针对含有机污染物工业废水的微波光催化降解处理装置

摘要

本发明涉及一种针对含有机污染物工业废水的微波光催化降解处理装置，属于废水处理技术领域。现有的针对含有机污染物工业废水的微波光催化降解技术中，装置内的无极紫外灯屏护用石英管其外侧面经长时间在废水液体中浸泡，会产生结垢现象，该垢层的存在，将严重影响所述石英管对紫外光的通透性能，并导致微波光催化反应装置的处理效率大幅降低。本案旨在解决该问题。本案装置其结构包括透过反应器顶部插入反应器内部的杆状超声波探头，由此，在不停机、不拆机前提下，实现所述石英管外侧面的积垢的即时的超声清除，藉此维持所述石英管对紫外光的高通透性能，并维持微波光催化降解反应装置的持续的高效率。本案装设方式并且不易漏液，还方便拆换。

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对含有机污染物工业废水的微波光催化降解处理装置， 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，近年来发展迅猛。

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。

如上所述，在该公开号为CN102260003A的中国专利申请案所表达的装置 结构中，用于屏护无极紫外灯的石英管，其外壁，指的是石英管的外壁，经长 时间的与被处理工业废水的接触，难免逐渐积垢，垢积的物质当然主要是不易 被光催化反应所触动的无机类杂质，因该机制形成的积垢现象，在设备长时间 运行之后很容易被观察到；附着于所述石英管外壁的垢积层，虽然只是薄薄的 一层，也足以对无极紫外灯的紫外光辐射造成显著的阻挡，这将导致该微波光 催化反应处理装置的实际处理效力大幅减小；在实验室尺度的使用过程中，上 述积垢问题不易觉察，但是，在工业应用尺度上，该积垢问题毫无疑问将凸显 出来；因此，如何在不停机、不拆机的前提下，即时、有效地清除该石英管外 壁上的垢积层，维持该微波光催化处理装置的持续的高效率，就成为了一个值 得关注的重要的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述CN102260003A申请案装置其 使用中存在的所述石英管外壁的积垢问题，研发一种能够在不停机、不拆机的 前提下，实现所述石英管外壁即时清洁的的新型的废水微波光催化降解处理装 置。

本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供一种针对含有机污染 物工业废水的微波光催化降解处理装置，该装置的结构包括反应器，该反应器 其外形轮廓呈方桶形或圆桶形，以及，布水板，该布水板是含有许多孔洞的板 状物，该布水板将反应器的内部空间分隔成位于上部的微波光催化反应室以及 位于下部的曝气室，该曝气室内装设有一些微孔曝气头，以及，石英管，该石 英管的架设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该石英管的两端装设有封 堵盖头，分别位于石英管两端的所述封堵盖头上均开设有用于连接气管的接口， 以及，无极紫外灯，该无极紫外灯呈棒状、环状、球状、海星状或海胆状，该 无极紫外灯的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极紫外灯均架 设在所述石英管的内部，以及，空气泵，该空气泵装设于反应器的外部，所述 石英管其一端封堵盖头上的所述接口经由管道透过反应器的壁与所述空气泵的 出气口联通，所述石英管其另一端封堵盖头上的所述接口经由管道与位于所述 曝气室内的微孔曝气头联通，以及，微波发生器，该微波发生器装设于反应器 的外部，该微波发生器是磁控管，该微波发生器经由波导管与反应器连接，以 及，膜分离组件，该膜分离组件装设在微波光催化反应室的内部，以及，隔板， 该隔板用于阻隔紫外线，该隔板是架设在石英管与膜分离组件之间的位置，以 及，水泵，该水泵位于反应器的外部，该膜分离组件经由管道并透过反应器的 壁与水泵的进水口联通，该水泵的出水口与位于反应器外部的净水池联通，以 及，另一台水泵，该另一台水泵位于反应器的外部，该另一台水泵的出水口经 由管道并透过反应器的壁与所述曝气室联通，该另一台水泵的进水口与位于反 应器外部的污染水水池联通，该微波光催化反应室的上方开设有尾气排放口， 重点是，该反应器的结构还包括杆状超声波探头，该杆状超声波探头的工作端 装设有超声波换能器，该杆状超声波探头透过所述反应器的顶部深入到所述微 波光催化反应室内部，以及，高频振荡电讯号发生器，以及，高频振荡电讯号 传输电缆，该高频振荡电讯号传输电缆的一端与该高频振荡电讯号发生器连接， 该高频振荡电讯号传输电缆的另一端与该杆状超声波探头连接。

由于该反应器内部所特有的微波辐射环境，能够抵御微波干扰及损伤的杆 状超声波探头是优选的杆状超声波探头，因此，适于本案的优选的杆状超声波 探头是具有金属外壳的铠装的杆状超声波探头。具有金属外壳的铠装的杆状超 声波探头可以向超声波器件专业厂家定制。

无论所述杆状超声波探头是否是具有金属外壳的铠装的杆状超声波探头， 进一步的针对微波的屏蔽总是有益的，基于此考量，可以在所述杆状超声波探 头的外围进一步包覆微波屏蔽物，该微波屏蔽物可以是呈套筒状的微波屏蔽套， 该套筒状微波屏蔽套是用于防止反应器内部的微波对所述杆状超声波探头的干 扰及损伤，该套筒状微波屏蔽套上开设有许多孔洞，该套筒状微波屏蔽套的材 质是金属材质，所述杆状超声波探头被所述套筒状微波屏蔽套套装在其中。

所述磁控管，以及，波导器件、波导管、波导头等等表达，其技术含义对 于微波技术领域的专业人员而言是公知的。所述磁控管，以及，波导管等，均 有市售；所述波导管当然也可以根据需要自行制作，该制作对于微波技术领域 的专业人员而言，波导器件的制作是简单的。

所述石英管，其技术含义是公知的；所述石英管市场有售。

所述无极紫外灯，其技术含义对于光源技术领域的专业人员而言是公知的； 所述无极紫外灯市场有售；所述无极紫外灯其形状、尺寸、内部所填充气体、 灯壁材料、灯壁厚度，等等，也可以根据具体设计需要，向电光源制造企业定 制。当然，也可以自行制作。无极紫外灯的制作对于具备电光源专业知识的专 业人员而言，其制作技术是简单的。

所述水泵、空气泵、无油气泵、微孔曝气头、膜分离组件等等，其技术含 义对于其相应的技术领域的专业人员而言，均是公知的，并且均有市售。

本案装置中的杆状超声波探头，是透过所述反应器的顶部深入所述微波光 催化反应室内部，其所发射的超声波是透过反应器内部所盛放的被处理液体向 所述石英管的外侧面辐射，基于超声振荡作用，实现所述石英管外侧面的积垢 的即时清除，以此方式维持石英管的良好的对紫外光的通透性。

由于超声空化作用是一种十分强有力的作用，低频超声波对对象工件的表 面冲击较强，该低频超声波的空化作用对于所述石英管外侧面而言是不太适合 的，因为，倘若长时间使用该超声机构向反应器内辐射低频超声波，那么该低 频超声波的强大的超声空化作用将导致石英管外侧面光洁度的破坏，并逐渐向 毛沙玻面形态转化，这在一定程度上也妨碍了紫外光的通透，与本案的初衷相 背离；然而，随着所选用的超声波频率的提高，空化作用对对象工件的损伤逐 渐弱化直至可以忽略；因此，适于本案所述石英管外侧面的优选的超声波频率 不是随意的频率。

如上所述，为避免超声空化作用对本案所述石英管外侧面的毛沙玻面化损 伤，该杆状超声波探头所发射的超声波的优选的频率至少应当在100KHz以上； 该杆状超声波探头所发射的超声波的优选的频率其范围是在100KHz与12MHz 之间。

同时，为避免超声波对反应器内部的膜分离组件的损伤，宜选用低功率的 超声波；超声波功率的选择取决于反应器的体积、内部液体的容量、紫外灯管 数量、石英管数量等等，还取决于超声波发射的方式即持续或间歇等等方式的 选择，超声波功率可以根据实际反应器体系的需要综合考量确定。

在该反应器的尾气排放口释放的尾气中仍然含有可以利用的臭氧成分，虽 然其含量可能不起眼，但是，作为一种宝贵的氧化剂资源，浪费了的话，实在 是可惜，并且其直接排空会带来不必要的空气污染，为此，可以在所述污染水 水池内装设一些微孔曝气头，并将该污染水水池内装设的微孔曝气头经由管道 与所述尾气排放口连接。

由于在所述尾气排放口之后增加了尾气回用环节，会造成一定的尾气压头 损失，为抵消该压头损失，可以在所述尾气排放口与所述污染水水池内装设的 微孔曝气头之间的连接管道上装设有无油气泵，该无油气泵用于增加尾气气流 压头。所述无油气泵是气泵的一种，所述无油气泵的技术含义对于气泵制造商 而言是公知的。所述无油气泵市场有售。

该无油气泵不是必须的。

该反应器的尾气排放口与所述污染水水池内的微孔曝气头的连接不是必须 的。

该污染水水池内的微孔曝气头不是必须装设的。

本案装置的结构，还可以包括一些附件，所述附件例如：与磁控管冷却管 道连接的冷却水循环系统或风冷系统；所述附件还例如用于将无极紫外灯固定 在所述石英管之内的固定支架；所述附件又例如装设于各个液流及气流管道上 的开关、阀门，等等。

所述杆状超声波探头的数量也可以是在一个以上；所述杆状超声波探头的 数量不限，所述杆状超声波探头的数量可以是任意的数量；所述杆状超声波探 头的数量可以根据实际体系的需要综合考量设定。

所述内含无极紫外灯的石英管的数量不限。

所述膜组件的数量不限。

所述杆状超声波探头发射超声波的方式，既可以是自动的持续发射的方式， 也可以是依托自动定时开关的自动的间歇发射的方式，还可以是根据需要在任 意时间段人工开、关的方式。

进一步优选的所述杆状超声波探头是具有聚四氟乙烯保护层或聚偏氟乙烯 保护层的杆状超声波探头，所述保护层的厚度介于0.1毫米与7毫米之间。

本发明的优点是，透过反应器的顶部，将杆状超声波探头由上而下插入所 述微波光催化反应室中，透过反应器内部的液体，向反应器内部所有方位传送 超声波，利用高频超声波，在不停机、不拆机前提下，实现所述石英管外侧面 的积垢的即时的清除，藉此维持石英管对紫外光的高通透性能，并维持微波光 催化反应装置的持续的高效率。相较于现有技术而言，本案具有非显而易见的、 实质性的技术进步。

另一方面，将杆状超声波探头由上而下透过反应器的顶部插入所述微波光 催化反应室中，该装设方式比较有利于避免插口位置的漏液等问题，或者说， 以该方式，杆状超声波探头的安装及拆换均比较方便。

附图说明

图1是本案装置结构的简约的透视示意图。

图中，1是高频振荡电讯号发生器，2是高频振荡电讯号传输电缆，3是尾 气排放口，4是套筒状的微波屏蔽套，5是杆状超声波探头，6是石英管，7、 19分别是两台装设位置不同的水泵，8是无油气泵，9是污染水水池中装设的 微孔曝气头，10是污染水水池中的污染水，11是污染水水池，12是净水池， 13是曝气室，14是曝气室内装设的微孔曝气头，15、22分别是石英管两端的 封堵盖头，16是无极紫外灯，17是隔板，18是膜分离组件，20是空气泵，21 是磁控管。

具体实施方式

在图1所展示的本案实施例中，该装置的结构包括反应器，该反应器其外 形轮廓呈方桶形或圆桶形，以及，布水板，该布水板是含有许多孔洞的板状物， 该布水板将反应器的内部空间分隔成位于上部的微波光催化反应室以及位于下 部的曝气室13，该曝气室13内装设有一些微孔曝气头14，以及，石英管6， 该石英管6的架设位置是在所述微波光催化反应室的内部，该石英管6的两端 装设有封堵盖头15、22，分别位于石英管6两端的所述封堵盖头15、22上均 开设有用于连接气管的接口，以及，无极紫外灯16，该无极紫外灯16呈棒状， 该无极紫外灯也可以呈其它形状，所述其它形状例如环状、球状、海星状或海 胆状，该无极紫外灯16的数量至少在一个以上，该数量至少在一个以上的无极 紫外灯16均架设在所述石英管6的内部，以及，空气泵20，该空气泵20装设 于反应器的外部，所述石英管6其一端封堵盖头22上的所述接口经由管道透过 反应器的壁与所述空气泵20的出气口联通，所述石英管6其另一端封堵盖头 15上的所述接口经由管道与位于所述曝气室13内的微孔曝气头14联通，以及， 微波发生器，该微波发生器装设于反应器的外部，该微波发生器是磁控管21， 该微波发生器经由波导管与反应器连接，以及，膜分离组件18，该膜分离组件 18装设在微波光催化反应室的内部，以及，隔板17，该隔板17用于阻隔紫外 线，该隔板17是架设在石英管6与膜分离组件18之间的位置，以及，水泵19， 该水泵19位于反应器的外部，该膜分离组件18经由管道并透过反应器的壁与 水泵19的进水口联通，该水泵19的出水口与位于反应器外部的净水池12联通， 以及，另一台水泵7，该另一台水泵7位于反应器的外部，该另一台水泵7的 出水口经由管道并透过反应器的壁与所述曝气室13联通，该另一台水泵7的进 水口与位于反应器外部的污染水水池11联通，该微波光催化反应室的上方开设 有尾气排放口3，重点是，该反应器的结构还包括杆状超声波探头5，该杆状超 声波探头5的工作端装设有超声波换能器，该杆状超声波探头5透过所述反应 器的顶部深入到所述微波光催化反应室内部，以及，高频振荡电讯号发生器1， 以及，高频振荡电讯号传输电缆2，该高频振荡电讯号传输电缆2的一端与该 高频振荡电讯号发生器1连接，该高频振荡电讯号传输电缆2的另一端与该杆 状超声波探头5连接。

由于该反应器内部所特有的微波辐射环境，能够抵御微波干扰及损伤的杆 状超声波探头是优选的杆状超声波探头，因此，适于本案的优选的杆状超声波 探头是具有金属外壳的铠装的杆状超声波探头。具有金属外壳的铠装的杆状超 声波探头可以向超声波器件专业厂家定制。

无论所述杆状超声波探头是否是具有金属外壳的铠装的杆状超声波探头， 进一步的针对微波的屏蔽总是有益的，基于此考量，可以在所述杆状超声波探 头的外围进一步包覆微波屏蔽物，该微波屏蔽物可以是呈套筒状的微波屏蔽套， 该套筒状微波屏蔽套4是用于防止反应器内部的微波对所述杆状超声波探头5 的干扰及损伤，该套筒状微波屏蔽套4上开设有许多孔洞，该套筒状微波屏蔽 套4的材质是金属材质，所述杆状超声波探头5被所述套筒状微波屏蔽套4套 装在其中。

为避免超声空化作用对本案所述石英管外侧面的毛沙玻面化损伤，该杆状 超声波探头5所发射的超声波的优选的频率至少应当在100KHz以上；该杆状超 声波探头5所发射的超声波的优选的频率其范围是在100KHz与12MHz之间。

同时，为避免超声波对反应器内部的膜分离组件18的损伤，宜选用低功率 的超声波；超声波功率的选择取决于反应器的体积、内部液体的容量、紫外灯 管数量、石英管数量等等，还取决于超声波发射的方式即持续或间歇等等方式 的选择，超声波功率可以根据实际反应器体系的需要综合考量确定。

所述杆状超声波探头5发射超声波的方式，既可以是自动的持续发射的方 式，也可以是依托自动定时开关的自动的间歇发射的方式，还可以是根据需要 在任意时间段人工开、关的方式。

所述杆状超声波探头的数量也可以是在一个以上；所述杆状超声波探头的 数量不限，所述杆状超声波探头的数量可以是任意的数量，例如一个、两个、 三个、四个、五个、六个，等等；所述杆状超声波探头的数量可以根据实际体 系的需要综合考量设定。

所述无油气泵8是气泵的一种，所述无油气泵8的技术含义对于气泵制造 商而言是公知的。所述无油气泵8市场有售。

本案结构中，所述无油气泵8的装设不是必需的。

该反应器的尾气排放口3与所述污染水水池11内的微孔曝气头9的连接不 是必须的。

该污染水水池11内的微孔曝气头9不是必须装设的。

所述杆状超声波探头5及高频振荡电讯号发生器1均有市售。

进一步优选的所述杆状超声波探头是具有聚四氟乙烯保护层或聚偏氟乙烯 保护层的杆状超声波探头，所述保护层的厚度介于0.1毫米与7毫米之间。

仅就聚四氟乙烯涂覆技术以及聚偏氟乙烯涂覆技术其本身，对于高分子材 料应用技术领域的专业人员来说，是公知的。

将杆状超声波探头5由上而下透过反应器的顶部插入所述微波光催化反应 室中，该装设方式比较有利于避免插口位置的漏液等问题，或者说，以该方式， 杆状超声波探头的安装及拆换均比较方便。

实施图例中没有绘出所述其它附件。

本案的实施方式不限于图例方式。