本實用新型涉及水處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種水處理中光催化臭氧接觸池。

背景技術(shù)：

近年來，由于工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水大量排放，湖泊、水庫等水體有機(jī)物含量增高，水污染嚴(yán)重。

臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，可與水中的有機(jī)和無機(jī)化合物發(fā)生直接或間接的化學(xué)反應(yīng)，被廣泛用于水的消毒、嗅味和色度的去除以及水中有機(jī)污染物的去除。臭氧在水中的溶解度較小，因此需要特殊的混合技術(shù)，使臭氧與水得到充分接觸并發(fā)生反應(yīng)。臭氧接觸池是指通過一定方式使臭氧擴(kuò)散到處理水中，與水全面接觸并高效完成預(yù)期反應(yīng)的裝置，以“隔板式”最為常見。

光催化臭氧化技術(shù)可以產(chǎn)生具有極強(qiáng)的氧化能力的活性羥基自由基(·OH)，可顯著提高臭氧化效果。光催化劑中，以TiO₂最為常見。TiO₂光催化法具有如下優(yōu)點：常溫常壓下即可催化降解有機(jī)物；對污染物選擇性低，分解徹底，不產(chǎn)生二次污染；可去除低濃度有機(jī)污染物；顆粒比表面積大，吸附點位多，對污染物去除率高。此外，TiO₂本身不具毒性，價格低廉，具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。然而，TiO₂的禁帶寬度較寬，光反應(yīng)中電子與空穴較易復(fù)合，從而抑制了TiO₂的光催化性能。向TiO₂中摻雜金屬離子，則能夠有效改變TiO₂的光催化效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種水處理中光催化臭氧接觸池。

該臭氧接觸池包括進(jìn)水口、曝氣區(qū)I、反應(yīng)區(qū)I、曝氣區(qū)II、反應(yīng)區(qū)II、曝氣區(qū)III、反應(yīng)區(qū)III、反應(yīng)區(qū)IV、反應(yīng)區(qū)V、出水口、曝氣頭、尾氣破壞器和紫外燈，進(jìn)水口與臭氧發(fā)生器相連，曝氣區(qū)I和進(jìn)水口之間設(shè)置擋板，臭氧接觸池內(nèi)沿長度方向依次設(shè)置曝氣區(qū)I、反應(yīng)區(qū)I、曝氣區(qū)II、反應(yīng)區(qū)II、曝氣區(qū)III、反應(yīng)區(qū)III、反應(yīng)區(qū)IV和反應(yīng)區(qū)V，且曝氣區(qū)I、反應(yīng)區(qū)I、曝氣區(qū)II、反應(yīng)區(qū)II、曝氣區(qū)III、反應(yīng)區(qū)III(9)、反應(yīng)區(qū)IV(10)和反應(yīng)區(qū)V依次由擋板隔開，出水口位于反應(yīng)區(qū)V末端，反應(yīng)區(qū)V設(shè)置尾氣破壞器，曝氣后臭氧通過擋板間連通孔進(jìn)入反應(yīng)區(qū)V，經(jīng)尾氣破壞器后排出；曝氣區(qū)I、曝氣區(qū)II和曝氣區(qū)III內(nèi)各設(shè)置一組曝氣頭，反應(yīng)區(qū)I、反應(yīng)區(qū)II和反應(yīng)區(qū)III中央各設(shè)置一對紫外燈，反應(yīng)區(qū)IV和反應(yīng)區(qū)V內(nèi)各布置兩對紫外燈，反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁均附著活性炭負(fù)載Fe摻雜TiO₂光催化劑。

其中，臭氧接觸池為長方體，長1460mm、寬500mm、高350mm；曝氣區(qū)I、曝氣區(qū)II和曝氣區(qū)III的長度分別為135mm、90mm和90mm，反應(yīng)區(qū)I、反應(yīng)區(qū)II、反應(yīng)區(qū)III反應(yīng)區(qū)IV和反應(yīng)區(qū)V的長度分別為90mm、90mm、90mm、280mm和280mm；臭氧接觸池內(nèi)擋板厚15mm，擋板與池底垂直，沿光催化臭氧接觸池長度方向平行設(shè)置，池內(nèi)水呈S形流向。

曝氣頭為玻璃砂芯，曝氣頭直徑20mm、孔徑4-7μm、孔隙率30-50％，每個曝氣區(qū)內(nèi)平均分布10個曝氣頭；曝氣區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為3:3:1。

紫外燈長280mm，功率為25W。

活性炭負(fù)載Fe摻雜TiO₂光催化劑采用如下方法制備：

將鈦酸四丁酯和FeCl₃滴入無水乙醇中，勻速攪拌30min，制成A溶液；向無水乙醇中加入乙酸和蒸餾水，制成B溶液；將B溶液勻速滴入A溶液中，邊滴加邊攪拌，形成溶膠；將活性炭纖維用蒸餾水清洗后在pH值為4的溶液中浸泡24h，用蒸餾水清洗至中性，105℃烘干備用；將預(yù)處理后的活性炭纖維浸入制備TiO₂的溶膠中15min，使其均勻負(fù)載；使用浸漬提拉鍍膜機(jī)以900μm/s的速度勻速提拉；將提拉獲得的顆粒105℃烘干，制得負(fù)載1層的負(fù)載TiO₂；重復(fù)浸漬、提拉和烘干過程，得到一層以上負(fù)載的Fe摻雜TiO₂；將負(fù)載型Fe摻雜TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒，獲得制備完成的負(fù)載型催化劑。

活性炭負(fù)載Fe摻雜TiO₂光催化劑中Fe摻雜量為0.001％，負(fù)載層數(shù)為15層。

水在上述臭氧接觸池中的停留時間為15min。

本實用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

1)該臭氧接觸池結(jié)構(gòu)緊湊，采用微孔曝氣并結(jié)合自行研發(fā)的新型Fe摻雜TiO₂光催化劑常溫常壓下即可高效降解有機(jī)物；對污染物選擇性低，分解徹底，不產(chǎn)生二次污染，具有較高的應(yīng)用價值；

2)通過優(yōu)化臭氧投加方法，不需增加臭氧總投加量，即可顯著提高臭氧傳質(zhì)效率及污染物去除率。

附圖說明

圖1為本實用新型的水處理中光催化臭氧接觸池主視圖；

圖2為本實用新型的水處理中光催化臭氧接觸池俯視圖；

圖3為本實用新型光催化臭氧接觸池處理效果示意圖。

其中：1-臭氧發(fā)生器；2-臭氧接觸池；3-進(jìn)水口；4-曝氣區(qū)I；5-反應(yīng)區(qū)I；6-曝氣區(qū)II；7-反應(yīng)區(qū)II；8-曝氣區(qū)III；9-反應(yīng)區(qū)III；10-反應(yīng)區(qū)IV；11-反應(yīng)區(qū)V；12-出水口；13-曝氣頭；14-尾氣破壞器；15-紫外燈。

具體實施方式

為使本實用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實用新型提供一種水處理中光催化臭氧接觸池。

如圖1和圖2所示，該臭氧接觸池中進(jìn)水口3與臭氧發(fā)生器1相連，曝氣區(qū)I4和進(jìn)水口3之間設(shè)置擋板，臭氧接觸池2內(nèi)沿長度方向依次設(shè)置曝氣區(qū)I4、反應(yīng)區(qū)I5、曝氣區(qū)II6、反應(yīng)區(qū)II7、曝氣區(qū)III8、反應(yīng)區(qū)III9、反應(yīng)區(qū)IV10和反應(yīng)區(qū)V11，且曝氣區(qū)I4、反應(yīng)區(qū)I5、曝氣區(qū)II6、反應(yīng)區(qū)II7、曝氣區(qū)III8、反應(yīng)區(qū)III9、反應(yīng)區(qū)IV10和反應(yīng)區(qū)V11依次由擋板隔開，出水口12位于反應(yīng)區(qū)V11末端，反應(yīng)區(qū)V11設(shè)置尾氣破壞器14，曝氣后臭氧通過擋板間連通孔進(jìn)入反應(yīng)區(qū)V11，經(jīng)尾氣破壞器14后排出；曝氣區(qū)I4、曝氣區(qū)II6和曝氣區(qū)III8內(nèi)各設(shè)置一組曝氣頭13，反應(yīng)區(qū)I5、反應(yīng)區(qū)II7和反應(yīng)區(qū)III9中央各設(shè)置一對紫外燈15，反應(yīng)區(qū)IV10和反應(yīng)區(qū)V11內(nèi)各布置兩對紫外燈15，反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁均附著活性炭負(fù)載Fe摻雜TiO₂光催化劑。

其中，臭氧接觸池2呈長方體，長1460mm、寬500mm、高350mm；曝氣區(qū)I4、曝氣區(qū)II6和曝氣區(qū)III8的長度分別為135mm、90mm和90mm，反應(yīng)區(qū)I5、反應(yīng)區(qū)II7、反應(yīng)區(qū)III9反應(yīng)區(qū)IV10和反應(yīng)區(qū)V11的長度分別為90mm、90mm、90mm、280mm和280mm；臭氧接觸池2內(nèi)擋板厚15mm，擋板與池底垂直，沿光催化臭氧接觸池長度方向平行設(shè)置，池內(nèi)水呈S形流向。

曝氣頭13為玻璃砂芯，曝氣頭13直徑20mm、孔徑4-7μm、孔隙率30-50％，每個曝氣區(qū)內(nèi)平均分布10個曝氣頭13；曝氣區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為3:3:1。

紫外燈15長280mm，功率為25W。

實施例1：

使用時，臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生臭氧后通過曝氣頭13曝氣，反應(yīng)區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為2:1:1，紫外燈關(guān)閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應(yīng)時間為15min，測定每個反應(yīng)區(qū)結(jié)束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為25.7％。

實施例2：

使用時，臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生臭氧后通過曝氣頭13曝氣，反應(yīng)區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為2:2:1，紫外燈關(guān)閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應(yīng)時間為15min，測定每個反應(yīng)區(qū)結(jié)束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為34.8％。

實施例3：

使用時，臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生臭氧后通過曝氣頭13曝氣，反應(yīng)區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為3:3:1，紫外燈關(guān)閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應(yīng)時間為15min，測定每個反應(yīng)區(qū)結(jié)束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為55.8％。

實施例4：

使用時，臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生臭氧后通過曝氣頭13曝氣，反應(yīng)區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為3:3:2，紫外燈關(guān)閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應(yīng)時間為15min，測定每個反應(yīng)區(qū)結(jié)束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為42.1％。

實施例5：

活性炭負(fù)載Fe摻雜TiO₂光催化劑制備步驟如下：

將鈦酸四丁酯和FeCl₃滴入無水乙醇中，勻速攪拌30min，制成A溶液；向無水乙醇中加入乙酸和蒸餾水，制成B溶液。將B溶液勻速滴入A溶液中，邊滴加邊攪拌，形成溶膠(Fe摻雜量為0.001％)。將活性炭纖維用蒸餾水清洗后在pH值為4的溶液中浸泡24h，用蒸餾水清洗至中性，105℃烘干備用。將預(yù)處理后的活性炭纖維浸入制備TiO₂的溶膠中15min，使其均勻負(fù)載。使用浸漬提拉鍍膜機(jī)以900μm/s的速度勻速提拉。將提拉獲得的顆粒105℃烘干，制得負(fù)載1層的負(fù)載TiO₂。重復(fù)浸漬、提拉和烘干過程，得到15層負(fù)載的Fe摻雜TiO₂。將負(fù)載型Fe摻雜TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒，獲得制備完成的負(fù)載型催化劑。

使用時，臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生臭氧后通過曝氣頭13曝氣，反應(yīng)區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為3:3:1。開啟紫外燈，使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應(yīng)時間為15min，測定每個反應(yīng)區(qū)結(jié)束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為65.9％。

實施例6：

活性炭負(fù)載Fe摻雜TiO₂光催化劑制備步驟如下：

將鈦酸四丁酯和FeCl₃滴入無水乙醇中，勻速攪拌30min，制成A溶液；向無水乙醇中加入乙酸和蒸餾水，制成B溶液。將B溶液勻速滴入A溶液中，邊滴加邊攪拌，形成溶膠(Fe摻雜量為0.001％)。將活性炭纖維用蒸餾水清洗后在pH值為4的溶液中浸泡24h，用蒸餾水清洗至中性，105℃烘干備用。將預(yù)處理后的活性炭纖維浸入制備TiO₂的溶膠中15min，使其均勻負(fù)載。使用浸漬提拉鍍膜機(jī)以900μm/s的速度勻速提拉。將提拉獲得的顆粒105℃烘干，制得負(fù)載1層的負(fù)載TiO₂。重復(fù)浸漬、提拉和烘干過程，得到15層負(fù)載的Fe摻雜TiO₂。將負(fù)載型Fe摻雜TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒，獲得制備完成的負(fù)載型催化劑。

使用時，臭氧發(fā)生器1產(chǎn)生臭氧后通過曝氣頭13曝氣，反應(yīng)區(qū)內(nèi)三點曝氣，臭氧投加總量為2mg/L，投加比為3:3:1。使用某自來水廠砂濾池出水，并向水中加入3mg/L腐殖酸作為水源，開啟紫外燈，臭氧接觸池反應(yīng)時間為15min，測定每個反應(yīng)區(qū)結(jié)束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為55.9％。

上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。