬佩之意，以及，共同的努力方向，我們下面要談的是問題。我們知道，液態水體其本身也能夠吸收微波的能量，并導致被處理的液態水體其本身的溫升效應，而這種伴隨廢水處理過程而出現的溫升效應，卻不是我們所期待的情形，換句話說，來自磁控管的微波能量沒有完全被用于激發無極紫外燈，而有相當一部分本應只用于激發無極紫外燈的微波能量被耗散于所述的溫升效應，該種不受待見的溫升效應造成了不必要的微波能量浪費，鑒于上述公開號為CN102260003A的中國專利申請案所展示的裝置結構方案，其合理的途徑，只能是通過減少微波光催化反應器的體積或者說減少單罐處理容量來來達成弱化微波多余耗散的目的，關于這一點，在該CN102260003A申請案其具體實施方式
中清晰表達了關于該裝置結構整體的適宜尺寸，其所表達的優選尺寸對應的就是一個外形很小的裝置，那么，如此一來，反應器內壁與微波輻射源的距離小了，與微波接觸的廢水量小了，廢水所吸收的微波能量相對也小了，與之相對應地，單罐的廢水處理量因此也小了，更具體地說，其實施例中所表達的裝置適宜尺寸所對應的內部容積是40升，也即單罐廢水處理量是40升，即O. 04立方，換句話說，其一次全套、全程操作只解決了 O. 04立方的工業廢水，那么，就需要進行很多次的由首至尾的全套操作的重復，其處理量的累加才具有工業規模的意義，打個比方說，只 是個大致的比方，該案其優選結構尺寸大致對應的單罐O. 04立方這樣的廢水處理量，需要重復1000次的由首至尾的全套、全程操作，其累加量，才能達到40立方這樣一個具有工業水平的的廢水處理量，如此過度繁瑣的重復操作將導致人力、物力的嚴重浪費，可見，該種由CN102260003A所展示的方案其實際的廢水降解處理效率可能不能盡如人意。因此，如何在不造成更多微波能量浪費或減少微波能量浪費的前提下，增加單罐廢水處理量，減少該間歇式廢水處理裝置的不必要的太多的由首至尾的重復操作次數，提高其廢水處理效率，是一個有意義的值得關注的技術問題。另一方面，據文獻報道，某些體系，在微波直接輻照廢水液體的情況下，光化學催化降解效率確有提高，也就是說，在某些體系中，微波直接輻照廢水液體與光化學催化降解之間，存在一定的耦合作用。因此，如何在兼顧所述耦合作用的前提下，提高廢水降解裝置的處理效率，值得探討。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，在兼顧所述耦合作用的前提下，研發一種能夠允許大幅提升反應罐設計容量、有助于減少不必要重復操作次數的新型的廢水微波光催化降解處理裝置。本發明通過如下方案解決所述技術問題，該方案提供一種兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，該裝置的結構包括反應器，該反應器是一個中空的金屬容器，該反應器其外形輪廓呈立方體形、長方體形、圓柱體形、橢圓柱體形、多棱柱體形、球體形或橢球體形，在該反應器內腔的底部位置裝設有一些微孔曝氣頭，以及，石英管，該石英管架設在所述反應器的內腔位置，該石英管的兩端裝設有封堵蓋頭，分別位于石英管兩端的所述封堵蓋頭上均開設有通氣接口，以及，無極紫外燈，該無極紫外燈呈棒狀、環狀、球狀、海星狀或海膽狀，該無極紫外燈的數量至少在一個以上，該數量至少在一個以上的無極紫外燈均架設在所述石英管的內部，以及，空氣泵，該空氣泵裝設于反應器的外部，所述石英管其一端封堵蓋頭上的通氣接 口經由通氣管道并透過反應器的壁與所述空氣泵的出氣口聯通，所述石英管其另一端封堵蓋頭上的通氣接口經由另一條通氣管道與位于反應器內腔底部的微孔曝氣頭聯通，以及，微波發生器，該微波發生器裝設于反應器的外部，該微波發生器是磁控管，以及，波導管，該波導管是用于傳輸微波的構件，該波導管的一端與所述磁控管聯通，該波導管的另一端透過反應器的壁與反應器的內腔聯通，以及，膜分離組件，該膜分離組件裝設在反應器的內腔位置，以及，水泵，該水泵位于反應器的外部，該膜分離組件經由通水管道并透過反應器的壁與水泵的進水口聯通，該水泵的出水口與位于反應器外部的凈水池聯通，以及，另一臺水泵，該另一臺水泵位于反應器的外部，該另一臺水泵的出水口經由另一條通水管道并透過反應器的壁與反應器的內腔聯通，該另一臺水泵的進水口與位于反應器外部的污染水水池聯通，該反應器上方開設有尾氣排放口，重點是，該波導管的透過反應器的壁的那一端進一步延伸進入反應器的內腔，以及，該反應器的結構還包括金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器，該籠狀的微波輻照空域約束器上含有許多的孔洞，該籠狀的微波輻照空域約束器的功能是約束微波輻照空域，該金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器就是一個金屬籠，該金屬籠裝設在反應器的內腔位置，該波導管的深入反應器內腔的那個端口與該金屬籠的內腔聯通，所述聯通指的是微波通道意義上的連接與貫通，所述石英管是架設在該金屬籠的內部，兩條所述通氣管道均穿透該金屬籠的壁，該金屬籠的壁的結構位置是介于反應器內壁與石英管外壁之間的結構位置。所述金屬材質一詞，其本身的技術含義，是公知的。所述磁控管，以及，波導器件、波導管、波導頭等等表達，其技術含義對于微波技術領域的專業人員而言是公知的。所述磁控管，以及，波導管等，均有市售；所述磁控管，以及，波導管等，也可以向專業廠家定制；所述波導管當然也可以根據需要自行制作，該制作對于微波技術領域的專業人員而言，波導器件的制作是簡單的。所述石英管，其技術含義是公知的；所述石英管市場有售。所述無極紫外燈，其技術含義對于光源技術領域的專業人員而言是公知的；所述無極紫外燈市場有售；所述無極紫外燈其形狀、尺寸、內部所填充氣體、燈壁材料、燈壁厚度，等等，也可以根據具體設計需要，向電光源制造企業定制。當然，也可以自行制作。無極紫外燈的制作對于具備電光源專業知識的專業人員而言，其制作技術是簡單的。所述水泵、空氣泵、微孔曝氣頭、膜分離組件等等，其技術含義對于其各自相應的技術領域的專業人員而言，均是公知的，并且均有市售。本案所述金屬籠可以是由任何金屬材質制成的金屬籠；但是，鑒于廢水降解處理所涉強氧化性條件，不銹鋼材質是優選材質。
優選的所述金屬籠可以是由不銹鋼沖孔板經模壓、焊接、鉚接或借助螺絲、螺帽等輔助性配件拼接制成的金屬籠。優選的所述金屬籠也可以是由不銹鋼絲編織制成的金屬籠。應用本案裝置，反應器內的廢水以及由反應器底部鼓泡而上的含臭氧空氣可以透過金屬籠的眾多孔洞或網眼進入金屬籠與石英管之間的區域，廢水與含臭氧空氣在此區域一并參與微波光化學耦合催化氧化降解作用，而受到一定降解作用之后的廢水，又可以自由地透過金屬籠的眾多的孔洞或網眼由金屬籠內部向外逸出，如此循環地、往復地、自動地不斷進行著降解作用，直至整個反應器內部的全部廢水都達到降解指標。本案金屬籠的內壁與石英管外壁之間的距離沒有限制，該距離可以是任意的距離；但是，該金屬籠的內壁與石英管的外壁之間的距離的優選值是介于3. O厘米與30. O厘米之間。該金屬籠的內壁與石英管的外壁之間的距離的更進一步優選的數值范圍是介于10. O厘米與20. O厘米之間。本案裝置中，借助于金屬籠對微波輻照空域的隔離與限制作用，在金屬籠與反應器內壁之間的區域，形成了一個不屬于光化學與微波耦合催化降解的直接作用區域，由于微波基本上無法影響到該區域，微波在這一區域因廢水的單純的致熱吸收而造成的能量無益耗散得以遏制，如此，無論該區域體積怎樣擴大，都是允許的；基于此，本案裝置的結構，允許大幅度地擴張所述反應器的單罐設計處理容量，允許大幅度地擴張反應器的體積，當然，是通過金屬籠來限制微波輻照空域，并大幅擴張金屬籠與反應器內壁之間的空域的設計體積來實現的。其它因素，例如，微波輻照功率、紫外光波長范圍、紫外光光強度的大小、光化學催化劑二氧化鈦納米粉或所使用的各型改性催化劑納米粉其本身的粒徑、制備工藝、催化效能等等，也都會影響到本案裝置的廢水處理能力，這些不是本案的重點。本案裝置的結構，還可以包括一些附件，所述附件例如與磁控管冷卻管道連接的冷卻水循環系統或風冷系統；所述附件還例如用于將無極紫外燈固定在石英管之內的固定支架；所述附件再例如用于將所述金屬籠固定在反應器之內的支持構件；所述附件更例如用于將所述金屬籠吊掛在反應器之內的吊掛構件；所述附件當然也可以包括將所述石英管固定在所述金屬籠之內的支架或固定架或吊架；所述附件又例如裝設于各個液流及氣流管道上的開關、閥門，等等。所述附件也可以包括用于保護膜分離組件免受紫外線輻照的隔板；所述隔板不是必須的，因為在體積夠大的情況下，紫外光源與膜分離組件的裝設距離可以相隔得足夠遠，以至于紫外光無法穿透和到達膜分離組件所在的結構位置。所述內含無極紫外燈的石英管的數量不限。所述膜分離組件的數量不限。本發明的優點是，以金屬籠將無極紫外燈及其屏護用石英管籠罩其內，金屬籠同時約束微波的作用空域，如此，在石英管外壁與金屬籠內壁之間的空域形成了一個微波與光化學催化耦合作用的廢水降解區域，而且，金屬籠的多孔洞或多網眼的結構，不影響廢水及反應器底部鼓泡而上的空氣自由進、出該空域；而在金屬籠與反應器內壁之間的空域，廢水水體對微波的單純的致熱吸收被遏制，由此大幅弱化了微波能量的無益耗散；通過大幅擴張該無微波輻照空域的設計體積，可以實現單罐反應器體積的大幅擴張，允許反應器單罐廢水處理量大幅提升，而不用再擔心微波能量過多地耗散于無益的廢水水體溫升效應。基于本案的結構，裝置的設計容積即單罐廢水處理量可以擴張到數個立方至數十個立方；甚至單罐數百個立方的容積，也是允許的；基于本案此結構，可以大幅度地降低全套、全程操作的頻度，有利于人力、物力的節約。本案方案在兼顧所述微波與光化學催化耦合作用的前提下，達成了反應器設計容量大幅擴張的目標。
圖1是本案裝置結構的簡約的透視示意圖。圖中，I是反應器，2、5分別是兩臺裝設位置不同的水泵，3是微孔曝氣頭，4是膜分離組件，6是石英管，7是金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器，它就是一個金屬籠，8是無極紫外燈，9是空氣泵，10是磁控管，11是深入反應器內腔的波導管，12、15分別是石英管兩端的封堵蓋頭，13是尾氣排放口，14指示位于金屬籠內壁與石英管外壁之間的微波耦合光化學催化降解反應區域，16指示介于反應器內壁與金屬籠外壁之間的微波不能到達的區域。
具體實施例方式在圖1所展示的本案實施例中，該裝置的結構包括反應器1，該反應器I是一個中空的金屬容器，該反應器I其外形輪廓呈立方體形、長方體形、圓柱體形、橢圓柱體形、多棱柱體形、球體形或橢球體形，在該反應器I內腔的底部位置裝設有一些微孔曝氣頭3，以及，石英管6，該石英管6架設在所述反應器I的內腔位置，該石英管6的兩端裝設有封堵蓋頭，所述封堵蓋頭分別是封堵蓋頭12和封堵蓋頭15，分別位于石英管6兩端的所述封堵蓋頭12及15上均開設有通氣接口，以及，無極紫外燈8，該無極紫外燈8呈棒狀、環狀、球狀、海星狀或海膽狀，該無極紫外燈8的數量至少在一個以上，該數量至少在一個以上的無極紫外燈8均架設在所述石英管6的內部，以及，空氣泵9，該空氣泵9裝設于反應器I的外部，所述石英管6其一端封堵蓋頭12上的通氣接口經由通氣管道并透過反應器I的壁與所述空氣泵9的出氣口聯通，所述石英管6其另一端封堵蓋頭15上的通氣接口經由另一條通氣管道與位于反應器I內腔底部的微孔曝氣頭3聯通，以及，微波發生器，該微波發生器裝設于反應器I的外部，該微波發生器是磁控管10，以及，波導管，該波導管是用于傳輸微波的構件，該波導管的一端與所述磁控管聯通，該波導管的另一端透過反應器的壁與反應器的內腔聯通，以及，膜分離組件4，該膜分離組件4裝設在反應器I的內腔位置，以及，水泵5，該水泵5位于反應器I的外部，該膜分離組件4經由通水管道并透過反應器I的壁與水泵5的進水口聯通，該水泵5的出水口與位于反應器外部的凈水池聯通，以及，另一臺水泵2，該另一臺水泵2位于反應器I的外部，該另一臺水泵2的出水口經由另一條通水管道并透過反應器I的壁與反應器I的內腔聯通，該另一臺水泵2的進水口與位于反應器I外部的污染水水池聯通，該反應器I上方開設有尾氣排放口 13，重點是，該波導管11的透過反應器I的壁的那一端進一步延伸進入反應器I的內腔，以及，該反應器I的結構還包括金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器7，該籠狀的微波輻照空域約束器7上含有許多的孔洞，該籠狀的微波輻照空域約束器7的功能是約束微波輻照空域，該金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器7就是一個金屬籠，該金屬籠7裝設在反應器I的內腔位置，該波導管11的深入反應器I內腔的那個端口與該金屬籠7的內腔聯通，所述聯通指的是微波通道意義上的連接與貫通，所述石英管6是架設在該金屬籠7的內部，兩條所述通氣管道均穿透該金屬籠7的壁，該金屬籠7的壁的結構位置是介于反應器I內壁與石英管6外壁之間的結構位置。 所述金屬材質一詞，其本身的技術含義，是公知的。金屬籠7可以是由任何金屬材質制成的金屬籠；但是，鑒于廢水降解處理所涉強氧化性條件，不銹鋼材質是優選材質。優選的所述金屬籠7可以是由不銹鋼沖孔板經模壓、焊接、鉚接或借助螺絲、螺帽等輔助性配件拼接制成的金屬籠。優選的所述金屬籠7也可以是由不銹鋼絲編織制成的金屬籠。金屬籠7的內壁與石英管6外壁之間的距離沒有限制，該距離可以是任意的距離；但是，該金屬籠7的內壁與石英管6的外壁之間的距離的優選值是介于3. O厘米與30. O厘米之間，在該范圍之內的任何數值都是允許實施的優選數值。金屬籠7的內壁與石英管6的外壁之間的距離的更進一步優選的數值范圍是介于10. O厘米與20. O厘米之間，在該范圍之內的任何數值都是允許實施的更進一步優選的數值。實施圖例中沒有繪出所述其它附件。本案的實施方式不限于圖例方式。
權利要求
1.兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，該裝置的結構包括反應器，該反應器是一個中空的金屬容器，該反應器其外形輪廓呈立方體形、長方體形、圓柱體形、橢圓柱體形、多棱柱體形、球體形或橢球體形，在該反應器內腔的底部位置裝設有一些微孔曝氣頭，以及，石英管，該石英管架設在所述反應器的內腔位置，該石英管的兩端裝設有封堵蓋頭，分別位于石英管兩端的所述封堵蓋頭上均開設有通氣接口，以及，無極紫外燈，該無極紫外燈呈棒狀、環狀、球狀、海星狀或海膽狀，該無極紫外燈的數量至少在一個以上，該數量至少在一個以上的無極紫外燈均架設在所述石英管的內部，以及，空氣泵，該空氣泵裝設于反應器的外部，所述石英管其一端封堵蓋頭上的通氣接口經由通氣管道并透過反應器的壁與所述空氣泵的出氣口聯通，所述石英管其另一端封堵蓋頭上的通氣接口經由另一條通氣管道與位于反應器內腔底部的微孔曝氣頭聯通，以及，微波發生器，該微波發生器裝設于反應器的外部，該微波發生器是磁控管，以及，波導管，該波導管是用于傳輸微波的構件，該波導管的一端與所述磁控管聯通，該波導管的另一端透過反應器的壁與反應器的內腔聯通，以及，膜分離組件，該膜分離組件裝設在反應器的內腔位置，以及，水泵，該水泵位于反應器的外部，該膜分離組件經由通水管道并透過反應器的壁與水泵的進水口聯通，該水泵的出水口與位于反應器外部的凈水池聯通，以及，另一臺水泵，該另一臺水泵位于反應器的外部，該另一臺水泵的出水口經由另一條通水管道并透過反應器的壁與反應器的內腔聯通，該另一臺水泵的進水口與位于反應器外部的污染水水池聯通，該反應器上方開設有尾氣排放口，其特征在于，該波導管的透過反應器的壁的那一端進一步延伸進入反應器的內腔，以及，該反應器的結構還包括金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器，該籠狀的微波輻照空域約束器上含有許多的孔洞，該籠狀的微波輻照空域約束器的功能是約束微波輻照空域，該金屬材質的籠狀的微波輻照空域約束器就是一個金屬籠，該金屬籠裝設在反應器的內腔位置，該波導管的深入反應器內腔的那個端口與該金屬籠的內腔聯通，所述聯通指的是微波通道意義上的連接與貫通，所述石英管是架設在該金屬籠的內部，兩條所述通氣管道均穿透該金屬籠的壁，該金屬籠的壁的結構位置是介于反應器內壁與石英管外壁之間的結構位置。
2.根據權利要求1所述的兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，其特征在于，該金屬籠其材質是不銹鋼材質。
3.根據權利要求2所述的兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，其特征在于，該金屬籠由不銹鋼沖孔板經模壓、焊接、鉚接或借助螺絲、螺帽等輔助性配件拼接制成。
4.根據權利要求2所述的兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，其特征在于，該金屬籠由不銹鋼絲編織制成。
5.根據權利要求1所述的兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，其特征在于，該金屬籠的內壁與石英管的外壁之間的距離介于3. O厘米與30. O厘米之間。
6.根據權利要求5所述的兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，其特征在于，該金屬籠的內壁與石英管的外壁之間的距離介于10. O厘米與20. O厘米之間。
全文摘要
本發明涉及一種兼顧微波與光化學催化耦合作用的大容量廢水降解裝置，屬于廢水處理技術領域。現有的針對含有機污染物工業廢水的微波光催化降解技術中，存在反應器單罐廢水處理量偏小、重復操作頻度高等問題，本案旨在兼顧所述耦合作用的前提下解決上述問題。本案在反應器內部裝設金屬籠，將無極紫外燈連同其屏護用石英管一并包裹其內，并在石英管外壁與金屬籠內壁之間保持一定的距離，由此在石英管外壁與金屬籠內壁之間構成一個微波與光化學催化耦合作用區域，而在金屬籠外壁與反應器內壁之間的區域，微波輻照作用被阻斷，本案的結構允許通過大幅擴張所述無微波輻照區域的容積，達成反應器設計容量的大幅擴張，本案藉此克服所述問題。
文檔編號C02F1/30GK103058316SQ20121058692
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者李榕生, 任元龍, 干寧, 孔祖萍, 李天華, 孫杰 申請人:寧波大學