專利名稱：間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法
技術領域：
本發明涉及一種間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，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，在該公開號為CN102260003A的中國專利申請案所表達的裝置結構中，用于屏護無極紫外燈的石英管，其外壁，指的是石英管的外壁，經長時間的與被處理工業廢水的接觸，難免逐漸積垢，垢積的物質當然主要是不易被光催化反應所觸動的無機類雜質，因該機制形成的積垢現象，在設備長時間運行之后很容易被觀察到；附著于所述石英管外壁的垢積層，雖然只是薄薄的一層，也足以對無極紫外燈的紫外光輻射造成顯著的阻擋，這將導致該微波光催化反應處理裝置的實際處理效力大幅減小；在實驗室尺度的使用過程中，上述積垢問題不易覺察，但是，在工業應用尺度上，該積垢問題毫無疑問將凸顯出來；因 此，如何在不停機、不拆機的前提下，即時、有效地清除該石英管外壁上的垢積層，維持該微波光催化處理裝置的持續的高效率，是另一個值得關注的技術問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對上述CN102260003A申請案中存在的不足之處，即，微波能量利用情況不理想以及實際單罐廢水處理量偏小的問題，以及，所述石英管外壁垢積層的清除問題，研發一種能夠一攬子地解決上述問題的方法，該方法應當有助于提高工業廢水微波光催化降解裝置的綜合性能。本發明通過如下方案解決所述技術問題，該方案提供一種間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，該方法包括以下步驟a，用金屬材質的籠狀的微波約束器將位于石英管內的無極紫外燈包藏起來，使得無極紫外燈處于該籠狀的微波約束器的內部，該籠狀的微波約束器其整體的結構位置也是在所述石英管的內部，該石英管是用于氣液物相隔離、發揮屏護作用的構件，該籠狀的微波約束器是一個籠形金屬構件；b，將源自磁控管的波導管探入所述石英管內，并將該波導管的探入石英管的那一端與所述籠狀的微波約束器的內腔進行聯通；c，在微波光催化反應器的內部或外表面安裝超聲波換能器；d，將該超聲波換能器與高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端連接；e，將該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的另一端與高頻振蕩電訊號發生器連接；f，將高頻振蕩電訊號發生器接通電源。所涉該籠狀的微波約束器其材質可以是任何的選定的金屬，但是，鑒于其所處的由強紫外光輻射所形成的臭氧混合氣環境，以及，出于盡可能地通過復雜的鏡面反射機制最大限度地輸出由無極紫外燈所發射的紫外光的考量，適于制作該籠狀的微波約束器的優選的金屬材質是經過鏡面拋光處理的不銹鋼。可以用鏡面拋光的多孔不銹鋼板焊接或沖壓制成所述微波約束器；也可以用鏡面拋光的不銹鋼絲編織制成該籠狀的微波約束器；從最大限度地輸出紫外光的角度考量，優選后者的方式。鑒于該反應器所涉微波環境，能夠抵御微波干擾及損傷的超聲波換能器結構是優選的結構，因此，適于本案的優選的超聲波換能器是具有金屬外殼的鎧裝的超聲波換能器。具有金屬外殼的鎧裝的超聲波換能器可以向超聲波器件專業廠家定制。本案所述超聲波換能器可以是市售的任何形態的超聲波換能器；本案所述超聲波換能器當然也可以是附設有超聲波變幅桿的超聲波換能器。由于超聲空化作用是一種十分強有力的作用，低頻超聲波對對象工件的表面沖擊較強，該低頻超聲波的空化作用對于反應器內部的所述石英管外側面而言是不太適合的，因為，倘若長時間使用該超聲機構向反應器內輻射低頻超聲波，那么該低頻超聲波的強大的超聲空化作用將導致反應器內部的石英管其外側面光潔度的破壞，并逐漸向毛沙玻面形態轉化，這在一定程度上也妨礙了紫外光的通透，與本案的初衷相背離；然而，隨著所選用的超聲波頻率的提高，空化作用對對象工件的損傷逐漸弱化直至可以忽略；因此，適于本案的優選的超聲波頻率不是隨意的頻率。如上所述，為避免超聲空化作用對反應器內部的所述石英管外側面的毛沙化損傷，該超聲波換能器所發射的超聲波的優選的頻率至少應當在IOOKHz以上；該換能器所發 射的超聲波的優選的頻率其范圍是在IOOKHz與12MHz之間。同時，為避免超聲波對反應器內部的膜分離組件的損傷，宜選用低功率的超聲波；超聲波功率的選擇取決于反應器的體積、內部液體的容量，等等，還取決于超聲波發射的方式即持續或間歇等等方式的選擇，超聲波功率可以根據實際反應器體系的需要綜合考量確定。與所述高頻振蕩電訊號傳輸電纜接通的電源，既可以是簡單接通使用的電源，該電源當然也可以是帶有電源定時開關的電源；利用該帶有電源定時開關的電源，可以實現超聲波的定時發射控制；所述電源定時開關當然可以是帶有程序模塊的定時開關。所述各型定時開關均有市售。鑒于本案超聲波換能器的使用環境，抗蝕問題值得注意，因此，所述超聲波換能器其優選的方案，是選用帶有聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層的超聲波換能器，由此，本案方法的步驟還可以包括在超聲波換能器的表面涂裝、包覆聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層。僅就聚四氟乙烯涂裝以及聚偏氟乙烯涂裝技術本身而言，對于高分子材料涂裝技術領域的專業人員而言，是公知的。具有聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層的超聲波換能器也可以直接向超聲波器件專業廠豕定制。本案方法還可以進一步包括一些其它步驟，所述其它步驟例如在高頻電訊號傳輸電纜上涂裝、包覆聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層；所述其它步驟還例如在高頻電訊號傳輸電纜上套裝金屬絲網屏蔽層，該金屬絲網屏蔽層用于阻隔該電纜其周邊環境的微波輻射干擾；等等。所述超聲波換能器的數量也可以是在一個以上；所述超聲波換能器的數量不限，所述超聲波換能器的數量可以是任意的數量；所述超聲波換能器的數量可以根據實際體系的需要綜合考量設定。本發明的優點是，用金屬材質的籠狀的微波約束器，將無極紫外燈包裹于其內腔之中，并將該籠狀的微波約束器其內腔與源自磁控管的波導管聯通，藉由該方法，把經由波導管傳輸而來的微波約束在其有效工作區之內，遏制了微波向周邊廢水水體的無益耗散，本案該方法允許反應器大幅擴張其設計容積，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。在采用鏡面拋光的不銹鋼絲網籠作為微波約束器的情況下，經由復雜的鏡面反射機制，可以最大限度地將來自無極紫外燈的紫外光傳輸出去，并最大限度地彌補所述網籠其自身實體對光線遮擋、吸收所造成的損失。依托本案方法，微波光催化廢水降解處理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；基于本案該方法，可以大幅度地降低全套、全程廢水降解操作的頻度，有利于人力、物力的節約。另一方面，在本案方法中，通過在反應器的內部或外表面安裝超聲波換能器，利用高頻超聲波，在不停機、不拆機前提下，實現微波光催化反應器內部的所述石英管外側面的積垢的即時的清除，藉此維持所述石英管對紫外光的高通透性能，并維持微波光催化反應裝置的持續的高效率。
本案方法一攬子地解決了所述技術問題；本案方法能夠大幅提升工業廢水微波光催化降解裝置的綜合性能。
具體實施例方式本案方法的實施，主要步驟如下a，用金屬材質的籠狀的微波約束器將位于石英管內的無極紫外燈包藏起來，使得無極紫外燈處于該籠狀的微波約束器的內部，該籠狀的微波約束器其整體的結構位置也是在所述石英管的內部，該石英管是用于氣液物相隔離、發揮屏護作用的構件，該籠狀的微波約束器是一個籠形金屬構件；b，將源自磁控管的波導管探入所述石英管內，并將該波導管的探入石英管的那一端與所述籠狀的微波約束器的內腔進行聯通；C，在微波光催化反應器的內部或外表面安裝超聲波換能器；d，將該超聲波換能器與高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端連接；e，將該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的另一端與高頻振蕩電訊號發生器連接；f，將高頻振蕩電訊號發生器接通電源。該超聲波換能器優選具有金屬外殼的鎧裝的超聲波換能器。實施所涉該籠狀的微波約束器其材質可以是任何的選定的金屬，但是，鑒于其所處的由強紫外光輻射所形成的臭氧混合氣環境，以及，出于盡可能地通過復雜的鏡面反射機制最大限度地輸出由無極紫外燈所發射的紫外光的考量，適于制作該籠狀的微波約束器的優選的金屬材質是經過鏡面拋光處理的不銹鋼。可以用鏡面拋光的多孔不銹鋼板焊接或沖壓制成所述微波約束器；也可以用鏡面拋光的不銹鋼絲編織制成該籠狀的微波約束器；從最大限度地輸出紫外光的角度考量，優選后者的方式。該超聲波換能器優選的發射頻率其范圍介于IOOKHz與12MHz。該電源優選帶有電源定時開關的電源。該方法其實施還包括以下步驟，在超聲波換能器的表面涂裝、包覆聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層。
該方法其實施也允許進一步包括以下步驟，在高頻電訊號傳輸電纜上涂裝、包覆聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層。所涂裝、包覆的聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層其厚度可以是任意指定的厚度；任何厚度的保護層都能發揮一定的保護作用；該保護層的厚度可以根據實際需要來確定。該方法其實施也允許進一步包括以下步驟，在高頻電訊號傳輸電纜上套裝金屬絲網屏蔽層，該金屬絲網屏蔽層用于阻隔該電纜其周邊環境的微波輻射干擾。所述超聲波換能器連同經由高頻振蕩電訊號傳輸電纜與其連接在一起的高頻振蕩電訊號發生器，以及，相關電源，構成超聲發射機構，在所述超聲發射機構連續運作的情形下，所述石英管外側面的結垢其進程能夠被完全抑制。當然，所述連續運作不是必須的，因為也可以間歇運作，或根據需要在特定的需要免拆機清潔的情形下手動啟動其運作，比如間隔數星期手動啟動運作數分鐘或數十分鐘；
坐坐寸寸ο本案實施所涉超聲波換能器可以是市售的任何形態的超聲波換能器；本案實施所涉超聲波換能器當然也可以是附設有超聲波變幅桿的超聲波換能器。
權利要求
1.間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，該方法的主要步驟如下a，用金屬材質的籠狀的微波約束器將位于石英管內的無極紫外燈包藏起來，使得無極紫外燈處于該籠狀的微波約束器的內部，該籠狀的微波約束器其整體的結構位置也是在所述石英管的內部，該石英管是用于氣液物相隔離、發揮屏護作用的構件，該籠狀的微波約束器是一個籠形金屬構件；b，將源自磁控管的波導管探入所述石英管內，并將該波導管的探入石英管的那一端與所述籠狀的微波約束器的內腔進行聯通C，在微波光催化反應器的內部或外表面安裝超聲波換能器；d，將該超聲波換能器與高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端連接；e，將該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的另一端與高頻振蕩電訊號發生器連接f，將高頻振蕩電訊號發生器接通電源。
2.根據權利要求I所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，該籠狀的微波約束器其材質是經過鏡面拋光處理的不銹鋼。
3.根據權利要求2所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，該籠狀的微波約束器是由鏡面拋光不銹鋼絲編織制成。
4.根據權利要求I所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，該超聲波換能器是具有金屬外殼的鎧裝的超聲波換能器。
5.根據權利要求I所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，所述超聲波換能器是附設有超聲波變幅桿的超聲波換能器。
6.根據權利要求I所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，該超聲波換能器所發射的超聲波其頻率介于IOOKHz與12MHz之間。
7.根據權利要求I所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，該電源是帶有電源定時開關的電源。
8.根據權利要求I所述的間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟，在超聲波換能器的表面涂裝、包覆聚四氟乙烯保護層或聚偏氟乙烯保護層。
全文摘要
本發明涉及一種間歇式微波光催化廢水降解裝置綜合性能提高方法，屬于廢水處理技術領域。現有微波光催化廢水降解技術中，存在微波能量利用情況不理想、裝置單罐廢水處理量偏小，以及，無極紫外燈屏護用石英管其外側面積垢等問題，本案旨在一攬子地解決上述問題。本案方法的步驟包括用金屬材質的籠狀的微波約束器將無極紫外燈裹藏其內；將波導管與該微波約束器的內腔進行聯通；以及，在微波光催化反應器的內部或外表面安裝超聲波換能器；以及，啟動其相關電源。該方法有助于阻遏微波能量的無益耗散；該方法并以高頻超聲波達成所述積垢的即時清除。該方法有助于大幅提升微波光催化降解裝置的綜合性能。
文檔編號C02F1/32GK102849822SQ20121035309
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者李榕生, 李天華, 任元龍, 干寧, 孔祖萍, 江晶, 孫杰, 周漢坤, 覃海嬌 申請人:寧波大學