本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种内置光路的光催化纤维水处理设备及其使用方法。
背景技术：
污水处理为使污水达到特定排放标准，或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。随着水资源的日益短缺和水污染逐渐加剧，污水处理成为目前水资源保护的一种重要方式。
光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质。光催化剂是将光能转换成为化学反应的能量，产生催化作用，使周围水分子及氧气激发成极具氧化力的羟基自由基和超氧离子自由基，其能够分解对人体和环境有害的有机物质和部分无机物质，加速反应，不造成资源浪费，且不形成新污染产物。
催化反应的过程为反应物在催化剂周围发生反应，同时外围的反应物不断向催化剂扩散(因为此处反应物不断被消耗而浓度降低)，生成物则不断向外围扩散，即该过程包括七个步骤：①原料分子自主气流中向催化剂扩散；②接近催化剂的原料分子向微孔内表面扩散；③靠近催化剂表面的原料分子被催化剂吸附；④被吸附的分子在催化剂的作用下进行化学反应；⑤生成的产品分子从催化剂上脱附下来；⑥脱附下来的产品分子从微孔内向外扩散；⑦产品分子从催化剂外表面再扩散到主气流中，然后离开反应器。
目前，由于光催化剂的无污染、可持续性，大量实践操作中将其运用在污水处理领域，但主要是采用直接将颗粒状光催化剂抛洒投入污水中，回收困难，增加成本，同时容易因回收不尽造成二次污染。并且光催化剂需要在良好的光照条件下才能发挥作用，在某些情况下，例如污水内可见度低、透光率差时很难排布光源。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种内置光路的光催化纤维水处理设备及其使用方法，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种内置光路的光催化纤维水处理设备，包括处理池和设置于所述处理池内的若干光催化纤维，所述处理池的底部设置有紫外灯管，所述处理池内设置有牵拉组件，所述光催化纤维与所述牵拉组件连接，所述紫外灯管面向所述若干光催化纤维的端面照射；
所述牵拉组件包括若干杆体和与部分杆体连接的牵拉板，所述若干杆体分两行设置，一行所述杆体的一端与所述牵拉板固定，另一行所述杆体的一端与所述处理池的侧壁固定，并且两行所述杆体在纵向上间隔分布，所述牵拉板能够带动一行所述杆体向远离另一行所述杆体的方向移动；
所述光催化纤维为皮芯结构，包括芯层和包裹于所述芯层外的皮层，所述芯层至少包括透明树脂，所述皮层至少包括透明成纤高聚物以及混入该透明成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒，所述光催化纤维绕过所述若干杆体，并且所述光催化纤维由一行所述杆体向另一行所述杆体往复交错绕行。
优选地，所述皮层的硬度大于所述芯层的硬度。
优选地，所述皮层由所述透明成纤高聚物混合所述纳米二氧化钛颗粒直接喷丝产生。
优选地，所述若干光催化纤维的至少一端连接有卡接板，所述卡接板与所述紫外灯管或处理池卡接，所述卡接板上设置有若干通孔，所述光催化纤维穿过所述通孔，并与所述通孔的内壁固定。
优选地，所述杆体上设置有环绕所述杆体的若干限位槽，若干所述限位槽沿所述杆体的长度方向排列，所述光催化纤维设置于所述限位槽内。
优选地，所述光催化纤维的横截面最大长度为5-10cm。
优选地，还包括设置于所述处理池内的搅拌组件，所述搅拌组件包括旋转轴以及围绕所述旋转轴的轴线、轴向设置的若干叶片。
优选地，所述牵拉组件还包括设置于所述处理池的侧壁上的滑槽，所述牵拉板上固定有与所述滑槽对应的控制滑块，所述控制滑块设置于所述滑槽内，所述控制滑块能够带动所述牵拉板沿所述滑槽移动。
优选地，所述光催化纤维的横截面为扁片结构。
优选地，所示限位槽内设置有若干凸点。
本发明还提供了一种内置光路的光催化纤维水处理设备的使用方法，包括以下步骤：
移动所述牵拉板，使得两行所述杆体至适当间距；
将所述光催化纤维的一端面面向所述紫外灯管，并固定；
将所述光催化纤维由一行所述杆体向另一行所述杆体往复交错绕行，并将所述光催化纤维的两端固定；
启动所述紫外灯管；
定时或根据污水处理情况，移动所述牵拉板以加大两行所述杆体的间距，对所述光催化纤维拉伸，使所述光催化纤维表面产生龟裂结构。
优选地，定时或根据污水处理情况，间隔20-40min启动搅拌组件，所述搅拌组件设置于所述处理池内，并包括旋转轴以及围绕所述旋转轴的轴线、轴向设置的若干叶片。
优选地，所述适当间距为使得所述光催化纤维绕行后处于非拉伸状态的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过处理池内部设置的光催化纤维处理污水，回收简单，无催化剂固体残留污染问题，同时能够通过对光催化纤维的拉伸，实现对二氧化钛颗粒裸露率的提高，在一定时间内持续处理污水，并在一定程度上实现对催化反应的控制。
(2)本发明通过光催化纤维的芯层传输光源，直接向其外部包覆的皮层传递光能，光能传质阻力小、光能利用效率高，极大地延长了光照距离，并减少布光需求，特别适用于对可见度低、透光率差的污水处理，并且通过拉伸以及皮层、芯层之间的摩擦，使得芯层表面毛躁，提高光线折射、散射和反射概率，从而使得更多光线能够穿透芯层，激发二氧化钛催化反应。
(3)本发明通过透明成纤高聚物聚合纳米二氧化钛颗，并且采用直接喷丝产生，即无需经过预取向度拉伸，纤维生产成本低，同时由于未经预取向处理的纤维结构强度低、结构稳定性低，因此后续使用时容易拉伸产生形变，即以较小的拉力就可产生较高的龟裂度，降低了发明制造成本。
(4)本发明通过拉伸光催化纤维使其外表面龟裂，龟裂一方面使得覆盖在纤维表面的污物或反应物能够至少部分掉落，起到一定清洁作用，恢复裸露表面的二氧化钛颗粒，另一方面，由龟裂位置向内裸露出内部的二氧化钛颗粒，由此两点避免催化反应放缓或中止的现象，并且通过控制二氧化钛颗粒的裸露率也能够在一定程度上控制催化反应进程。
(5)本发明通过光催化纤维依次绕过两行杆体，并上下交错绕行，实现对光催化纤维分段拉伸，均匀各段龟裂程度，控制二氧化钛颗粒的裸露，即催化面积，并进一步通过限位槽，防止光催化纤维聚集造成裸露催化面积减小，以及进一步通过限位槽内的凸点，增加与光催化纤维的摩擦，减小光催化纤维的位移，提高分段龟裂效果。
(6)本发明通过搅拌组件对处理池内的污水实现搅动，减少污水内有机物下沉聚集，使其充分与光催化纤维接触，提高处理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体透视结构示意图；
图2为图1的正视透视结构示意图；
图3为本发明中光催化纤维的剖视示意图；
图4为图1中去除牵拉组件以及光催化纤维后的透视结构示意图；
图5为图1中a部分的正视放大结构示意图；
图6为本发明的杆体的立体放大结构示意图。
具体地，10-处理池，
20-紫外灯管，
30-牵拉组件，31-杆体，311-限位槽，32-牵拉板，33-滑槽，34-控制滑块，
40-光催化纤维，41-芯层，42-皮层，
50-卡接板，51-通孔，
60-搅拌组件，61-旋转轴，62-叶片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的发明或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种内置光路的光催化纤维水处理设备，包括处理池10和设置于处理池10内的若干光催化纤维40，处理池10的底部设置有紫外灯管20，处理池10内设置有牵拉组件30，光催化纤维40与牵拉组件30连接，紫外灯管20面向若干光催化纤维40的端面照射。通过处理池10内部设置的光催化纤维40处理污水，回收简单，无催化剂固体残留污染问题，同时能够通过对光催化纤维40的拉伸，实现对二氧化钛颗粒裸露率的提高，在一定时间内持续处理污水，并在一定程度上实现对催化反应的控制。
具体地，处理池10设置有进水口和出水口，进水口设置于处理池10一侧壁的上方，出水口设置于相对侧壁的下方，并且优选设置在侧壁的中间位置，以减小对设置在两侧部件的冲击，提高设备使用寿命。
为更好地响应纳米二氧化钛颗粒，处理池10的底部设置有紫外灯管20，用于面向若干光催化纤维40的端面照射，其波长范围优选为250-380nm。
如图2所示，牵拉组件30包括若干杆体31和与部分杆体31连接的牵拉板32，若干杆体31分两行设置，一行杆体31的一端与牵拉板32固定，另一行杆体31的一端与处理池10的侧壁固定，并且两行杆体31在纵向上间隔分布，牵拉板32能够带动一行杆体31向远离另一行杆体31的方向移动。
具体而言，根据本发明的一优选实施方式，牵拉组件30还包括设置于处理池10的侧壁上的滑槽33，牵拉板32上固定有与滑槽33对应的控制滑块34，控制滑块34设置于滑槽33内，控制滑块34能够带动牵拉板32沿滑槽33移动。为实现对位于处理池10内部的杆体31的平稳升降，优选在处理池10相对的两侧壁均设置相对应的滑槽33，该行杆体31的两端均连接牵拉板32，通过两端的控制滑块34同步运动，实现杆体31的平稳升降。可以理解的是，控制滑块34连接有电机，由电机控制滑动，电机的选择要根据控制滑块34的负重以及处理水量等因素灵活选择。若干杆体31固定于牵拉板32上，并沿其长度方向排布，并优选等距排布，以实现对光催化纤维40均匀分段，实现均匀拉伸。
如图3所示，光催化纤维40为皮芯结构，包括芯层41和包裹于芯层41外的皮层42，芯层41至少包括透明树脂，皮层42至少包括透明成纤高聚物以及混入该透明成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒。通过光催化纤维40的芯层41传输光源，直接向其外部包覆的皮层42传递光能，光能传质阻力小、光能利用效率高，极大地延长了光照距离，并减少布光需求，特别适用于对可见度低、透光率差的污水处理。
透明成纤高聚物可以为涤纶材料，当然不限于此。在制造过程中，涤纶纤维喷丝液中预先参入纳米二氧化钛颗粒，优选采用直接喷丝产生，即无需经过预取向度拉伸，只要喷丝工作后的初生纤维即可，对原料纤维的工艺需求仅限初步制备即可，此时纤维生产成本低。同时由于未经预取向处理的纤维中存在大量非有序排列的大分子链或链段，因此纤维结构强度低、结构稳定性低，因此后续使用时容易拉伸产生形变，即以较小的拉力就可产生较高的龟裂度，降低了设备制造成本。
进一步优选地，皮层42厚度至少为芯层41厚度的1倍，拉伸过程中，皮层42首先延展产生初步龟裂，并随着进一步拉伸，由初步龟裂向内延伸为深度龟裂，皮层42厚度逐步减少，最终皮层42厚度能够减小至原始厚度的1/2左右。
如图2所示，光催化纤维40绕过若干杆体31，并且光催化纤维40由一行杆体31向另一行杆体31往复交错绕行，即光催化纤维40依次绕过两行杆体31，并上下交错绕行，以实现对光催化纤维40分段拉伸，均匀各段龟裂程度，控制二氧化钛颗粒的裸露，即催化面积。
具体在本实施例中，牵拉板32上由左至右依次设置了杆体a1、杆体a2、杆体a3、杆体a4、杆体a5和杆体a6，牵拉板32的下方由左至右依次设置了杆体b1、杆体b2、杆体b3、杆体b4和杆体b5，光催化纤维40由处理池10底部的紫外灯管20向上依次绕过杆体a1、杆体b1、杆体a2、杆体b2、杆体a3、杆体b3、杆体a4、杆体b4、杆体a5、杆体b5和杆体a6，光催化纤维40的另一端可与对应的杆体31固定，或优选地，与处理池10底部的另一紫外灯管20连接，以由从光催化纤维40的两端对其传输光源，以提供较多的光能。一般可根据限位槽311的数量设置光催化纤维40的数量，优选多根光催化纤维40之间相互等距平行。
当然，本实施例以及附图中，为描述方便以及图示清楚，仅给出了个位数级别的光催化纤维40数量，以及个位数级别的杆体31数量，但可以理解的是，为了实现更加高效的污水净化速率，可以是设置千位数级别的光催化纤维40数量，甚至更多，通过控制排布的密集度来控制净化速率。为了配合更长的光催化纤维40或者是对光催化纤维40实现更精细的分段拉伸，可以设置更多的杆体31。
使用过程中，通过拉伸使光催化纤维40的皮层42龟裂，龟裂一方面使得覆盖在纤维表面的污物或反应物能够至少部分掉落，起到一定清洁作用，恢复裸露表面的二氧化钛颗粒，另一方面，由龟裂位置向内裸露出内部的二氧化钛颗粒，由此两点避免催化反应放缓或中止的现象，并且通过控制二氧化钛颗粒的裸露率也能够在一定程度上控制催化反应进程。拉伸同时使得芯层41表面毛躁，提高光线折射、散射和反射概率，从而使得更多光线能够穿透芯层41，激发二氧化钛催化反应。进一步地，皮层42的硬度大于芯层41的硬度，以加大皮层42、芯层41之间的摩擦，进一步加大芯层41表面毛躁，提高光线折射、散射和反射概率，例如芯层采用聚碳酸酯，皮层采用涤纶材料，当然不限于此。
根据本发明的一优选实施方式，如图4所示，水处理设备还包括设置于处理池10内的搅拌组件60，搅拌组件60包括旋转轴61以及围绕旋转轴61的轴线、轴向设置的若干叶片62。通过搅拌组件60对处理池10内的污水实现搅动，减少污水内有机物下沉聚集，使其充分与催化剂、紫外光接触，实现降解。优选地，每100平方米设置一搅拌组件60，搅拌组件60的高度在1米左右。可以理解的是，旋转轴61连接有电机，由电机控制转动，电机的选择要根据转速要求，旋转轴61上负载叶片62的数量，以及处理水量等因素灵活选择。
根据本发明的一优选实施方式，如图5所示，若干光催化纤维40的至少一端连接有卡接板50，卡接板50与紫外灯管20或处理池10卡接，卡接板50上设置有若干通孔51，光催化纤维40穿过通孔51，并与通孔51的内壁固定，固定方式可以采用胶粘等。具体在本实施例中，紫外灯管20嵌设于处理池10底部，并与底部表面齐平，以形成平滑面，方便清洁以及设置其他部件。卡接板50与处理池10卡接，光催化纤维40穿过通孔51并固定，其端面正对紫外灯管20以接收光源。通过更换卡接板50即能够批量更换光催化纤维40，实现整体替换，拆装便捷。
根据本发明的一优选实施方式，如图6所示，杆体31上设置有环绕杆体31的若干限位槽311，若干限位槽311沿杆体31的长度方向排列，光催化纤维40设置于限位槽311内，以防止光催化纤维40聚集造成裸露催化面积减小，以及进一步通过限位槽311内的凸点，增加与光催化纤维40的摩擦，减小光催化纤维40的位移，提高分段龟裂效果。虽然附图中仅显示出个位数级别的限位槽311数量，但可以理解的是，限位槽311可以更加密集地设置，以匹配更高数量级的光催化纤维40根数，实现密集排布，提高净化效率。
根据本发明的一优选实施方式，光催化纤维40的皮层42横截面为扁片结构，以获得更大的比表面积。具体在本实施例中，光催化纤维40的皮层42横截面为近似矩形形状，其长边具有波浪起伏。
进一步优选地，光催化纤维40的横截面最大长度为5-10cm，以能够获得较大的龟裂深度。
本发明还公开了一种内置光路的光催化纤维水处理设备的使用方法，包括以下步骤：
移动牵拉板32，使得两行杆体31至适当间距；
将光催化纤维40的一端面面向紫外灯管20，并固定；
将光催化纤维40由一行杆体31向另一行杆体31往复交错绕行，并将光催化纤维40的两端固定；
启动紫外灯管20；
定时或根据污水处理情况，移动牵拉板32以加大两行杆体31的间距，对光催化纤维40拉伸，使光催化纤维40表面产生龟裂结构。
根据本发明的一优选实施方式，定时或根据污水处理情况，间隔20-40min启动搅拌组件60，搅拌组件60设置于处理池10内，并包括旋转轴61以及围绕旋转轴61的轴线、轴向设置的若干叶片62。
根据本发明的一优选实施方式，适当间距为使得光催化纤维40绕行后处于非拉伸状态的距离。
综上，本发明通过处理池内部设置的光催化纤维处理污水，回收简单，无催化剂固体残留污染问题，同时能够通过对光催化纤维的拉伸，实现对二氧化钛颗粒裸露率的提高，在一定时间内持续处理污水，并在一定程度上实现对催化反应的控制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种内置光路的光催化纤维水处理设备，包括处理池和设置于所述处理池内的若干光催化纤维，其特征在于，所述处理池的底部设置有紫外灯管，所述处理池内设置有牵拉组件，所述光催化纤维与所述牵拉组件连接，所述紫外灯管面向所述若干光催化纤维的端面照射；
所述牵拉组件包括若干杆体和与部分杆体连接的牵拉板，所述若干杆体分两行设置，一行所述杆体的一端与所述牵拉板固定，另一行所述杆体的一端与所述处理池的侧壁固定，并且两行所述杆体在纵向上间隔分布，所述牵拉板能够带动一行所述杆体向远离另一行所述杆体的方向移动；
所述光催化纤维为皮芯结构，包括芯层和包裹于所述芯层外的皮层，所述芯层至少包括透明树脂，所述皮层至少包括透明成纤高聚物以及混入该透明成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒，所述光催化纤维绕过所述若干杆体，并且所述光催化纤维由一行所述杆体向另一行所述杆体往复交错绕行。
2.根据权利要求1所述的内置光路的光催化纤维水处理设备，其特征在于，所述皮层的硬度大于所述芯层的硬度。
3.根据权利要求1所述的内置光路的光催化纤维水处理设备，其特征在于，所述皮层由所述透明成纤高聚物混合所述纳米二氧化钛颗粒直接喷丝产生。
4.根据权利要求1所述的内置光路的光催化纤维水处理设备，其特征在于，所述若干光催化纤维的至少一端连接有卡接板，所述卡接板与所述紫外灯管或处理池卡接，所述卡接板上设置有若干通孔，所述光催化纤维穿过所述通孔，并与所述通孔的内壁固定。
5.根据权利要求1所述的内置光路的光催化纤维水处理设备，其特征在于，所述杆体上设置有环绕所述杆体的若干限位槽，若干所述限位槽沿所述杆体的长度方向排列，所述光催化纤维设置于所述限位槽内。
6.根据权利要求1所述的内置光路的光催化纤维水处理设备，其特征在于，所述光催化纤维的横截面最大长度为5-10cm。
7.根据权利要求1所述的内置光路的光催化纤维水处理设备，其特征在于，还包括设置于所述处理池内的搅拌组件，所述搅拌组件包括旋转轴以及围绕所述旋转轴的轴线、轴向设置的若干叶片。
8.根据权利要求1-6任一所述的内置光路的光催化纤维水处理设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
移动所述牵拉板，使得两行所述杆体至适当间距；
将所述光催化纤维的一端面面向所述紫外灯管，并固定；
将所述光催化纤维由一行所述杆体向另一行所述杆体往复交错绕行，并将所述光催化纤维的两端固定；
启动所述紫外灯管；
定时或根据污水处理情况，移动所述牵拉板以加大两行所述杆体的间距，对所述光催化纤维拉伸，使所述光催化纤维表面产生龟裂结构。
9.根据权利要求8所述的内置光路的光催化纤维水处理设备的使用方法，其特征在于，定时或根据污水处理情况，间隔20-40min启动搅拌组件，所述搅拌组件设置于所述处理池内，并包括旋转轴以及围绕所述旋转轴的轴线、轴向设置的若干叶片。
10.根据权利要求8所述的内置光路的光催化纤维水处理设备的使用方法，其特征在于，所述适当间距为使得所述光催化纤维绕行后处于非拉伸状态的距离。
技术总结