本發(fā)明涉及一種用于水體凈化、消毒的水處理反應器，主要利用壓電材料結(jié)合水流發(fā)揮的碰撞作用及光催化作用，并結(jié)合水力攪拌，使光催化劑與水力攪拌耦合，實現(xiàn)對水體的凈化和消毒，屬于水處理和環(huán)保領域。
背景技術：
1、壓電材料在外力作用下產(chǎn)生機械形變，引發(fā)電荷分離與壓電極化效應；光催化材料在特定波長光源激發(fā)下觸發(fā)半導體催化劑的光生載流子分離，協(xié)同實現(xiàn)水體污染物的高效降解。
2、壓電材料和光催化材料相結(jié)合，也可以在水處理中實現(xiàn)作用耦合，當表面的光催化介質(zhì)吸附污染物阻礙對光的接觸時，可以通過壓電材料吸收外力，發(fā)揮高級氧化作用，從內(nèi)部降解污染物，從而解除污染物對光催化介質(zhì)光源的阻礙。
3、壓電材料在機械應力作用下發(fā)生正負電荷中心位移，引發(fā)偶極極化效應；催化劑參與的壓電體系通常需依賴外部機械激勵(如水力應力)觸發(fā)極化狀態(tài)改變，進而誘導感生電場并在表面生成等量異號屏蔽電荷。
4、壓電材料在水力攪拌作用下產(chǎn)生內(nèi)建電場，驅(qū)動自由的e-和h+向壓電材料表面遷移，進而導致水分解、有機污染物降解、co2還原和細菌消毒。
5、由于光照不能完全穿透水體，需要提供足夠的能量來激發(fā)光催化劑。因此，在光催化降解過程中，通常需要不斷攪拌，以使足夠的光線照射催化劑表面。在壓電耦合光催化技術中，這部分水力可以為壓電材料提供能量產(chǎn)生電子，是一種更加高效節(jié)能的技術手段。
6、通過水力攪拌調(diào)節(jié)極化強度，實現(xiàn)對表面空間電荷的吸附和解吸，減少了對光和電的依賴。
7、水力攪拌作用可強化傳質(zhì)過程，超聲空化效應協(xié)同聲催化作用顯著提升整體催化效能。
8、外部磁場能夠改變分子自旋狀態(tài)與局部電子結(jié)構(gòu)，進而對光吸收過程產(chǎn)生影響，磁場可增強光催化劑的光吸收能力。
9、磁場效應在載流子上會產(chǎn)生洛倫茲力，由于電子和空穴分別帶正電荷和負電荷，當它們按照規(guī)則沿同一方向一起運動時，所施加的洛倫茲力的方向是相反的，從而促進了它們的分離，提高了光催化效率。
10、局部磁通量增強技術通過磁性顆粒與光催化劑的耦合，在不改變光催化劑本征特性的前提下，可適配任意光催化體系。
11、公開號為cn?201473358?u提供了一種有螺旋導流板，中間有紫外光發(fā)生的污水處理裝置。利用旋流結(jié)構(gòu)減緩上升速度，延長了接觸時間，使處理效果得以提高。
12、公開號為cn109045769a公開了一種螺旋式尾礦污水快速沉淀濃縮罐，包括外筒，內(nèi)筒，緩沖板及溢流板等。通過螺旋式的尾礦污水入口通道和尾礦污水出水通道，延長尾礦污水沉淀行程，進一步提高尾礦污水沉淀濃縮的效率。
13、如gupta等人(gupta?b?b,howell?j?a,wu?d,et?al.a?helical?baffle?forcross-flow?microfiltration[j].1995,102:31-42.)證明當螺旋擋板存在時，旋轉(zhuǎn)成分可以使顆粒沉積速率降低，從而使顆粒與污水接觸更充分。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明目的針對有毒、有害、難生物降解有機污染物降解，高濃度有機污染物降解、恒量有機污染物降解、出水水體的消毒、家庭生活用水以及可用于短程中水回用設施而構(gòu)建的一種高效光催化反應器。
2、本發(fā)明針對壓電光催化的技術應用缺點，提出一種螺旋提升攪拌的壓電光催化耦合一體化水處理反應器技術方案。首先，反應器利用流體(包括水流和氣流)的動能，推動螺旋槳轉(zhuǎn)動帶動螺旋桿旋轉(zhuǎn)以提升壓電-光催化顆粒，而螺旋桿的旋轉(zhuǎn)也會帶動曲面擋板與攪拌槳的旋轉(zhuǎn)，在其頂部附帶有曲面擋板來截留具有一定動能的壓電光催化顆粒，并使其均勻灑落至壓電光催化區(qū)，從而使旋轉(zhuǎn)的攪拌槳旋轉(zhuǎn)使得顆粒分布更均勻，且能夠造成一定的壓力差梯度，產(chǎn)生并提高壓電光催化顆粒的壓電效應。其次，壓電光催化區(qū)兩側(cè)設有光源，并在其下面布置磁場，用以進行促進光催化反應。同時，設備底部還設有曝氣裝置，能夠在局部區(qū)域增強壓力梯度，特別是在氣泡破裂或者結(jié)合的瞬間，能夠引起局部空間壓力的巨大變化，這會促進壓電效應。期間，曝氣也會為壓電催化和光催化反應提供電子受體，促進催化效應。再次，項目采用壓電催化和光催化相耦合的理念，在技術上，壓電能夠抑制光催化的電子-空穴復合，設計中壓電效應處處存在，彌補光源傳播中的不足，且使得顆粒具有功能自修復和維護。最后，設備利用磁性對壓電和光催化的電子-空穴復合進行抑制，提供催化效應，且磁場本身也會具有殺毒功能和消毒功能。
3、為實現(xiàn)上述方案，本發(fā)明設計一種螺旋提升攪拌的壓電光催化耦合一體化水處理反應器，在反應器主體內(nèi)裝有壓電光催化顆粒，底部設有收集顆粒的顆粒斗、排空管、曝氣管和微孔曝氣頭，底部中部裝設螺旋桿，螺旋桿上設有攪拌槳、顆粒擋板，四周設有光源。顆粒斗起到收集顆粒并為螺旋桿提供良好運輸環(huán)境的裝置，排空管進行顆粒的更換與排出，曝氣管和微孔曝氣頭使高級氧化效率得到進一步提升，下部的進水管采用螺旋進水的方式進入，水流流經(jīng)反應區(qū)后在導流的作用下，在進入導流區(qū)后進入反應器上部外圍的沉淀區(qū)，水流中的顆粒就會沉淀至反應器的底部的顆粒斗，顆?？稍俅瓮ㄟ^驅(qū)動裝置帶動的螺旋桿上升將顆粒提升至壓電光催化區(qū)上部，并在擋板及螺旋桿的旋轉(zhuǎn)作用和攪拌槳的攪動下均勻撒至壓電光催化區(qū)，而處理后的水體會流入出水槽，并通過出水管流出。
4、如上所述的反應器，采用led燈作為光催化反應的光源。
5、如上所述的反應器，在壓電光催化區(qū)兩側(cè)led燈板下布置磁場，增強壓電光催化顆粒對光的吸收，提高光催化性能。
6、如上所述的反應器，采用砂質(zhì)壓電光催化顆粒，粒徑控制在0.01mm-5mm，根據(jù)led燈光源的主波長，選用合適的光催化顆粒，使光催化顆粒能夠高效吸收并利用led燈光源進行光催化降解有機污染物。
7、如上所述的反應器，采用自驅(qū)動裝置，可上下調(diào)節(jié)螺旋桿及螺旋槳高度，以適應于不同的操作條件。
8、如上所述的反應器，設置擋流板和導流區(qū)，使處理過的水順利排至沉淀區(qū)，并完成壓電光催化顆粒與水的分離，壓電光催化顆粒回流至壓電光催化區(qū)，處理過的水通過出水槽從出水管流出。
9、如上所述的反應器，失效多余的壓電光催化顆粒通過排空管排出。
10、如上所述的反應器，采用不銹鋼罐體結(jié)構(gòu)形式。
1.一種用于水處理的壓電光催化反應器，其特征包括進水管、排空管、曝氣裝置、自驅(qū)動螺旋攪拌裝置、壓電光催化顆粒、led燈板、磁場、導流區(qū)、擋流板、驅(qū)動裝置、沉淀區(qū)、出水槽、出水管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，利用流體(包括水流和氣流)的動能對螺旋槳的推動帶動螺旋桿將壓電光催化顆粒提升至高處，期間對壓電光催化顆粒表面進行自清潔，螺旋桿的旋轉(zhuǎn)同時也會帶動曲面擋板與攪拌槳的旋轉(zhuǎn)，在其頂部附帶有曲面擋板來截留具有一定動能的壓電光催化顆粒，并使其均勻灑落至壓電光催化區(qū)，從而使旋轉(zhuǎn)的攪拌槳旋轉(zhuǎn)使得顆粒分布更均勻，曝氣裝置由曝氣管和其連接的微孔曝氣頭組成，進水管設于反應器的側(cè)面，并在壓電光催化區(qū)四周設有光源，光源下面設有磁場，下部設有壓電光催化顆?；厥盏男逼拢缓笏鹘?jīng)過反應區(qū)后，經(jīng)過導流板作用進入沉淀區(qū)，上部澄清的水流經(jīng)過出水槽的出水管流出，反應器底部設有排空管，用于更換和排出壓電光催化顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，通過流體(包括水流和氣流)的動能對螺旋槳的推動帶動螺旋桿轉(zhuǎn)動，并在其上設有攪拌槳，用以攪拌水流和壓電光催化顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應器，頂部附帶有曲面擋板來截留具有一定動能的壓電光催化顆粒，并使其均勻灑落至壓電光催化區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于利用led燈作為光催化的光源，均勻布置于壓電光催化區(qū)兩側(cè)，并在其下面設置磁場。