本發(fā)明涉及水處理設備技術領域，特別是指一種水處理中光催化臭氧接觸池。

背景技術：

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

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

光催化臭氧化技術可以產(chǎn)生具有極強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，具有較強的抗腐蝕能力，廣泛應用于水處理領域。然而，TiO₂的禁帶寬度較寬，光反應中電子與空穴較易復合，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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術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水口、曝氣區(qū)I、反應區(qū)I、曝氣區(qū)II、反應區(qū)II、曝氣區(qū)III、反應區(qū)III、反應區(qū)IV、反應區(qū)V、出水口、曝氣頭、尾氣破壞器和紫外燈，進水口與臭氧發(fā)生器相連，曝氣區(qū)I和進水口之間設置擋板，臭氧接觸池內(nèi)沿長度方向依次設置曝氣區(qū)I、反應區(qū)I、曝氣區(qū)II、反應區(qū)II、曝氣區(qū)III、反應區(qū)III、反應區(qū)IV和反應區(qū)V，且曝氣區(qū)I、反應區(qū)I、曝氣區(qū)II、反應區(qū)II、曝氣區(qū)III、反應區(qū)III(9)、反應區(qū)IV(10)和反應區(qū)V依次由擋板隔開，出水口位于反應區(qū)V末端，反應區(qū)V設置尾氣破壞器，曝氣后臭氧通過擋板間連通孔進入反應區(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)各設置一組曝氣頭，反應區(qū)I、反應區(qū)II和反應區(qū)III中央各設置一對紫外燈，反應區(qū)IV和反應區(qū)V內(nèi)各布置兩對紫外燈，反應區(qū)內(nèi)壁均附著活性炭負載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，反應區(qū)I、反應區(qū)II、反應區(qū)III反應區(qū)IV和反應區(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；將預處理后的活性炭纖維浸入制備TiO₂的溶膠中15min，使其均勻負載；使用浸漬提拉鍍膜機以900μm/s的速度勻速提拉；將提拉獲得的顆粒105℃烘干，制得負載1層的負載TiO₂；重復浸漬、提拉和烘干過程，得到一層以上負載的Fe摻雜TiO₂；將負載型Fe摻雜TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒，獲得制備完成的負載型催化劑。

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

水在上述臭氧接觸池中的停留時間為15min。

本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下：

1)該臭氧接觸池結構緊湊，采用微孔曝氣并結合自行研發(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為本發(fā)明的水處理中光催化臭氧接觸池主視圖；

圖2為本發(fā)明的水處理中光催化臭氧接觸池俯視圖；

圖3為本發(fā)明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-進水口；4-曝氣區(qū)I；5-反應區(qū)I；6-曝氣區(qū)II；7-反應區(qū)II；8-曝氣區(qū)III；9-反應區(qū)III；10-反應區(qū)IV；11-反應區(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

為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明提供一種水處理中光催化臭氧接觸池。

如圖1和圖2所示，該臭氧接觸池中進水口3與臭氧發(fā)生器1相連，曝氣區(qū)I4和進水口3之間設置擋板，臭氧接觸池2內(nèi)沿長度方向依次設置曝氣區(qū)I4、反應區(qū)I5、曝氣區(qū)II6、反應區(qū)II7、曝氣區(qū)III8、反應區(qū)III9、反應區(qū)IV10和反應區(qū)V11，且曝氣區(qū)I4、反應區(qū)I5、曝氣區(qū)II6、反應區(qū)II7、曝氣區(qū)III8、反應區(qū)III9、反應區(qū)IV10和反應區(qū)V11依次由擋板隔開，出水口12位于反應區(qū)V11末端，反應區(qū)V11設置尾氣破壞器14，曝氣后臭氧通過擋板間連通孔進入反應區(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)各設置一組曝氣頭13，反應區(qū)I5、反應區(qū)II7和反應區(qū)III9中央各設置一對紫外燈15，反應區(qū)IV10和反應區(qū)V11內(nèi)各布置兩對紫外燈15，反應區(qū)內(nèi)壁均附著活性炭負載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，反應區(qū)I5、反應區(qū)II7、反應區(qū)III9反應區(qū)IV10和反應區(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，紫外燈關閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應時間為15min，測定每個反應區(qū)結束時的出水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，紫外燈關閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應時間為15min，測定每個反應區(qū)結束時的出水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，紫外燈關閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應時間為15min，測定每個反應區(qū)結束時的出水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，紫外燈關閉。使用某自來水廠砂濾池出水作為水源，臭氧接觸池反應時間為15min，測定每個反應區(qū)結束時的出水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。將預處理后的活性炭纖維浸入制備TiO₂的溶膠中15min，使其均勻負載。使用浸漬提拉鍍膜機以900μm/s的速度勻速提拉。將提拉獲得的顆粒105℃烘干，制得負載1層的負載TiO₂。重復浸漬、提拉和烘干過程，得到15層負載的Fe摻雜TiO₂。將負載型Fe摻雜TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒，獲得制備完成的負載型催化劑。

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，臭氧接觸池反應時間為15min，測定每個反應區(qū)結束時的出水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。將預處理后的活性炭纖維浸入制備TiO₂的溶膠中15min，使其均勻負載。使用浸漬提拉鍍膜機以900μm/s的速度勻速提拉。將提拉獲得的顆粒105℃烘干，制得負載1層的負載TiO₂。重復浸漬、提拉和烘干過程，得到15層負載的Fe摻雜TiO₂。將負載型Fe摻雜TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒，獲得制備完成的負載型催化劑。

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，臭氧接觸池反應時間為15min，測定每個反應區(qū)結束時的出水UV₂₅₄，如圖3，得到其去除率為55.9％。

上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。