??? 3.2　非聚光式反應(yīng)器
??? 非聚光反應(yīng)器通常由一個傾斜放置的固定裝置構(gòu)成，傾斜的角度取決于當(dāng)?shù)氐奶柸肷浣恰Ｋ鼪]有專門的太陽光追蹤器，可以同時利用直射光和散射光。Bird等研究表明，1.5個AM (air mass)的條件下，到達(dá)地球表面的太陽光輻射，散射部分[Edif(300~400 nm)=24.3 W/m2]和直射部分[Edir(300~400 nm) = 25.0 W/m2]幾乎相等。這意味著，在陰天或潮濕的環(huán)境中，非聚光反應(yīng)器有更好的效果。
??? A 薄膜固定反應(yīng)床(TFFBR)
??? TFFBR是較早的一種非聚光式反應(yīng)器。Bockelmann將P25型TiO2附著在傾斜的平板上，使污水通過100μm的薄膜，以蠕動泵控制流量為1~6.5 L/h。其與PTC相比，有較好的效果。Nogueira等將平均粒徑為30 nm的TiO2以約10 g/m2的均質(zhì)層形式固定在平板玻璃上。受污染的水可以單程方式流動，也可以循環(huán)方式流動。研究了平板形狀、摩爾流量、污水層厚度等對降解效果的影響。
??? B 雙層板反應(yīng)器(DSSR)
??? DSSR由一個平板和一個透明的扁箱構(gòu)成。催化劑為粉末狀態(tài)，隨水流在通道中湍流循環(huán)。Bahnamann等設(shè)計了以聚甲基丙烯酸甲酯為主要成分的有機玻璃構(gòu)成的雙層板反應(yīng)器。在紫外輻射為(20~40) W/m2的條件下，研究二氯醋酸的降解情況:在250 min內(nèi)，TOC的去除率達(dá)到了78%。
??? 非聚光式反應(yīng)器可以同時利用直射和散射部分的太陽光能，適合不同的氣候條件，有較高的量子效率(電子-空穴復(fù)合率低)和光學(xué)效率。其結(jié)構(gòu)簡單，對材質(zhì)無特殊要求，投資費用少。但由于非聚光反應(yīng)器的反應(yīng)表面很大，難以應(yīng)用于大流量的水處理。
??? 3.3　低聚光式反應(yīng)器
??? 聯(lián)合拋物面式反應(yīng)器(CPCs)是PTC的一種，但它沒有太陽光追蹤器，由兩個靜止不動的拋物面型凹槽構(gòu)成，焦線在兩部分連接處的上方。特殊的幾何學(xué)構(gòu)造使之幾乎可以搜集所有方向的光線(包括直射光和大部分散射光)。
??? CPCs是目前應(yīng)用最多的一種反應(yīng)器。其反應(yīng)一般在透光性較好的材料制成的玻璃管和塑料管中進(jìn)行。催化劑或負(fù)載于載體填充在管中，或涂于管壁上，也有直接使用懸漿狀的。為了充分利用太陽光，一般還在反應(yīng)管的背光面安裝反射性能好的鋁板。考慮到試驗的地點和持續(xù)時間，反應(yīng)板一般傾斜放置，有利于吸收最大的太陽輻射。西班牙PSA實驗室的CPCs裝置由6個相同的模塊構(gòu)成，每個模塊有8個平行的鋁面聚光器[1.22×0.152×8=1.48(m2)]，聚光器的焦線上固定著透明的Teflon管，污水和懸浮態(tài)的TiO2在其中流動?？偭髁靠梢赃_(dá)到2 250~8 000 L/h。CPCs兼具了聚光式反應(yīng)器和非聚光式反應(yīng)器的優(yōu)點，具有大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的潛力，對它的優(yōu)化設(shè)計是目前研究的主要方向
??? 4、應(yīng)用實例與研究進(jìn)展
??? 盡管太陽光二氧化鈦光催化技術(shù)顯示了非凡的潛力，但目前國內(nèi)對它的研究還主要停留在實驗室階段。國外已有一些太陽光催化氧化進(jìn)行應(yīng)用和現(xiàn)場試驗的報告。美國國家Sandia實驗室、Lawrence Livermoore實驗室以及西班牙PSA中心都對此作了大量的研究。
??? SERI實驗室在美國新墨西哥城組裝了中試規(guī)模的PTC反應(yīng)裝置，研究其對三氯乙烯(TCE)的去除效果。在TiO2投加量為0.1%的情況下，TCE的濃度由200 mg/L降至5 mg/L。
??? Grittenden等在管狀的光反應(yīng)器里填充了負(fù)載于硅膠上的摻鉑TiO2，研究其對經(jīng)過了前處理(充氧和去除離子)的苯、甲苯、乙苯、二甲苯的去除效果。經(jīng)過連續(xù)25 d的觀察，認(rèn)為其處理效果良好，只需6.5 min二甲苯就能被完全分解。
??? 美國佛羅里達(dá)州的Gainesville采用了一套R2000太陽能氧化反應(yīng)器系統(tǒng)作為活性炭吸附的補救技術(shù)。經(jīng)過一段時間的對比運行發(fā)現(xiàn)，與原有的活性炭吸附比較，其有安裝費用低，消毒效果好，以及運行費用少的優(yōu)點。而且，R2000系統(tǒng)釋放“無殘余毒物”的物質(zhì)而不需要再進(jìn)行后處理以防二次污染。該技術(shù)的最大處理量達(dá)到了3.78×103m3/d。
??? Ljubas等研究利用太陽光催化氧化技術(shù)去除湖水中的天然有機物(NOM)作為飲用水的預(yù)處理工藝。在克羅地亞共和國亞得利亞海島或達(dá)爾馬提亞地區(qū)，將湖水曝曬在太陽光下(不使用集中的反應(yīng)器)，通過組合不同TiO2和雙氧水的投量，研究天然有機物的降解，確定了天然有機物最佳降解工況時的TiO2投加量。
??? Gelover等通過溶膠-凝膠法將不同種類的TiO2光催化劑固定到玻璃柱上，與日光消毒法(SODIS)進(jìn)行比較，考察其在日光下殺滅大腸桿菌的有效性。結(jié)果顯示，TiO2參與的消毒過程明顯好于SODIS法。在陽光充足的日子里(光照度>1 000 W/m2)，固定化的TiO2光照15 min可以徹底鈍化糞大腸肝菌，鈍化總大腸桿菌則需要30 min。通過測試TiO2光照消毒后水中細(xì)菌的現(xiàn)象證明，該工藝至少可以使水的潔凈狀況保持7天以上。
??? Rincon等]研究了在大型CPC反應(yīng)器中，不同劑量或不同配比TiO2光催化劑的消毒過程。當(dāng)水量為20.5 L/min時，處理后在暗處放置24 h的水樣未觀測到細(xì)菌的復(fù)活。
??? Santana等研究了8:00~17:00太陽光照射下Nb2O5-TiO2系統(tǒng)對酒廠的降解效果，TOC的去除率達(dá)到55%。西班牙PSA中心近十年來為太陽光催化氧化技術(shù)的工業(yè)化和商業(yè)化作出了巨大的努力，他們分別在一些農(nóng)藥廠以及一些難生物降解的和市政污水處理上取得了較好的應(yīng)用成果，已經(jīng)開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的太陽光催化氧化反應(yīng)器的研制。
??? Malato等研究了CPC反應(yīng)器中TiO2/Fenton對4種水溶性殺蟲劑(敵草隆、吡蟲啉、伐蟲脒、滅多威)的降解效果。試驗由兩組相同的系統(tǒng)構(gòu)成，每組有3個搜集器，1個水池和1臺水泵。搜集器(1.03 m2)安裝在傾斜角37°(當(dāng)?shù)鼐暥?平面上，上面固定有8個相連接的派熱克斯玻璃管。水量為20 L/min，直接從一格流入另一格，最后匯入水池。試驗結(jié)果顯示，初始濃度為50 mg/L的吡蟲啉、伐蟲脒、滅多威以及初始濃度為30 mg/L的敵草隆，最終的礦化程度達(dá)到了90%。
??? Marugan等研究了在同樣的反應(yīng)器中，硅載TiO2太陽光催化降解二氯乙酸的效果，結(jié)果顯示，F(xiàn)e/TiO2體系與TiO2/Fenton體系降解效果相近。
??? Malato等研究了TiO2/Fenton系統(tǒng)與生物處理聯(lián)用處理工業(yè)的效果，作為設(shè)計工業(yè)化水廠的依據(jù)。CPC反應(yīng)器面積為100 m2，處理能力為250 L/h。原水的初始TOC為500 mg/L左右，并含有難生物降解有機物MPG (α-methylphenylglycine)。經(jīng)過TiO2/Fenton系統(tǒng)預(yù)處理后排入生物處理系統(tǒng)繼續(xù)處理。結(jié)果顯示，隨著母體化合物被氧化，生物降解能力增強。紫外線光照強度為22.9 W/m2左右時，MPG被充分降解和礦化。目前，該水廠已經(jīng)建成，正在運行調(diào)試中。眾多研究證明，太陽光催化氧化技術(shù)對于天然有機物、難生物降解有機物、農(nóng)藥、微生物等有著良好的處理效果，其接觸時間短，反應(yīng)徹底。雖然太陽光反應(yīng)器對光線要求的特殊性使之往往需要巨大的表面積，但由于其采用化學(xué)氧化的方法降解污染物，理論上，只要催化活性提高，反應(yīng)時間盡量縮短，完全可以適應(yīng)工業(yè)規(guī)模的要求。綜合考慮，在陽光資源豐富的地區(qū)，太陽光催化氧化技術(shù)無疑是一個適宜的飲用水處理和污水預(yù)處理的工藝。