一种基于微液滴生成的臭氧-UV光催化反应实验装置

本技术属于高级氧化工艺实验设备，具体涉及一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置。

背景技术：

1、随着化工、印染、制药等行业的发展，难降解有机废水的处理已成为环境领域的重大挑战。臭氧催化氧化和uv光催化作为两种常见的高级氧化技术，依靠产生的羟基自由基等活性物质降解污染物，但仍存在一定的局限性。臭氧氧化技术存在臭氧利用率低、反应速率慢的问题；而uv光催化技术则受限于光能利用效率低、催化剂易失活等瓶颈。

2、现有技术公开了一种uv光催化氧化废气处理设备，通过净化箱、紫外线灯、排气管、通孔、隔板、出水管、进水管、冷凝管、过滤网、引导板、进气管和长方形引导孔的配合使用，因通孔的开口设计较小，使位于过滤网与隔板之间的废气通过通孔的速度较慢，增加废气在隔板与过滤网之间的逗留时间，使冷凝管内部的循环水拥有充分的时间对废气含有的热量进行吸收。现有技术还公开了一种废水深度处理的臭氧催化氧化装置，包括反应罐体、双氧水输入组件以及循环废水臭氧投射组件，双氧水输入组件包括进水管道、进水泵、双氧水管道、双氧水加药泵和双氧水混合器，双氧水混合器依次连接由进水管道和进水泵构成的进水管路、由双氧水管道和双氧水加药泵构成的双氧水管路，双氧水混合器连接至废水进水口；循环废水臭氧投射组件包括循环管路、循环泵和臭氧微气泡投射器，循环泵连接至循环进水口和臭氧微气泡投射器，使得循环水与臭氧一起进入反应罐体中。

3、但是，上述现有技术中，循环水处理反应器是以宏观水体为反应单元，污染物、臭氧、催化剂与紫外线之间的传质效率低下，导致反应速率受限。考虑到“微液滴技术”能极大增加气液接触面积、引发独特界面效应而显示出巨大潜力，如能将微液滴技术系统性地集成到臭氧-光催化耦合体系中将大大提升效率。但是，当前的研究与工程应用缺乏能够有效模拟并深入研究各操作参数，如臭氧投加方式、液滴尺度、光强等对整体处理效果影响的专用实验平台。基于此，急需研发一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，以有效解决上述问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就在于提供一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，以解决提供一个可用于研究微液滴环境下臭氧与uv光催化的协同作用机制的可视化实验平台的问题。

2、本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，包括通过管路依次连接的供给单元1、预处理单元2、微液滴生成单元3和微液滴光催化反应单元4；

4、所述供给单元1包括原水箱101和与其螺接的臭氧发生器102，所述原水箱101通过管路连接气液混合泵104，所述臭氧发生器102通过管路依次连接加药泵103、气液混合泵104，所述气液混合泵104的出口通过管路连接至所述预处理单元2；

5、所述预处理单元2包括立式罐体201，其顶部开设有第一进水口202和循环回水口203，底部设有臭氧微气泡进口204和预处理出水口205，所述预处理出水口205设有预处理出水阀206，预处理出水口205通过管路连接至所述微液滴生成单元3；

6、所述微液滴生成单元3包括高压水泵301、高压雾化喷头302，所述预处理出水口205依次连接所述高压水泵301和高压雾化喷头302，微液滴生成单元3通过管路连接所述微液滴光催化反应单元4；

7、所述微液滴光催化反应单元4包括反应舱壳体401，其上设有可视化观测窗402，所述反应舱壳体401顶部安装有布水器403，中部安装有圆筒形光催化组件404，底部设有多孔支撑板405及安装于其上的uv灯组406，舱体底部设有反应舱出水口407和最终出水口408；

8、所述臭氧发生器102的次级投加气路依次连接有第一压力表105和气体增压泵106，所述气体增压泵106能够将臭氧气体增压以产生微气泡，并连通至臭氧微气泡进口204；

9、所述高压雾化喷头302的出口通向所述布水器403，所述反应舱出水口407通过回流管路5与所述循环回水口203连通，构成循环回路。

10、进一步地，所述微液滴生成单元3还包括压力调节阀303、第二压力表304和微液滴分布板305；

11、所述压力调节阀303和第二压力表304设置于连接高压水泵301与高压雾化喷头302的管路上；

12、所述微液滴分布板305固定设置于所述高压雾化喷头302的下方，所述微液滴分布板305上均匀开设有若干分布孔，能够对高压雾化喷头（302）产生的原始雾场进行切割重整，使微液滴在进入所述光催化反应单元（4）时均匀分布。

13、更进一步地，所述微液滴分布板305为倒锥形结构，其锥角与所述高压雾化喷头302的雾化角相适配；所述分布孔的孔径自上而下逐渐减小。

14、进一步地，所述立式罐体201内部自上而下依次设置有活性炭过滤层208、石英砂过滤层209、鹅卵石承托层210和非均相催化层211。

15、更进一步地，所述臭氧微气泡进口204位于所述非均相催化层211的底部。

16、更进一步地，所述非均相催化层211的填料为负载氧化铁的活性炭颗粒。

17、更进一步地，所述圆筒形光催化组件404为蜂窝陶瓷载体，其表面负载有纳米二氧化钛薄膜。

18、更进一步地，所述最终出水口408及预处理出水口205的管路上，均设置有传感器接口6。

19、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

20、1、本实用新型通过合理的结构设计，构建了用于研究微液滴尺度、臭氧投加方式、光强、循环次数等因素对整体处理效果影响的专用实验平台；另外，在现有技术的基础上引入了微液滴尺寸调控机制，通过高压雾化喷头将待处理液雾化为小于100μm的微液滴，创造了巨大的比表面积，实现了污染物、臭氧、紫外线及催化剂的高效传质与接触；

21、2、本装置实现了多路径臭氧投加与精确调控，通过气液混合泵和气体增压泵两套系统，实现了臭氧的初级溶解投加和次级微气泡投加，可灵活模拟不同臭氧投加策略，并可通过气体流量控制机构和压力表进行精确计量与控制；

22、3、本实用新型构建了可视化的实验系统。装置采用单元化设计，预处理单元集成过滤与催化，反应单元集成雾化与光催化，功能明确；可视化观测窗的设计允许直接观察微液滴形态或连接外部测量设备；

23、4、本装置不仅可用于难降解有机废水处理工艺的开发，还可作为高级氧化技术基础研究的教学和科研平台，具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

1.一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：包括通过管路依次连接的供给单元（1）、预处理单元（2）、微液滴生成单元（3）和微液滴光催化反应单元（4）；

2.根据权利要求1所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述微液滴生成单元（3）还包括压力调节阀（303）、第二压力表（304）和微液滴分布板（305）；

3.根据权利要求2所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述微液滴分布板（305）为倒锥形结构，其锥角与所述高压雾化喷头（302）的雾化角相适配；所述分布孔的孔径自上而下逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：高压雾化喷头（302）与微液滴分布板（305）的外部一体化安装有倒双锥型的壳体，壳体的进料端安装有喷头座，高压雾化喷头（302）安装在喷头座上，壳体的出料端安装有集液板，多块微液滴分布板（305）依次安装在集液板的前方。

5.根据权利要求1所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述立式罐体（201）内部自上而下依次设置有活性炭过滤层（208）、石英砂过滤层（209）、鹅卵石承托层（210）和非均相催化层（211）。

6.根据权利要求5所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述臭氧微气泡进口（204）位于所述非均相催化层（211）的底部。

7.根据权利要求6所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述非均相催化层（211）的填料为负载氧化铁的活性炭颗粒。

8.根据权利要求1所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述圆筒形光催化组件（404）为蜂窝陶瓷载体，其表面负载有纳米二氧化钛薄膜。

9.根据权利要求1所述的一种基于微液滴生成的臭氧-uv光催化反应实验装置，其特征在于：所述最终出水口（408）及预处理出水口（205）的管路上，均设置有传感器接口（6）。