本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种光催化纤维污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。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光催化纤维污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：
一种光催化纤维污水处理设备，包括处理池和设置于所述处理池内的光催化纤维，所述处理池的底部和/或侧壁设置有紫外灯管，所述处理池内设置有至少两组相配合的驱动组件以及和所述驱动组件固定的若干杆体，所述至少两组驱动组件能够带动所述杆体相对运动，所述光催化纤维由一组所述驱动组件上的所述杆体向另一组所述驱动组件上的所述杆体往复交错绕行；
所述光催化纤维至少包括成纤高聚物以及混入该成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒，所述成纤高聚物混合所述纳米二氧化钛颗粒直接喷丝产生所述光催化纤维；
所述处理池的侧壁上设置有沿其深度方向设置的滑槽，所述驱动组件包括底板和与所述滑槽相对应的控制滑块，所述控制滑块设置于所述滑槽内，并与所述底板固定，所述控制滑块带动所述底板沿所述滑槽移动，若干所述杆体固定于所述底板上，并沿其长度方向排布。
优选地，所述光催化纤维为皮芯结构，包括皮层和包覆于所述皮层内的芯层，，所述皮层至少包括成纤高聚物以及混入该成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒。
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，所述杆体上设置有环绕所述杆体的若干导向槽，若干所述导向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导向槽内。
优选地，多个所述驱动组件两两平行排布。
优选地，平行排布的两所述驱动组件上的若干所述杆体在纵向上交错排布。
优选地，所述光催化纤维的横截面最大长度为5-10cm。
优选地，所述光催化纤维的横截面为扁片结构。
优选地，所示导向槽内设置有若干凸点。
本发明还提供一种光催化纤维污水处理设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
调整相配合的两组驱动组件至适当行间距；
将所述光催化纤维由一组所述驱动组件上的所述杆体向另一组所述驱动组件上的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，调整相配合的两组驱动组件上的所述杆体的行间距以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，所述适当行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，通过一次设置光催化纤维能够持续处理污水，在一定程度上实现对催化反应的控制。
(2)本发明通过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，降低了设备制造成本。
(3)本设备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。
(4)本发明通过光催化纤维依次绕过两组杆体，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，并进一步通过导向槽，防止光催化纤维聚集造成裸露催化面积减小，以及进一步通过导向槽内的凸点，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。
(5)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，使其充分与催化剂、紫外光接触，实现降解。
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为本发明的立体示意图；
图2为图1中去除驱动组件、杆体以及光催化纤维后的透视示意图；
图3为本发明的杆体的立体放大示意图；
图4为图1的剖视示意图；
图5为本发明中光催化纤维的剖视示意图。
具体地，10-处理池，11-滑槽，
20-紫外灯管，
30-驱动组件，31-底板，32-控制滑块，
40-杆体，41-导向槽，
50-光催化纤维，
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装置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。
图1示出了一种光催化纤维污水处理设备的立体结构示意图。
如图1所示，一种光催化纤维污水处理设备，包括处理池10和设置于处理池10内的光催化纤维50，通过处理池10内部设置的光催化纤维50处理污水，催化剂回收简单，无催化剂固体残留污染问题，同时能够通过对光催化纤维50的拉伸，实现对催化面积的不断更新，即二氧化钛颗粒裸露率的提高，通过一次设置光催化纤维能够持续处理污水，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。
光催化纤维50至少包括成纤高聚物以及混入该成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒，成纤高聚物混合所述纳米二氧化钛颗粒直接喷丝产生所述光催化纤维。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，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，因此纤维生产成本低。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。使用过程中，通过拉伸使光催化纤维50的外表面龟裂，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。
优选地，光催化纤维为皮芯结构，包括皮层和包覆于所述皮层内的芯层，，皮层至少包括成纤高聚物以及混入该成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒，以参加催化反应并形成龟裂提高二氧化钛颗粒的裸露率，而芯层主要起到连接作用，一般不会产生龟裂，因此无需掺入二氧化钛颗粒，以降低纤维生产成本。进一步优选地，皮层厚度至少为芯层厚度的1倍，拉伸过程中，皮层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，皮层厚度逐步减少，最终皮层厚度能够减小至原始厚度的1/2左右。
为更好地响应光催化纤维，处理池10的底部和/或侧壁设置有紫外灯管20，用于照射光催化纤维，其波长范围优选为250-380nm。处理池10内设置有至少两组相配合的驱动组件30以及和驱动组件30固定的若干杆体40，至少两组驱动组件30能够带动杆体40相对运动，光催化纤维50由一组驱动组件30上的杆体40向另一组驱动组件30上的杆体40往复交错绕行，以实现对光催化纤维的固定和拉伸。并且光催化纤维50依次绕过两组杆体40，并上下交错绕行，通过两组驱动组件30相对运动，扩大之间行间距，实现对光催化纤维50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，在一定程度上控制催化进程。为实现对位于处理池10内部的杆体40的平稳升降，优选在处理池10相对的两侧壁均设置两组驱动组件30，即杆体40的两端均连接驱动组件30，通过两端的驱动组件30的同步运动，实现杆体40的平稳升降。
具体而言，处理池10的侧壁上设置有沿其深度方向设置的滑槽11(如图2所示)，驱动组件30包括底板31和与滑槽11相对应的控制滑块32，控制滑块32设置于滑槽11内，并与底板31固定，控制滑块32带动底板31沿滑槽11移动，可以理解的是，控制滑块32连接有电机，由电机控制滑动，电机的选择要根据控制滑块32的负重以及处理水量等因素灵活选择。若干杆体40固定于底板31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均匀分段，实现均匀拉伸。
图2示出了一种光催化纤维污水处理设备的透视结构示意图，其中，省略驱动组件、杆体以及光催化纤维。
根据本发明的一优选实施方式，如图2所示，该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，搅拌组件的高度在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。
图3示出了一种光催化纤维污水处理设备中杆体的立体放大示意图。
根据本发明的一优选实施方式，如图3所示，杆体40上设置有环绕杆体40的若干导向槽41，若干导向槽41沿杆体40的长度方向排列，光催化纤维50设置于导向槽41内，以防止光催化纤维50聚集造成裸露催化面积减小，以及进一步通过导向槽41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。虽然附图中仅显示出个位数级别的导向槽41数量，但可以理解的是，导向槽41可以更加密集地设置，以匹配更高数量级的光催化纤维根数，实现密集排布，提高净化效率。
图4示出了一种光催化纤维污水处理设备的剖视结构示意图。
根据本发明的一优选实施方式，如图4所示，多个驱动组件30两两平行排布。进一步地，平行排布的两驱动组件30上的若干杆体40在纵向上交错排布。具体地，光催化纤维50绕过若干杆体40，并且光催化纤维50由一组杆体40向另一组杆体40往复交错绕行。具体在本实施例中，上方底板31上由左至右依次设置了杆体a1、杆体a2、杆体a3、杆体a4和杆体a5，下方底板31上由左至右依次设置了杆体b1、杆体b2、杆体b3和杆体b4，光催化纤维50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，光催化纤维50的两端可与对应的杆体40固定，一般可根据导向槽41的数量设置光催化纤维50的数量，优选多根光催化纤维50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数量，以及个位数级别的杆体数量，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或者是对光催化纤维实现更精细的分段拉伸，可以设置更多的杆体。
图5示出了一种光催化纤维污水处理设备中光催化纤维的剖视结构示意图。
根据本发明的一优选实施方式，如图5所示，光催化纤维50的横截面为扁片结构，以获得更大的比表面积。具体在本实施例中，光催化纤维50的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50的横截面最大长度为5-10cm，以能够获得较大的龟裂深度。
本发明还提供一种光催化纤维50污水处理设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
调整相配合的两组驱动组件30至适当行间距；
将光催化纤维50由一组驱动组件30上的杆体40向另一组驱动组件30上的杆体40往复交错绕行，并将光催化纤维50的两端固定；
启动紫外灯管20；
定时或根据污水处理情况，调整相配合的两组驱动组件30上的杆体40的行间距以对光催化纤维50拉伸，使光催化纤维50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，适当行间距为使得光催化纤维50绕行后处于非拉伸状态的距离。
综上所述，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，实现二氧化钛颗粒裸露率的提高，通过一次设置光催化纤维能够持续处理污水，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。
1.一种光催化纤维污水处理设备，包括处理池和设置于所述处理池内的光催化纤维，其特征在于，所述处理池的底部和/或侧壁设置有紫外灯管，所述处理池内设置有至少两组相配合的驱动组件以及和所述驱动组件固定的若干杆体，所述至少两组驱动组件能够带动所述杆体相对运动，所述光催化纤维由一组所述驱动组件上的所述杆体向另一组所述驱动组件上的所述杆体往复交错绕行；
所述光催化纤维至少包括成纤高聚物以及混入该成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒，所述成纤高聚物混合所述纳米二氧化钛颗粒直接喷丝产生所述光催化纤维；
所述处理池的侧壁上设置有沿其深度方向设置的滑槽，所述驱动组件包括底板和与所述滑槽相对应的控制滑块，所述控制滑块设置于所述滑槽内，并与所述底板固定，所述控制滑块带动所述底板沿所述滑槽移动，若干所述杆体固定于所述底板上，并沿其长度方向排布。
2.根据权利要求1所述的光催化纤维污水处理设备，其特征在于，所述光催化纤维为皮芯结构，包括皮层和包覆于所述皮层内的芯层，所述皮层至少包括成纤高聚物以及混入该成纤高聚物内的纳米二氧化钛颗粒。
3.根据权利要求1所述的光催化纤维污水处理设备，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。
4.根据权利要求1所述的光催化纤维污水处理设备，其特征在于，所述杆体上设置有环绕所述杆体的若干导向槽，若干所述导向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导向槽内。
5.根据权利要求1所述的光催化纤维污水处理设备，其特征在于，多个所述驱动组件两两平行排布。
6.根据权利要求1所述的光催化纤维污水处理设备，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所述的光催化纤维污水处理设备，其特征在于，所述光催化纤维的横截面为扁片结构。
8.根据权利要求1-2、4-7任一所述的光催化纤维污水处理设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
调整相配合的两组驱动组件至适当行间距；
将所述光催化纤维由一组所述驱动组件上的所述杆体向另一组所述驱动组件上的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，调整相配合的两组驱动组件上的所述杆体的行间距以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所述的光催化纤维污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所述的光催化纤维污水处理设备的使用方法，其特征在于，所述适当行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