通过UV-TiO* 光催化反应杀死水中微生物的方法和用于杀死微生物的反应器技术

本文公开通过ＵＶ－ＴｉＯ↓［２］光催化反应杀死水中微生物的方法和用于杀死微生物的反应器。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及通过光催化反应的水消毒。更具体地，本专利技术涉及用于水消毒的装置和使用该装置钝化或破坏水中微生物和有机物质的方法，其包含将过氧化氢加入污染的水中，将加有过氧化氢的污染水导入包含固定光催化剂的多孔珠的光催化反应器，往其中注入空气，和往其中施加UV射线的步骤。
技术介绍
典型地，具有低水平降雨量的地区面临饮用水以及用于灌溉的水的短缺。特别是在韩国，年降雨量最近已经下降，导致淡水的缺乏。大多数韩国农民正在使用常规的灌溉系统，由于引入现代细沟灌溉中的经济问题导致其效率低，所述细沟灌溉有效地供水给期望区域，但是要求用于它的建立的高投资成本。因此，为了解决用于农作物耕作的灌溉领域中的该困难，水，特别是废水必需再循环。另外，废水的再循环对于大型水族馆中海水或淡水的连续使用是必需的。为了再循环废水，首先，最重要的是杀死水中的微生物。为了控制细菌，病毒和藻类的生长，在常规废水再循环系统中已经将氯广泛用于水消毒。然而，该水消毒是不利的，因为生产致癌的三卤甲烷(THM)并且残留氯化物。特别地，残留的氯化物在纯水或超纯水的生产中是成问题的。另外，使用臭氧用于水消毒的高技术纯化方法在要求用于它的建立和管理的高投资成本方面是不经济的。最近，已经尝试使用光催化剂，二氧化钛(TiO2)消毒，该消毒系统在它的建立和维护方面是廉价的。使用二氧化钛(TiO2)光催化剂的消毒是基于下列方案。 按照方案1，当用具有充分的带隙能量或更大的光子照射TiO2时，光子(hv)将电子从价带(valance band)克服能带隙激发至导带，并在价带留下电子空位，空穴(h+)。导带电子(e-CB)和价带空穴(h+VB)然后扩散并移至TiO2的表面。激发的电子和产生的空穴可以与水中的H2O，OH-，有机物质和O2一起参与氧化还原过程。参照方案2，扩散的空穴(h+VB)与水中的OH-反应以生产OH自由基(OH)，或者与水分子(H2O)反应产生OH和H+，以及直接氧化有机物质。参照方案3，电子(e-CB)与水中的氧反应，生产过氧化物自由基(O2-·)。过氧化物自由基与水分子反应产生OH，OH-和氧分子。当水含有过氧化氢时，过氧化氢吸收UV能量，产生OH，或与e-CB或者溶解的氧反应生产OH·。产生的OH自由基(OH·)参与有机物质的氧化。然而，使用光催化剂TiO2和按照如上所述反应机制的消毒方法具有如下的几个缺点。当将粉末状的二氧化钛加至含有污染物的水中时，使用TiO2粉末的水的连续处理导致用于再悬浮TiO2粉末的大量电能的消耗，另外，光催化剂应该从已处理的水中回收。当将TiO2直接涂布在紫外线灯上时，在灯的使用期限的末端TiO2很可能不合需要地与灯一起被丢弃。另外，当用TiO2涂布反应器的内部时，如果反应器的尺寸大，涂布操作非常困难。此外，在用TiO2涂布后，反应器应该在高于500℃下热处理，因此限制了可以在反应器制造中使用的材料。此外，当将TiO2固定到玻璃珠上时，TiO2膜层逐渐从玻璃珠的表面被连续的水流浸蚀。
技术实现思路
为了解决在
技术介绍
中遇到的问题，对通过光催化反应用于水消毒的反应器，和使用该装置钝化或破坏包含在水中的微生物和有机物质的方法的深入和透彻的研究导致发现，包含光催化反应器的装置和使用该装置用于水消毒的方法，其中通过将过氧化氢加入待处理的水中，将加有过氧化氢的水导入包含固定光催化剂的多孔珠的光催化反应器中，将空气注入光催化反应器和将UV射线施加于光催化反应器中的方法将污染水消毒，由于导入空气和过氧化氢可以缩短消毒的操作时间和提高消毒效率，而且能够小尺寸地建造反应器，因此允许在狭窄的地方安装它，和拆除它，这样易于它的清洗，从而完成本专利技术。因此，本专利技术的一个目的是提供用于水消毒的装置，其包含光催化反应器，该光催化反应器包含固定光催化剂的多孔珠并且装备有用于UV照射的紫外线灯和用于往其中注入空气的入口。本专利技术的另一个目的是提供使用用于水消毒的装置有效钝化在污染水中的微生物的方法。附图简述与附图结合，本专利技术的上述和其它目的，特征以及其它优势将从下面的详细描述中被理解更清楚，其中附图说明图1是显示按照本专利技术第一位实施方案用于水消毒的装置的构造的截面图；图2是显示包括在本专利技术装置中的光催化反应器的侧视图；图3是按照本专利技术另一个实施方案具有平行排列的几个光催化反应器、用于水消毒的装置的视图。图4是显示固定TiO2的珠粒的照片；图5a和5b是显示固定TiO2的多孔珠和玻璃珠的杀菌活性的曲线图，其中在图5a和5b中分别将活细胞数和对大肠杆菌的杀菌率(％)对时间作图；图6a和6b是显示按照光催化反应器的直径每一紫外线灯的杀菌效果和生存力的曲线图，其中在图6a和6b中分别将活细胞数和对大肠杆菌的杀菌率(％)对时间作图；图7a和7b是曲线图，其中当将空气注入光催化反应器时，在图7a和7b中分别将活细胞数和对大肠杆菌的杀菌率(％)对时间作图；图8是显示当光催化反应发生时，过氧化氢的浓度对大肠杆菌消毒效率的影响的曲线图，其中将在不同过氧化氢浓度下的杀菌率(％)对时间作图；图9是显示当未诱导光催化反应时，过氧化氢的浓度对大肠杆菌消毒效率的影响的曲线图，其中将在不同过氧化氢浓度下的杀菌率(％)对时间作图；图10是显示过氧化氢浓度对豆萌芽的影响的曲线图；图11a和11b是曲线图，其中当将处理的水的体积加倍和诱导光催化反应时，在图11a和11b中分别将大肠杆菌的活细胞数和杀菌率(％)对时间作图；图12a和12b是其中将活细胞数和对用于豆萌芽的水中细菌的杀菌率(％)对时间作图的曲线图；和图13a和13b是其中将活细胞数和对用于豆萌芽的水中的真菌的杀真菌率(％)对时间作图的曲线图。*参考号简述100装置 10光催化反应器11固定光催化剂的多孔珠 12紫外线灯 13出水口14进水口15内部构架16外部构架 17O形环18锁定装置 20第一贮水池(water resirvoir)21供水管22供水泵30进气管31气泵40紫外线稳定装置41电路 50过滤器51第二贮水池实施本专利技术的最佳方式本专利技术涉及用于水消毒的装置，其参照附图将被详细描述。图1显示按照本专利技术优选实施方案用于水消毒的装置的构造。如图1所示，用于水消毒的装置100，其中通过光催化反应将水消毒，包含光催化反应器10，其含有固定光催化剂的多孔珠11。紫外线灯12是每隔一定间隔轴向安装在光催化反应器10中，当用交叉线画成阴影时，如在图2中最好地看出，以使灯12位于十字形的中心和末端，，由此当将固定光催化剂的多孔珠11曝露于来自紫外线灯12的UV照射时产生OH自由基。将进气管30轴向安装在光催化反应器10的下层内部，通过进气管30将来自气泵31的空气注入光催化反应器10的内部。进水口14和出水口13分别被安装在光催化反应器10的下部和上部，并且当沿纵轴切断时对角地位于反应器10的外壳上，因此增大了水在光催化反应器10中的停留时间。将用于防止固定光催化剂的多孔珠11从反应器10中不希望有的排出的过滤器50安装在进水口14和出水口13中的每一个中。反应器10的外壳具有密封结构，其具有内部和外部构架15和16。内部构架15和外部构架16是通过锁定装置18彼此装备在一起的，该锁定装置18具有由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过光催化反应用于水消毒的装置，其包含：　贮存待处理的水的第一贮水池；包含固定光催化剂的多孔珠和装备有进水口，出水口，紫外线灯和进气管的光催化反应器；连接在第一贮水池和所述光催化反应器之间的供水泵；将空气 通过进气管导入所述光催化反应器的气泵；和贮存来自所述光催化反应器处理的消毒过的水的第二贮水池。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金时郁，金仲坤，金龙昊，李荣祥，
申请(专利权)人：朝鲜大学校，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]