本發明涉及光催化反應器領域，特別涉及負載型納米TiO₂催化劑的光催化氧化-消毒回用水處理的中試反應器。

背景技術：

光催化是一門集物理、化學、材料科學的跨學科類綜合學科，它的原理是半導體材料被入射光激發之后，產生具有還原能力的光生電子和氧化能力的光生空穴，直接或間接地在通過半導體進行氧化還原反應。光催化技術是一種環境友好型水處理技術，可以徹底分解污染物，不施加其他化學藥劑，帶來二次污染。

目前該項技術主要的研究方向有是光催化劑的摻雜修飾；負載技術研究和光催化反應器工藝設計。采用納米懸浮態的光催化雖然效率高，但制約其應用的是固液相分離問題。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種光催化氧化-消毒回用水處理中試反應器，以親水性好，傳質效率高，通透性強的輕型惰性材質，通過助劑水熱法負載催化劑；附著效果好，滿足中試反應器科研和教學的要求。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種光催化氧化-消毒回用水處理中試反應器，包括調蓄底倉1、反應柱2和電氣控制箱3，其特征在于：

所述調蓄底倉1內部裝有十字隔板1-1和漏筐1-3，漏筐1-3下的區域與十字隔板1-1所在區域之間設置有豎直懸空的平板隔板1-4，十字隔板1-1和漏筐1-3均刻有柵槽機械過濾水樣。進水經過漏筐1-3過濾后經平板隔板1-4進入十字隔板1-1與側壁形成的第一倉室，再依次經十字隔板1-1的各隔板進入第二倉室、第三倉室和第四倉室；底倉的上蓋為嵌入式活板，且與其上的反應柱可拆組安裝固定；

所述反應柱2共包括四個內置紫外燈2-4且負載TiO₂催化劑填料2-5的柱體，其中，第一柱體2-6上部通過帶磁力泵的上水管2-2與所述第四倉室連通，下部通過低位連通管一2-1與第二柱體2-7的下部連通，第二柱體2-7的上部通過高位連通管2-3與第三柱體2-8的上部連通，第三柱體2-8的下部通過低位連通管二2-10與第四柱體2-9的下部連通，第四柱體2-9的上部為出水口；

所述電氣控制箱3包括內置時間程序的控制器，控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉。

所述調蓄底倉1下部裝有萬向輪1-2，進水經漏筐1-3、平板隔板1-4和十字隔板1-1、布水器共完成五次機械過濾。

所述紫外燈2-4采用工業級1.5m燈管，內置于各反應柱的中軸。

所述四個柱體呈兩行兩列均布形式設置，在柱體之間設置有太陽能薄膜發電板，發電輸出至磁力泵為其供電。

所述TiO₂催化劑填料2-5利用助劑水熱法負載于多個多面空心聚丙烯球上。

所述調蓄底倉1和反應柱2設置多個與控制器連接的液位計，控制器根據液位控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉。

所述第四柱體2-9出水口連接兩路帶閥門的并聯管道，一路回接漏筐1-3，另一路為最終出水。

與現有技術相比，本發明的一體化實驗裝置，采用負載型催化劑解決了懸浮態催化劑難以回收的問題，所選擇的多面空心球負載材料具有高透光性、高透水性、高效傳質等特點，同時向催化劑中添加了助劑，使得催化劑可以較好地附著在負載材料上。解決了上述負載型催化劑需要解決負載物的選取和催化劑的附著的問題。本發明裝置具有結構簡單、高效節能、運行穩定的優點。

附圖說明

圖1是裝置的俯視圖。

圖2是裝置的主視圖。

圖3是裝置的側視圖。

圖4是調蓄底倉俯視圖。

圖5是圖4中A-A視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

如圖1、2、3所示，一種光催化氧化-消毒回用水處理中試反應器，包括調蓄底倉1、反應柱2和電氣控制箱3，其中：

如圖4、5所示，調蓄底倉1下部裝有萬向輪1-2，內部裝有十字隔板1-1和漏筐1-3，十字隔板1-1和漏筐1-3均刻有柵槽機械過濾水樣。漏筐1-3下的區域與十字隔板1-1所在區域之間設置有豎直懸空的平板隔板1-4，進水經過漏筐1-3過濾后經平板隔板1-4進入十字隔板1-1與側壁形成的第一倉室，再依次經十字隔板1-1的各隔板進入第二倉室、第三倉室和第四倉室，共完成五次機械過濾。整個調蓄底倉1位于反應柱2下端，具有蓄水和四級機械過濾功能。

反應柱2共包括四個內置紫外燈2-4且負載TiO₂催化劑填料2-5的柱體，紫外燈2-4采用工業級1.5m燈管，內置于各柱體的中軸，254nm紫外光提供實時消毒、光催化雙效應。TiO₂催化劑填料2-5利用助劑水熱法負載于多個多面空心聚丙烯球上。多面空心聚丙烯球構造形態以及材料使得其具有高的光、水通透性，表面積大，傳質效率高，且重量輕、自由空間大，耐高溫，耐腐蝕，表面親水性能好，葉片多等特點。這種高密度填料形式對水質同時還具有一定的機械過濾效果，四級輕質高密度負載填料，可確保水質澄清。

其中，第一柱體2-6上部通過帶磁力泵的上水管2-2與所述第四倉室連通，下部通過低位連通管一2-1與第二柱體2-7的下部連通，通過磁力泵將調蓄底倉中的水提升輸送至光反應柱2中。第二柱體2-7的上部通過高位連通管2-3與第三柱體2-8的上部連通，第三柱體2-8的下部通過低位連通管二2-10與第四柱體2-9的下部連通，第四柱體2-9的上部為出水口。出水口連接兩路帶閥門的并聯管道，一路回接漏筐1-3，另一路為最終出水。該結構中，通過將四個柱體串聯，只需用磁力泵將水提升至第一柱體2-6的上水位即可實現四級自重推流，形成濃度梯度，高效節能。

進一步地，將四個柱體呈兩行兩列均布形式設置，在柱體之間設置有太陽能發電板，發電輸出至磁力泵為其供電。

電氣控制箱3包括內置時間程序的控制器，控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉。還可在調蓄底倉1和反應柱2設置多個與控制器連接的液位計，此時控制器可根據液位控制磁力泵以及紫外燈2-4的啟閉，實現自動操作，無人職守。

根據以上結構，本發明有容量處理和流量處理兩種模式。

容量處理：通過四個柱體自重的推流設計，完成水力循環，在循環過程中完成藥劑混合。將調蓄底倉1以及反應柱2內全部廢水循環處理后，一次性排出。具體流程見下。

進水：打開調蓄底倉1上部蓋板，將廢水引入調蓄底倉1，調蓄底倉1的尺寸為695*500*400mm。由于進出水流速不同，因而調蓄底倉1有水量調蓄的功能。

過濾：順著水流方向，水流依次經過由漏筐1-3、平板隔板1-4、十字隔板1-1將調蓄底倉1分隔出的5個區域，完成5次機械過濾，有效降低出水中的懸浮物，減小反應柱2內紫外線由于懸浮物遮蔽而將低對水的處理效果。因此調蓄底倉1另外一個重要功能就是完成5級過濾。

提升：水流在第四倉室內經布水器由磁力泵提升至反應柱2。該泵為MP-15R型磁力泵，功率僅為10w，與上部電器盒相連，由電器盒中液位計以及自動控制裝置來決定磁力泵的啟閉。

柱間推流反應：在調蓄底倉1部件上部為四根高1600mm，直徑200mm，反應體積42L的柱體。被提升的水經過直立的上水管2-2，以及流量調節閥，進入第一柱體2-6。第一柱體2-6入水口短管中心線距柱頂40mm處，直徑20mm。第一柱體2-6與第二柱體2-7靠由短管和彎頭組成的低位連通管一2-1連接，第二柱體2-7水流入口短管中心線距柱底部50mm，直徑25mm。第二柱體2-7與第三柱體2-8連接方式類似，第三柱體2-8的水流接入短管中心線距柱頂110mm，直徑20mm。第四柱體2-9入水口短管中心線距柱底部50mm。從上水管2-2流入第一柱體2-6的水流通過第一柱體2-6與第二柱體2-7之間的低位連通管一2-1進入第二柱體2-7，隨后通過高位連通管2-3進入第三柱體2-8，之后再通過低位連通管二2-10進入第四柱體2-9。之后通過連接管將第四柱體2-9出水引入蓄水倉中，再次通過磁力泵提升，完成循環。通過長流程循環，完成藥物混合和光催化反應。待定量水循環處理完成后，通過第四柱體2-9出水口一次排出。

流量處理：流量處理，通過調節反應柱進水流量以確保光催化反應的停留時間，保持其處理出水流速，因此可以不斷進水反應，連續反應出水，完成流量處理。

流量處理的進水、過濾、提升與容量處理相同。

柱間推流反應：被提升的水經過上水管2-2，以及流量調節閥，進入第一柱體2-6。在上水管2-2上裝有流量計，通過調節閥控制進水流速等于反應出水流速。之后依次經過4個柱體，反應柱采用四級自重推流式，即四個柱體之間采用通過高進低出及低進高出交替式連接，使得污染物濃度呈逐級梯度遞減，從而反應效率大大提高，處理效果明顯增強。采用四級自重推流設計的反應器處理效率要優于同體積單柱反應器。完成反應后直接從第四柱體2-9上端流出。

各個柱體頂均有一個可拆卸紫外燈架。各個柱體間連接短管中間具有可拆卸濾網。各個柱體底部均有泄水口(取樣口)。