申請日2014.04.24
公開(公告)日2014.09.24
IPC分類號C02F9/08
摘要
本發(fā)明涉及一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，屬于廢水處理技術領域�，F(xiàn)有的相關背景技術中，存在納米光觸媒流失、微波能量浪費、反應器單罐廢水處理量偏小、降解反應終點時刻難辨明、觸媒團聚物無法原位強力消散、觸媒團聚發(fā)生無法被即時覺察等等問題，本案針對上述系列問題。本案以金屬籠約束微波，由此實現(xiàn)反應器的大幅擴容;其外置多級級聯(lián)過濾器攔截觸媒微粒;其結構并以低頻超聲波消散觸媒團聚物，同時捎帶清潔石英管;其結構并能在降解反應達到終點時自動即時關閉相關電源;其結構并且能夠自動偵測觸媒團聚主誘因參數。
權利要求書
1.一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，該反應器的結構包括一個容器， 所述容器其外形輪廓呈立方體形、長方體形、圓柱體形、橢圓柱體形、多棱柱體形、球體形 或橢球體形，在所述容器內腔的底部位置裝設有許多的微孔曝氣頭，以及，石英管，該石英 管架設在所述容器的內腔位置，該石英管的兩端裝設有封堵蓋頭，分別位于石英管兩端的所 述封堵蓋頭上均開設有通氣接口，以及，無極紫外燈，該無極紫外燈呈棒狀、環(huán)狀、球狀、 海星狀或海膽狀，該無極紫外燈的數量至少在一個以上，該數量至少在一個以上的無極紫外 燈均架設在所述石英管的內部，以及，空氣泵，該空氣泵裝設于所述容器的外部，所述石英 管其一端封堵蓋頭上的通氣接口經由通氣管道并透過所述容器的壁與所述空氣泵的出氣口 聯(lián)接，所述石英管其另一端封堵蓋頭上的通氣接口經由另一條通氣管道與位于所述容器內腔 底部的微孔曝氣頭聯(lián)接，以及，微波發(fā)生器，該微波發(fā)生器裝設于所述容器的外部，該微波 發(fā)生器是磁控管，以及，波導管，該波導管是用于傳輸微波的構件，該波導管的一端與所述 磁控管聯(lián)通，該波導管的另一端透過所述容器的壁朝向所述容器的內腔，以及，水泵，該水 泵位于所述容器的外部，該水泵用于泵送待處理的廢水，該水泵其出水口通往所述容器的內 腔，所述容器的頂部開設有尾氣排放口，其特征在于，該波導管的透過所述容器的壁的那一 端進一步延伸進入所述容器的內腔，該深入所述容器內腔的波導管的那一端并且再進一步透 過所述石英管的一個封堵蓋頭探入石英管的內部，以及，該反應器的結構還包括金屬材質的 籠狀的微波約束器，該籠狀的微波約束器上含有許多的孔洞或網眼，該籠狀的微波約束器的 功能是約束微波，遏制其無益耗散，同時，允許大部分紫外光穿透，該籠狀的微波約束器的 裝設位置位于所述石英管的內部，該籠狀的微波約束器其內腔與所述波導管的探入石英管的 那一端聯(lián)通，所述架設在石英管內部的無極紫外燈均被所述籠狀的微波約束器裹在其中，以 及，循環(huán)引導器，該循環(huán)引導器的功能是聚束來自微孔曝氣頭的含臭氧空氣氣泡的升騰路徑， 并借助因受聚束而強化的升騰的氣泡流的拖拽力量來帶領所述容器內部液體作相對大尺度 的循環(huán)運動，該循環(huán)引導器裝設在所述容器的內腔位置，該循環(huán)引導器其輪廓狀似兩端貫通 的簡易喇叭筒，該循環(huán)引導器其小口端垂直朝上，該循環(huán)引導器其大口端垂直朝下，該循環(huán) 引導器其中軸線與所述容器的內腔底面相互垂直，該循環(huán)引導器的垂直朝上的小口端其結構 位置是在所述石英管的正下方，該循環(huán)引導器的垂直朝下的大口端其邊沿與所述容器內壁之 間的橫向距離介于5厘米與300厘米之間，該循環(huán)引導器的垂直朝下的大口端其邊沿與所述 容器內腔底面之間的縱向距離介于5厘米與100厘米之間，以及，所述許多的微孔曝氣頭是 聚攏地裝設在所述循環(huán)引導器其大口端邊沿在所述容器內腔底面鉛垂投影所圈定的范圍之 內，以及，增壓泵，該增壓泵用于增壓泵送混有大量催化劑微粒的降解之后的水，該增壓泵 其進水口經由通水管道并透過所述容器的壁與所述容器的內腔聯(lián)接，以及，反沖洗式前置預 過濾器，該反沖洗式前置預過濾器其進水口與所述增壓泵的出水口聯(lián)接，以及，反沖洗式中 空纖維膜微濾過濾器，所述反沖洗式前置預過濾器其凈水出口經由第一個凈水閥與該反沖洗 式中空纖維膜微濾過濾器的進水口聯(lián)接，以及，反沖洗式中空纖維膜超濾過濾器，所述反沖 洗式中空纖維膜微濾過濾器其凈水出口經由第二個凈水閥與該反沖洗式中空纖維膜超濾過 濾器的進水口聯(lián)接，該反沖洗式中空纖維膜超濾過濾器其凈水出口與第三個凈水閥的進口端 聯(lián)接，該第三個凈水閥的出水端是輸出終端凈水的出水端，以及，觸媒濃漿過渡罐，該觸媒 濃漿過渡罐是一個中空的罐體，該觸媒濃漿過渡罐用于暫時存放所述過濾器其反沖洗程序所 排放的觸媒濃度比較高的水體，位于該觸媒濃漿過渡罐其內腔底部的觸媒濃漿回流口經由觸 媒濃漿回流閥通往所述容器的內腔，該觸媒濃漿回流閥是用于開關控制該觸媒回流通道的閥 體，所述反沖洗式前置預過濾器其污水出口經由第一個污水閥通往該觸媒濃漿過渡罐的內 腔，所述反沖洗式中空纖維膜微濾過濾器其污水出口經由第二個污水閥通往該觸媒濃漿過渡 罐的內腔，所述反沖洗式中空纖維膜超濾過濾器其污水出口經由第三個污水閥通往該觸媒濃 漿過渡罐的內腔，各所述過濾器均用于截留催化劑微粒，各所述過濾器其污水出口均轉用為 受截留催化劑微粒的回收再用輸出口，以及，臭氧傳感器，該臭氧傳感器其取樣管的取樣端 口鄰近所述尾氣排放口或探入所述尾氣排放口的內部，以及，臭氧含量顯示器、臭氧警示器 或臭氧含量顯示器與臭氧警示器的復合機構，該臭氧傳感器經由第一條電纜與該臭氧含量顯 示器、臭氧警示器或臭氧含量顯示器與臭氧警示器的復合機構聯(lián)接，以及，電源控制器，該 臭氧傳感器其輸出電訊號經由第二條電纜與該電源控制器聯(lián)接，該電源控制器經由第三條電 纜與所述磁控管聯(lián)接，該電源控制器經由第四條電纜與所述空氣泵聯(lián)接，該電源控制器是能 夠根據其所接收的所述電訊號進行電源開關動作的電源控制器，以及，一組超聲波換能器， 該一組超聲波換能器至少含有一個超聲波換能器個體，該一組超聲波換能器用于輻射低頻超 聲波，該低頻超聲波指的是頻率在20kHz-60kHz范圍的超聲波，該容器內腔底面由周邊向 中心區(qū)域逐漸洼陷，所述洼陷其坡度介于5度與35度之間，該一組超聲波換能器是貼附地 裝設在該容器內腔底面其洼陷最深處所對應的那部分容器底壁的外側面位置或內側面位置， 以及，高頻振蕩電訊號傳輸電纜，該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端與該一組超聲波換能器 聯(lián)接，以及，高頻振蕩電訊號發(fā)生器，所述高頻振蕩電訊號傳輸電纜的另一端與該高頻振蕩 電訊號發(fā)生器聯(lián)接，以及，pH探頭，以及，pH分析儀，該pH探頭與pH分析儀相互聯(lián)接， 該pH分析儀并且與警報器聯(lián)接，該警報器用于對pH值超限狀況發(fā)出警報，該pH探頭透過 所述容器的頂部伸入所述容器內腔，以及，經粉末燒結工藝制成的微孔不銹鋼套筒，該微孔 不銹鋼套筒呈筆帽狀，該微孔不銹鋼套筒位于所述容器內腔，該微孔不銹鋼套筒其封閉端朝 下，該微孔不銹鋼套筒其開口端朝上，該微孔不銹鋼套筒其朝上的開口端經由緩沖隔離墊與 所述容器頂部聯(lián)接，該pH探頭其伸入所述容器內腔的那個部分探入該微孔不銹鋼套筒之內， 該緩沖隔離墊其材質是氟橡膠或硅橡膠，以及，兩對干簧式浮球液位控制器，該兩對干簧式 浮球液位控制器均透過反應器的頂部伸入到反應器的內腔，其中的一對干簧式浮球液位控制 器通過一個繼電器與所述水泵的電源線纜聯(lián)接，其中的另一對干簧式浮球液位控制器通過另 一個繼電器與所述增壓泵的電源線纜聯(lián)接，所述污水閥以及所述凈水閥以及所述觸媒濃漿回 流閥均是電磁閥。
2.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，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沖孔不銹鋼。
3.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，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1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征在 于，所述許多的微孔曝氣頭是在三維方向上進行堆疊架設，以此方式聚攏形成具有三維堆疊 架構的團簇狀微孔曝氣頭集群。
5.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征在 于，該輪廓狀似兩端貫通的簡易喇叭筒的循環(huán)引導器其材質是不銹鋼。
6.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征在 于，所述反沖洗式前置預過濾器其濾孔孔徑介于5微米與300微米之間，所述反沖洗式中空 纖維膜微濾過濾器其濾孔孔徑介于25納米與1000納米之間，所述反沖洗式中空纖維膜超濾 過濾器其濾孔孔徑介于15納米與2納米之間。
7.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征在 于，該反沖洗式中空纖維膜超濾過濾器是由數量在一個以上的反沖洗式中空纖維膜超濾過濾 器單體相互并聯(lián)聯(lián)接組成。
8.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征在 于，該反沖洗式中空纖維膜微濾過濾器是由數量在一個以上的反沖洗式中空纖維膜微濾過濾 器單體相互并聯(lián)聯(lián)接組成。
9.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征在 于，在所述反沖洗式中空纖維膜微濾過濾器其凈水出口與所述反沖洗式中空纖維膜超濾過濾 器的進水口的聯(lián)接管路上裝設有第二個增壓泵，該第二個增壓泵用于增補水壓以滿足所述反 沖洗式中空纖維膜超濾過濾器的進水壓力需求。
10.根據權利要求1所述的一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，其特征 在于，該金屬籠自身結構中遍布的孔洞或網眼其口徑范圍是介于0.5厘米與3.0厘米之間。
說明書
一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器
技術領域
本發(fā)明涉及一種允許大幅擴張?zhí)幚砣萘康墓獯呋瘡U水降解反應器，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(yè)廢水的無害化處理技 術，近年來頗受關注。
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(fā)源，激發(fā)無極紫外燈 發(fā)射紫外線，于液體內部照射摻有光催化劑二氧化鈦的懸浮液，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(xù)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(lián)通，該反應器內部的下方區(qū)域為曝氣區(qū)，該反應器內部的上方區(qū)域 是微波光催化反應區(qū)，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(xiàn)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(fā)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(fā)人員在該領域所展開的工作令人敬佩。
基于由衷的敬佩之意，以及，共同的努力方向，我們下面要談的是問題。
以下將要談到的問題，共有十四個;該十四個問題是并列的十四個問題;其排序的先后 僅僅是出于論述便捷的考慮。
問題之一：
該公開號為CN102260003A的中國專利申請案，其用于攔截催化劑二氧化鈦微粒的膜分 離組件是安置于反應器內腔，浸沒在處理對象液體之中，并且依靠升騰的含臭氧氣泡來沖刷 膜分離組件，藉此除去其表面所吸附、滯留的催化劑微粒，達成催化劑微粒的回收、再利用 目的，同時，膜分離組件也是依靠這個方式自潔并保持其分離能力，那么，基于該結構，只 能選用商業(yè)用簾式中空纖維膜組件或平板膜組件，并且，該膜分離組件是需要浸泡在有臭氧 氣泡升騰的強氧化性的周遭環(huán)境中，因此，對膜分離組件的氧化耐受力必然有要求，普通材 質的有機膜分離組件不能耐受這樣的使用環(huán)境，故只能選用PVDF材質的膜分離組件，這一 點已在該案公開文本第0009段文字以及權項3中清楚地表明;該種需要特殊的氧化耐受力的 濾膜其材質成本較高，其市售價格當然也高于無氧化耐受力要求的普通有機微濾膜組件;換 句話說，該案的結構方式，導致膜分離組件的材質被局限于較昂貴的PVDF材質。再有，裝 置內可能的紫外光泄露，可能觸及有機膜組件，這也要求裝置內的有機膜組件材質能夠抵抗 紫外光輻照，從這一點看，基于該裝置的結構方案，有機膜分離組件的材質也只能被局限在 較昂貴的PVDF材質。
有機膜組件相較于陶制過濾組件，有其顯而易見的優(yōu)勢;關于這一點，對于過濾技術專 業(yè)的人士來說，是公知的，在這里不展開贅述。
那么，在使用有機材質膜組件的前提之下，能否撇開這種PVDF濾膜材質局限呢?這是 一個需要解決的問題，此為問題之一。
問題之二：
鑒于所述升騰氣泡的沖刷力、清潔能力比較弱，因此，與該清潔方式配合使用的膜分離 組件其孔徑只能選用比較大的微濾級別的濾孔孔徑，該微濾級別的濾孔孔徑為0.1-0.2微米， 關于這一點，同樣在該案公開文本第0009段文字以及權項3中有清楚的限定，該種濾孔孔徑 限定，從該案這樣的膜分離組件的選型、內置且浸泡使用方式、升騰氣泡自潔方法來看，是 必然的，只能限定其濾孔孔徑在微濾級別。換句話說，這種以升騰氣泡沖刷的方式其沖刷力、 清潔力太弱，以至于根本無法應對更小孔徑的濾膜，所以說，在該案裝置中，濾膜孔徑限定 在0.1微米-0.2微米之間，是沒有商量余地的必然選擇。
所謂0.1-0.2微米的濾孔孔徑，如果換一個計量單位，對應的就是100-200納米的濾孔孔 徑;那是什么概念呢?以其下限的100納米濾孔孔徑來說，它所能攔截的催化劑微粒其尺寸 必須是在100納米以上，而小于100納米的催化劑微粒是無法被攔截的;換句話說，小于100 納米的催化劑微粒將直接穿透、通過膜組件的濾孔，混入降解反應器所輸出的所謂的凈水之 中。
現(xiàn)在需要來談談紫外光催化降解反應所涉光催化劑的粒徑以及光催化劑劑型選擇。
從事光催化降解研究的專業(yè)人士都知道，以紫外光激勵的光化學降解反應，其催化劑多 選用二氧化鈦微粒催化劑;目前，在實驗室水平上已經研發(fā)出品種繁多的基于二氧化鈦光催 化特性的光降解用微粒催化劑，當然，這些不同制備方式形成的光降解用催化劑，其粒徑也 是多樣的;不同制備方法制成的光催化劑其粒徑小至20納米，大至100000納米也即100微米， 都有，其中不乏性能優(yōu)異的光催化劑品種;但是，由于性能長期穩(wěn)定性評價、制備成本以及 市場拓展等等方面因素的制約，絕大多數的所述光催化劑其供應能力僅局限于實驗室水平， 而沒有能夠形成大規(guī)模市售的生產水平;目前周知的能夠大量購買到的市售的能夠實際大量 使用的用于紫外光波段的光催化劑是著名的氣相二氧化鈦P25;氣相二氧化鈦P25其具體技 術含義，業(yè)內人士都知道，在這里不展開贅述;氣相二氧化鈦P25的平均粒徑是21納米;氣 相二氧化鈦P25性能不算最優(yōu)，但是，其性能穩(wěn)定，關鍵是可以在市場上大量購買得到，并 可以在工業(yè)規(guī)模上大量使用，因此，光催化專業(yè)實驗室里也常常用P25催化劑來作為衡量各 種自制光催化劑催化性能的參照指針或對比指針，事實上，鑒于紫外光催化降解反應的特點， 分散度越高的光催化劑，越是適合該型反應的需要，也就是說，平均粒徑在21納米左右的光 催化劑其所能夠提供的觸媒界面面積、抗沉降能力、催化性能長期穩(wěn)定性等等方面，綜合而 言，是最理想的。簡單地講，目前，價廉物美，能夠實際大量購買、使用的現(xiàn)成的市售的商 品級的紫外光波段的光催化劑，就是平均粒徑為21納米的氣相二氧化鈦P25催化劑;在工業(yè) 規(guī)模的應用層面，這種平均粒徑為21納米的光催化劑是事實上的首選。
上文已述及，該公開號為CN102260003A的中國專利申請案，其用于攔截光催化劑的膜 組件，是以升騰氣泡的沖刷來剝離膜組件表面所吸附、沉積的催化劑微粒，然而，該種以升 騰氣泡沖刷的方式其沖刷力、清潔力太弱，以至于根本無法應對更小孔徑的濾膜，因此，在 該案裝置中，濾膜孔徑被限定在0.1微米-0.2微米之間微濾濾孔級別，換個計量單位來說，在 該案裝置中，濾膜孔徑被限定在100納米-200納米之間的微濾濾孔級別，這是沒有商量余地 的必然選擇;該案無可選擇的100納米-200納米之間的微濾濾孔當然無法攔截如上所述的平 均粒徑為21納米的氣相二氧化鈦P25顆粒;那么，如果使用P25光催化劑，該催化劑將完全 無法攔截，并流入所謂的凈水中，形成二次污染，當然也造成催化劑的嚴重損失和無法再用; 即便是使用其它品種的為此而特制的大粒徑的二氧化鈦光催化劑，其使用過程中因相互碰撞 或與器壁碰撞，必然也會產生大量小粒徑碎片，其中粒徑小于100納米的碎片，同樣不能被 100納米-200納米之間的微濾濾孔所攔截，這些小碎片也會透過其膜組件進入所謂的凈水之 中，形成二次污染。
可見，該公開號為CN102260003A的中國專利申請案，其針對光催化劑微粒的攔截結構 方案以及相關膜組件的清潔方案都不理想。
因此，如何在兼收并蓄該案優(yōu)點的前提之下，達成針對光催化劑微粒的精細的攔截和回 收再用，是一個很值得深思的重要課題，此為問題之二。
問題之三：
我們知道，液態(tài)水體其本身也能夠吸收微波的能量，并導致被處理的液態(tài)水體其本身的 溫升效應，而這種伴隨廢水處理過程而出現(xiàn)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(fā)無極紫外燈，而有相當一部分本應只用于激 發(fā)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(yōu)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0.04立方，換句話說，其一次全套、全程操作只解決了0.04立方的工業(yè)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(yè)規(guī)模的意義， 打個比方說，只是個大致的比方，該案其優(yōu)選結構尺寸大致對應的單罐0.04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(yè)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，此為問題之三。
問題之四：
該種由CN102260003A所展示的方案，其反應罐內部漫布升騰的氣泡，對于推動反應罐 內部液體的相對大尺度的循環(huán)運動，貢獻稍顯不足;當然，該不足之處，對于CN102260003A 方案如其具體實施方式中清晰表達的事實上對應的小尺寸、小容量裝置來說，幾乎沒有什么 可觀測的影響。從工業(yè)規(guī)模的應用需求來看，小尺寸的不能擴張?zhí)幚砹康难b置當然沒有多大 的吸引力;那么，作為一種可能性，倘若有某種方式能夠實現(xiàn)處理量的大幅擴張，此情形下， 反應罐內部液體的相對大尺度的循環(huán)運動其重要性就會自然地凸顯出來;設想一下這種處理 量大幅擴張的可能性，那么，如何強化反應罐內部液體的相對大尺度的循環(huán)運動，當然就是 個問題，此為問題之四。
問題之五：
對于紫外光波段的光化學催化氧化反應來說，有以下這么幾個要素會影響到該種氧化反 應的效率，其一是紫外光波長、強度，其二是光催化劑的粒徑、單位體積反應液中光催化劑 的使用量、光催化劑其自身的催化性能等等，其三是被氧化對象即水體中有機物的濃度、有 機物分子結構其自身所決定的氧化難易程度等等，其四是氧氣氣氛的充足程度，在其它條件 相同的情況下，氧氣氣氛的充足程度，就會成為影響光化學催化氧化降解能力的一個舉足輕 重的要素。
如CN102260003A所展示的方案，其安置于反應器內腔下部的眾多微孔曝氣頭漫布在底 部，并借由其所稱的布水板，使得這種微孔曝氣頭漫布安排的效果變得更甚，當然，這對于 使用相對容易沉降的大顆粒的微米級的光催化劑的情形而言，的確存在其有利的一面，但是， 從另一面來看，這種微孔曝氣頭漫布安排的方式，氧氣氣氛的供給過于分散，而實際上最需 要強化供氧的區(qū)域的是光化學催化氧化的最有效區(qū)域，由于短波紫外線在液態(tài)水體中的有效 穿透深度只有20厘米左右，因此，最需要強化供氧以促進光化學催化氧化進程的有效區(qū)域實 際上就是在石英管周邊約20厘米距離之內的區(qū)域，換句話說，石英管周邊約20厘米距離之內 的區(qū)域是真正需要強化氧氣氣氛供給保障的區(qū)域，這個區(qū)域氧氣氣氛供給越強，氧化反應也 就進行得越快;尤其特別地，以微波激勵方式來產生無極紫外發(fā)射，其特點就是可以做到大 功率、高強度，這是無極紫外燈這種燈型的強項，然而，正因為其紫外輻射的高功率、高強 度，就更需要以強大的氧氣氣氛供給能力進行匹配，否則的話，那個強大的紫外輻射能力就 真的是大部分被浪費了。上文已經述及，如CN102260003A所展示的方案，諸多因素限制了 它的反應器尺寸，限制了它的實際處理容量，就如其具體實施例中清楚地表明的那樣，那只 能是一個單罐單次處理量只有40升左右的小反應器，在這樣的小反應器、小內腔的情況下， 因為尺寸本身就很小，那么，它在光化學催化氧化有效區(qū)域供氧集中度方面的欠缺，就不會 那么明顯，甚至可以忽略不計，更甚至完全可以看做是一個根本不存在的問題，面對那樣的 小尺寸的小反應器，關于供氧集中度方面的欠缺問題，根本就不可能浮上腦際;但是，設想 一下，倘若能夠克服所述諸多限制因素，倘若能夠有辦法實際構建一個大型、大處理量的反 應器，那么上述石英管周邊20厘米距離之內有效區(qū)域供氧強化問題就會凸現(xiàn)出來，尤其對于 使用無極紫外燈作為紫外輻射源的情況，上述石英管周邊20厘米距離之內有效區(qū)域供氧強化 問題更加不容藐視，因此，如何在可能的大型無極紫外光催化氧化降解反應器的構建之中， 增強所述有效區(qū)域的供氧集中度、提高廢水降解設備的效能，就是個需要盯住的問題，此為 問題之五。
問題之六：
該CN102260003A方案將空氣泵入內含無極紫外燈的石英管之內，達成無極紫外燈的通 風降溫、冷卻的目的，而那些流動經過石英管的空氣，因受紫外線的照射，有一部分空氣會 轉變?yōu)槌粞酰虼�，從石英管中流出的空氣當然就是含有一些臭氧的空氣，該方案將該含�?氧空氣傳輸到位于反應器下方微孔曝氣頭，并從微孔曝氣頭釋出，在這些含臭氧氣泡自下而 上的升騰過程中，其中所含的臭氧會與路程之中遇到的有機分子遭遇并發(fā)生氧化還原反應， 這一氧化還原反應當然會消耗一部分臭氧，這是沒有疑問的，但是，上文已經述及，如 CN102260003A所展示的方案，必然存在的無法忽視的諸多的因素限制了它的反應器尺寸， 限制了它的實際處理容量，就如其具體實施例中清楚地表明的那樣，那只能是一個單罐單次 處理量只有40升左右的小反應器，在這樣的小反應器、小內腔的情況下，因為總體尺寸本身 就很小，那么，其反應器內腔的縱向尺寸或者滿打滿算地視作盛液深度也只能是一個很小的 尺寸，這個尺寸如其具體實施方式之中所清楚地表明的，只有大約40厘米，滿打滿算盛液深 度也就只有40厘米，實際上盛液深度當然要小于這個數，就以40厘米的盛液深度來分析，那 么，這個40厘米的盛液深度是個什么概念呢?那就是說，含臭氧空氣升騰通過廢水的路徑只 有短短的40厘米，這個路徑太短了，含臭氧空氣氣泡飛快地穿越僅僅只有40厘米深的水體， 與水體接觸時間太短了，氣泡中所含的臭氧，只能有很小的一部分被用于氧化降解有機物， 而大部分的臭氧實際上只是簡單地路過液體，從液面上逸出并經尾氣排放口排空，簡單地說， 這些臭氧的氧化作用潛力大部分被浪費了，并且，逸出的、被浪費的臭氧實際上會造成不必 要的空氣污染;本案主要發(fā)明人曾以普通家用臭氧機經由微孔曝氣頭向一米深的儲水池中打 入含臭氧空氣，在水深深度達一米的情況下，仍然能夠在水面附近明顯嗅到臭氧的氣味，可 見，那種40厘米深的盛液深度，顯然是不足以完全利用臭氧;可見，對于無極紫外光化學催 化廢水降解反應器這種類型的設備來說，臭氧利用不完全的問題也需要關注，顯然，人們更 期待的是臭氧利用更完全、污染性尾氣排放更少的無極紫外廢水降解反應器，此為問題之六。
問題之七：
廢水催化降解反應器其運作，需要消耗能量，因此，操作人員一定會希望，當廢水降解 反應進行到終點時，能夠不偏不倚地、不過早也不過晚地即時地停止向反應器內部繼續(xù)注入 能量;停止注入能量的時刻倘若過早，則廢水降解不完全;而如果早已達到反應終點，卻仍 然繼續(xù)地向反應器內部注入能量，那毫無疑問是在浪費寶貴的能源。作為本案技術背景的 CN102260003A方案其結構不能對廢水降解反應終點時刻給出任何的即時的信息，那么，就 只能靠經驗來估計廢水降解反應的終點;而靠經驗來估計廢水降解反應的終點，那顯然不能 令人滿意;那么，如何針對廢水降解反應終點時刻作出既不提前也無延遲的即時的信息輸出， 并在恰到好處的時刻即時地關閉對反應器的能量輸入，就是一個不可藐視的技術門檻，此為 問題之七。
問題之八：
接受微波光催化降解處理的所述工業(yè)廢水，其中難免夾雜一些緣自機械系統(tǒng)磨耗過程的 金屬微粒以及碳粒之類的物質，即便數量微小，其存在幾乎難以避免，該公開號為 CN102260003A的中國專利申請案中的所述有機質膜分離組件裝設于微波光催化反應區(qū)，其 中的裝設在石英管與膜分離組件之間的用于阻隔紫外線的隔板當然阻擋不了微波，如此，微 波的實際作用區(qū)域必然覆蓋該方案中所述有機質膜分離組件所裝設區(qū)域，基于膜分離組件的 工作機制，如上所述的金屬微粒以及碳粒之類的微粒其在膜分離組件有機質表層的積淀過程 難以避免，而此類所述金屬微粒以及碳粒之類的微粒，恰恰是微波能量的良好吸收介質，吸 收了微波能量的積淀態(tài)的所述金屬微粒以及碳粒之類的微粒，自然會對其緊貼的有機質膜分 離組件的表層產生基于熱透蝕機制的持續(xù)的洞穿破壞，如上所述，由于該CN102260003A 申請案其裝置的結構決定了只能選用聚偏氟乙烯膜材，該聚偏氟乙烯膜材耐溫約140攝氏度， 比一般膜材耐溫確實高不少，然而，吸收了微波能量的積淀態(tài)的所述金屬微粒以及碳粒之類 的微粒其點狀洞穿式的熱透蝕作用十分容易突破該聚偏氟乙烯膜材的耐溫溫限，由于上述原 因，可想而知，該CN102260003A申請案其裝置中的PVDF膜材其實際使用壽命將大大低 于所期待的理想的使用壽命，該CN102260003A申請案其裝置的結構，決定了在該結構框 架下，上述點狀洞穿式的熱透蝕破壞問題無法回避;因此，如何繞開該點狀洞穿式的熱透蝕 破壞問題，亦需思量，此為問題之八。
問題之九：
該公開號為CN102260003A的中國專利申請案，其說明書公開文本正文第0008段文字 及權利要求第二項，對于其裝置所能適用的催化劑粒徑范圍，有一個限定，該粒徑范圍限定 為20納米至100微米。我們知道，在某些PH值預先調節(jié)不到位、PH值不恰當的情況下， 二氧化鈦微粒容易發(fā)生團聚，進而影響其有效工作界面面積，影響其光催化效能;尤其對于 該粒徑范圍之中的那些相對較小粒徑的區(qū)段，更是容易出現(xiàn)因PH值預調不到位、PH值不 恰當而導致的團聚問題;對于這種催化劑微粒團聚的情況，是必須即時地采取有效措施，進 行針對團聚體的解聚運作;然而，我們在該CN102260003A方案之中，沒有看到任何的有 助于即時地化解這一問題的結構或能夠即時地化解該問題的方案提示。對于如 CN102260003A方案那般因諸多因素限制而只能是小尺寸結構的反應器，尚可以人工直接提 起反應器，進行傾倒并在反應器外部檢視、處理上述團聚情況，那么，倘若有可能擴張其容 量，只是打個比方說，倘若是數個立方到數十個立方的大型反應器或巨型反應器，那顯然不 是手工傾倒其操作所能夠對付的問題了，那么，對于這種催化劑微粒相互團聚的情況，如何 實現(xiàn)即時原位處置，就是一個技術問題，此為問題之九。
問題之十：
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(yè)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(xiàn)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;其反應器內漫布升騰的氣泡因過于分散，沖刷力 量較弱，倘若僅依靠該比較分散的氣泡來維持石英管表面的光潔，著實是勉為其難，換句話 說，該比較分散的氣泡，其較弱的沖刷力量尚不足以完全阻擋該石英管表面的積垢進程;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(yè)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(xù)的高效率，該問題亦不可忽視，此為問題之十。
問題之十一：
此問題為上文述及的問題之九其所衍生的問題。前面談到，在某些PH值預先調節(jié)不到 位、PH值不恰當的情況下，二氧化鈦微粒容易發(fā)生團聚，進而影響其有效工作界面面積， 影響其光催化效能;尤其對于該CN102260003A方案論及的其所適用催化劑粒徑范圍之中 的那些相對較小粒徑的區(qū)段，更是容易出現(xiàn)因PH值預調不到位、PH值不恰當而導致的團 聚問題;對于這種催化劑微粒團聚的情況，是必須即時地采取有效措施，進行針對團聚體的 解聚運作;基于該CN102260003A方案其架構，操作人員無法即時覺察反應器內部發(fā)生所 述團聚的情況，因而也無法作出即時的處置，由此，該受諸多因素限制而只能是小尺寸結構 的反應器其有限的效能會進一步降低;因此，在反應器的應用運作之中，特別是，比方說， 在可能的大型反應器或巨型反應器的應用運作之中，如何即時地覺知反應器內部催化劑微粒 團聚的主要誘因參數，是一個關鍵問題，此為問題之十一。
問題之十二：
基于該CN102260003A方案其架構，由于已經述及的諸多因素的限制，其反應器只能 是小尺寸的處理量比較小的反應器，反應器內腔的可用尺寸當然也比較小，反應器內腔其結 構之中能夠用于安置簾式膜組件的空間高度大約也只是在30厘米左右，這樣一來，即便只 是采用很小幅面的簾式膜組件，也幾乎只能上下兩頭頂著塞在反應器里面，由于反應器的小 處理量、小尺寸，那么，在其降解反應完成之后，在由內向外排除液體的狀況下，其簾式膜 組件難免暴露在空氣中，雖然每次暴露的時間可以不長，但是，經常倒騰的累加結果，就是 使得該簾式膜組件過多地與空氣接觸，簾式膜組件其正常使用要求，是要在完全浸沒狀態(tài)下 使用，也就是說，必須是濕態(tài)使用，倘若簾式膜組件過多地與空氣接觸，會使其比較快速地 老化、性能比較快速地衰減，而這種簾式膜組件過多地與空氣接觸的情況，在該 CN102260003A方案其架構之下，無法避免;因此，如何保護用于攔截催化劑的膜組件，使 其能夠在正常工況下使用，使其能夠避免與空氣的過多的接觸，以維護其正常使用性能，確 保其正常使用壽命，就是一個需要正視的問題，此為問題之十二。
問題之十三：
基于該CN102260003A方案其架構，其運作之中，被簾式膜組件攔截的催化劑顆粒， 一部分在簾式膜組件表面淀積，另一部分則滯留在液態(tài)物相之中，由此導致液態(tài)物相中催化 劑顆粒濃度隨著液相體積的逐步減小而逐步升高，這對后續(xù)的膜分離而言，其膜分離負荷也 會隨之逐漸升高，這種膜分離負荷前后差異過大的問題需要解決，此為問題之十三。
問題之十四：
基于該CN102260003A方案其架構，其運作之中，向反應器內腔加注廢水的水泵，其 本身無法判別反應器內部水位高低，操作人員只能依靠經驗或目測來及時關閉該加注廢水的 水泵電機，倘若經驗失誤或目測響應不夠及時，很容易出現(xiàn)因廢水加注過量而溢出反應器的 情形，由此造成不必要的麻煩;另一方面，在降解反應結束之后，需要由內部經由簾式膜組 件向外抽水，在未能知曉反應器內部水位的情況之下，完全就只能根據經驗或目測來判定關 停水泵的時機，而這樣運作，明顯不可靠，極易因經驗失誤或目測響應不及時，導致該抽水 用水泵無法及時關機，而這種干抽、空轉很容易造成該抽水水泵電機燒毀，該問題不能被忽 視，此為問題之十四。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對上文述及的問題之一、二、三、四、五、六、七、 八、九、十、十一、十二、十三、十四，研發(fā)一種能夠一攬子地解決所述系列問題的新型的 廢水微波光催化降解處理裝置。
