高鹽廢水的光電催化處理系統及方法與流程

2023-06-03 12:40:36 1

本發明涉及一種廢水處理技術領域，且特別涉及一種高鹽廢水的光電催化處理系統及方法。

背景技術：

隨著我國工業化水平的不斷提高，工業用水量不斷增加，工業生產過程如石油煉製、化工產品生產等產生大量工業廢水，廢水中常含有大量人工合成類難降解有機汙染物如苯類、聯苯類、酚類等，該類物質一般具有結構穩定、毒性大、生物降解周期長等特點，一經排入水體對地表水環境造成嚴重汙染。光電催化氧化技術作為一種高級氧化處理技術，它通過極板表面光催化作用，使系統內產生大量強氧化基團，如羥基自由基，從而使廢水中汙染物分解為二氧化碳和水，實現汙染物的快速有效去除，將光電催化氧化技術用於工業廢水深度處理具有氧化性強、對汙染物無選擇性、反應時間短等特點，但同時也存在一些技術問題，主要表現為：系統汙染物去除能力較低，無法有效調節廣電催化反應速率，光電催化氧化體系容易產生「濃差極化」現象，尤其當汙染物底物濃度較低時，汙染物不能及時擴散，造成光電催化氧化效率顯著下降，能耗增大，處理成本增加；極板抗汙染性較差，極板表面易結垢，長時間運行後，造成塗層脫落，極板使用壽命降低，並影響出水水質和系統運行穩定性。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種高鹽廢水的光電催化處理系統，實現光催化系統與電催化氧化系統的有機結合，有效調節提高光電催化氧化效率，強化系統汙染物去除能力和抗染汙能力，同時延長電極板使用周期。

本發明的另一目的在於提供一種高鹽廢水的光電催化處理方法，有效降解高鹽廢水的有機物，使高鹽廢水快速達到合格排放標準。

本發明解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。

本發明提出一種高鹽廢水的光電催化處理系統，包括光電催化處理設備，光電催化處理設備開設有進水口與出水口，光電催化處理設備連通有曝氣裝置。

其中，光電催化處理設備開設有電解槽，電解槽內間隔設置有陽極電極板與陰極電極板，光電催化處理設備包括與電解槽可拆卸配合的蓋體，蓋體開設有開口，蓋體包括罩覆於開口的保護殼，以及滑動嵌設於開口的第一滑塊與第二滑塊，第一滑塊、第二滑塊分別與陽極電極板、陰極電極板連接並帶動陽極電極板、陰極電極板沿開口的延伸方向滑動，保護殼連通有抽氣泵，陽極電極板與陰極電極板分別穿過保護殼電連接有電源，電解槽內填充有光電催化劑，電解槽位於陽極電極板遠離陰極電極板的一側設有多個紫外燈。

本發明提出一種高鹽廢水的光電催化處理方法，將高鹽廢水經上述光電催化處理系統處理。

本發明較佳實施例的提供的高鹽廢水的光電催化處理系統及方法的有益效果是：通過對陽極電極板、陰極電極板以及紫外燈管之間距離的調節，有效調控光催化反應效率，通過調節陰極電極板相對於陽極電極板之間的距離，攪動水流，有效促進廢水內氧氣的含量，促進光電催化反應效率，同時攪動的水流有效避免了發生「濃差極化」現象，使汙染物及時擴散，增強電催化氧化效率，且由於催化電解產生的陰極電極板和光電催化劑表面的氣液兩相流，增大了二者表面湍流程度，減緩二者表面結垢的趨勢，延長使用時間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明第一實施例提供的高鹽廢水的光電催化處理系統的結構示意圖；

圖2為本發明第一實施例提供的光電催化處理設備的結構示意圖；

圖3為本發明第一實施例提供的第一滑塊的結構示意圖；

圖4為本發明第一實施例提供的第一安裝孔的剖面結構示意圖。

圖標：100-高鹽廢水的光電催化處理系統；200-光電催化處理設備；210-電解槽；211-進水口；220-蓋體；221-蓋體本體；222-開口；223-滑槽；224-第一滑塊；225-第一推桿；226-第一滑塊本體；227-第二滑塊；228-第二推桿；229-第二滑塊本體；230-保護殼；231-第一安裝孔；232-密封圈；240-陽極電極板；241-導線；250-陰極電極板；260-電源；270-光電催化劑；280-紫外燈；290-抽氣泵；300-尾氣處理設備；400-曝氣裝置；500-固液分離設備；510-排汙口；520-出液口。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「內」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

第一實施例

請參閱圖1，本實施例提供一種高鹽廢水的光電催化處理系統100，包括光電催化處理設備200、曝氣裝置400以及固液分離設備500。

請參閱圖2，光電催化處理設備200開設有電解槽210，以及與電解槽210連通的進氣口(圖未示)、進水口211以及排水口(圖未示)，其中進水口211以及排水口均連通有閥門進行控制水流量。

光電催化處理設備200包括蓋體220、陽極電極板240、陰極電極板250、紫外燈280、電源260、光電催化劑270以及抽氣泵290。

具體地，蓋體220包括蓋體本體221、第一滑塊224、第二滑塊227以及保護殼230。

其中，蓋體本體221與電解槽210可拆卸配合，從而便於清洗電解槽210內部以及更換電解槽210內零部件。蓋體本體221開設有貫穿蓋體本體221的開口222，該開口222優選為狹長形開口222。

本實施例中，蓋體本體221沿開口222的長度方向的兩側沿開口222設置有滑槽223，其中，第一滑塊224與第二滑塊227分別滑動嵌設於滑槽223內。

具體地，請參閱圖3，第一滑塊224包括相互連接的第一推桿225和第一滑塊本體226，通過外力推動第一推桿225帶動第一滑塊本體226沿開口222的長度方向滑動。優選地，第一推桿225沿開口222的寬度方向的長度小於開口222的寬度方向，即第一推桿225與開口222留有間隙，便於降解產生的廢氣從電解槽210中溢出。

其中第二滑塊227與第一滑塊224對稱設置，且第二滑塊227的結構與第一滑塊224的結構相同，即第二滑塊227包括相互連接的第二推桿228、第二滑塊本體229，在此不做贅述。

保護殼230罩覆於開口222的上端，用於防止氣體直接溢出至大氣汙染環境。優選地，保護殼230開設有通孔(圖未示)以及與第一推桿225配合的第一安裝孔231、與第二推桿228配合的第二安裝孔(圖未示)。

請一併參閱圖3以及圖4，第一安裝孔231沿其軸向的兩端設置有臺階，臺階處設置有密封圈232，用於防止廢氣從第一安裝孔231與第一推桿225的間隙處溢出，汙染環境。第二安裝孔結構與第一安裝孔231的結構相同，也安裝有密封圈232，在此不做贅述。

陽極電極板240設置於電解槽210內且與第一滑動塊本體的中心連接，從而第一滑塊224滑動時帶動陽極電極板240滑動，本實施例中，即陽極電極板240沿垂直於陽極電極板240的延伸方向運動。

陽極電極板240為鈦基材表面固載錫銥系氧化物以及貴金屬製備而成的網狀貴金屬陽極電極板，貴金屬物質為鉑、釕、銣和鋯中的至少一種，本實施例中，優選為陽極電極板240為鈦基材表面固載錫銥系氧化物以及貴金屬鋯製備而成的網狀貴金屬陽極電極板，其光催化活性高，效果佳。

陰極電極板250設置於電解槽210內且與第二滑動塊本體的中心連接，從而第二滑塊227滑動時帶動陰極電極板250滑動，且當第一滑動塊本體與第二滑動塊本體互相牴觸時，陰極電極板250與陽極電極板240之間留有間隙，防止陰極電極板250與陽極電極板240之間距離過近導致的二者之間的電容過高，擊穿陰極電極板250與陽極電極板240，導致的維修成本增加；並且，陰極電極板250與陽極電極板240之間的距離過近時，還會導致二者之間不易分布光電催化劑270。

陰極電極板250的材質可以為鈦、不鏽鋼、活性炭纖維、多孔石墨等，本實施例中優選為鈦，其在催化電解產生時，會在表面產生氣液兩相流，增大了表面湍流程度，減緩其表面結垢的趨勢，延長使用時間。

本實施例中，陰極電極板250沿垂直於陰極電極板250的延伸方向運動。

優選地，陽極電極板240遠離電解槽210的一端與陰極電極板250遠離電解槽210的一端均通過穿設於通孔內的導線241與電源260電連接，優選地，導線241呈螺旋狀，從而在線長不變的基礎上滿足陽極電極板240與陰極電極板250的相對滑動導致的距離變化，節省製作成本。

通過上述陰極電極板250與陽極電極板240與電源260電連接，具體地，電源260為低壓直流電源，從而使離子定向運動，其電流大小可根據實際情況進行調節。且高鹽廢水可以有效降低槽電壓，降低耗電，減少耗能，並有效沉澱高鹽廢水中的Ca2+、Mg2+等。

反應進行過程中，由於汙染物不斷降解，濃度變低不能及時擴散，會造成光電催化氧化效率顯著下降，通過移動陽極電極板240與陰極電極板250之間的位置，帶動水流波動，既使汙染物擴散，消除或降低「濃差極化」現象，也使光電催化劑270擴散，以及增大溶氧量，提高光電催化氧化效率。還可以針對不同類型的高鹽廢水，根據實際情況在反應開始前調整陽極電極板240與陰極電極板250之間的距離，在最優化的槽電壓範圍內進行高鹽廢水的處理，提升催化氧化效率。

光電催化劑270以多孔三氧化二鋁或多孔二氧化矽為載體，表面負載有二氧化鈦、二氧化鋯中的至少一種活性物質，光電催化效果佳，優選地，光電催化劑270的粒徑為1-9cm，催化效率較佳的基礎上便於分離。

紫外燈280設置於電解槽210位於陽極電極板240遠離陰極電極板250的一側，用於與光電催化劑270、陽極電極板240、陰極電極板250配合，形成光催化系統，有效降解高鹽廢水內的有機物。紫外燈280與電源260電連接。

抽氣泵290與出氣口連通，用於抽離電解槽210產生的廢氣，優選地，抽氣泵290遠離出氣口的一端連通有尾氣處理設備300。

曝氣裝置400與進氣口連通，優選地，曝氣裝置400採用氧氣、空氣或臭氧作為曝氣介質，提高廢水中氧氣含量，提高光電催化氧化效率，有效降解有機物。

固液分離設備500與排水口連通，具有排汙口510以及出液口520，其中，光電催化反應後得到的液體經出液口520流出，進入下一級廢水處理系統，而經降解產生的固體沉澱則經排汙口510排出。

本發明還提供了一種由上述光電催化處理系統處理的高鹽廢水的光電催化處理方法，具體地，將高鹽廢水通過進水口211進入電解槽210內，打開電源260，進行光電催化氧化，期間，曝氣裝置400不斷進行壓縮空氣並輸入至電解槽210內，還可調整陰極電極板250、陽極電極板240以及紫外燈280三者之間的距離，調整光電催化氧化進程，同時帶動高鹽廢水流動，增大溶氧量以及避免發生「濃差極化」現象。反應期間，產生的廢氣經由抽氣泵290抽出輸入至尾氣處理設備300中，進行處理，反應完成後，產生的固體沉澱經固液分離設備500的排汙口510排出，經光電催化氧化處理後的廢水經固液分離設備500的出液口520輸出。

綜上所述，本發明較佳的實施例提供的高鹽廢水的光電催化處理系統及方法，操作工方便，耗能地，能夠有效促進光電催化氧化效率，節省成本。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。