公开(公告)日2017.10.20
IPC分类号C02F1/32; C02F1/461; B01J21/06; B01J21/18; B01J23/52
摘要
本发明涉及基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，包括进水口、出水口、污水净化罐、汇集处理罐、流体管路、气体管路、排水管路、换热器、水箱和供电设施，污水净化罐采用圆筒形外壳，前后分别设有前、后盖，易于安装、拆卸及移动使用。内部有圆形且表面具有多孔结构的光催化板、环形紫外灯管、电极等结构。本发明将光催化技术与电解技术结合，可以有效净化污水中的有机物质，并可以对污水中的细菌、病毒等微生物进行灭活，对含油污水净化效果良好，效率高。
摘要附图
权利要求书
1.基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：包括进水口、出水口、污水净化罐、汇集处理罐、流体管路、气体管路、排水管路、换热器、水箱和供电设施，所述污水净化罐以两两一组的方式进行排布，在每两组污水净化罐的下端连接一个汇集处理罐，含油污水从进水口进入，并沿着流体管路依次通过各汇集处理罐和污水净化装置，最终通过出水口完成净化循环，在污水净化罐的上端设置有气体管路，用于控制污水净化装置内的气压，以达到控制含油海水由流体管路顺畅的依次进入汇集处理罐和污水净化装置，在汇集处理罐的下端设置有排水管路，排水管路分别与每个汇集处理罐连通，在含油海水进入污水净化装置之前的流体管路上设置有换热器，并配备有水箱和供电设施;
所述污水净化罐包括外壳、前盖、后盖、光催化板、紫外灯管和电极，
基于光催化及电解技术的含油污水净化装置，其特征在于：包括外壳、前盖、后盖、光催化板、紫外灯管和电极，
外壳为管状结构，径向截面为圆形，外壳的内层边缘设置有空夹层，空夹层内设置有线缆;
在外壳内部沿外壳的径向平行设置有光催化板，光催化板的平面为圆形，圆形面积与外壳的截面面积相同，在光催化板上设置有圆孔，在光催化板的两侧平面上设置有光催化剂层;在光催化剂层中设置有二氧化钛光催化剂;
在外壳内部相邻的光催化板之间设置有紫外灯管，紫外灯管呈环状，沿外壳内壁设置，所述紫外灯管均与线缆相连接;
在外壳的前端设置有前盖，在外壳的后端设置有后盖，前盖与后盖具有相同的结构，在前盖平面上设置有两个进水口，在后盖平面上设置有两个出水口，进出水口的边缘设置有环形凸起，在进出水口平面中心设置有电极固定孔，在前盖的进水口与后盖的出水口之间设置两个电极，电极穿过光催化板的圆形孔，在电极表面设置有复合氮化碳的二氧化钛纳米带电极材料层。
2.根据权利要求1所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：在所述进水口处设置有泵进口压力指示计，在所述出水口处设置有泵出口压力指示计，在所述流体管路上设置有流量指示计。
3.根据权利要求1所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：所述光催化板的数量为四片，分别为第一光催化板、第二光催化板、第三光催化板和第四光催化板，四片光催化板将外壳内部的空间等分为五部分。
4.根据权利要求1所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：所述的圆形孔数量为8个，8个圆形孔分布在与光催化板同圆心的圆形圆周上。
5.根据权利要求1所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：所述的进水孔为水滴形，数量为6个，沿电极固定孔对称均匀分布。
6.根据权利要求1所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：所述二氧化钛光催化剂选用二氧化钛的片状纳米晶、纳米管、纳米线、石墨烯和二氧化钛复合材料或者铂金掺杂改型的二氧化钛，将所述二氧化钛光催化剂通过下述方法在光催化板表面进行负载，例如浸渍提拉、磁控溅射、溶胶—凝胶。
7.根据权利要求1所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：所述的复合氮化碳的二氧化钛纳米带电极材料层的制备方法如下所述：
称取25-30质量分的二氧化钛纳米带置于玛瑙研钵中研磨至没有明显的颗粒感，加入40-60质量分的PEG2000，100-120质量分的蒸馏水，400-500质量分的无水乙醇，充分研磨至浆液粘稠，将制备好的浆液均匀的涂抹在光催化板上，将制备好的膜静置干燥12-16h后置于马弗炉中，在室温条件下以2℃/min的速度进行升温至400-600℃，在400-600℃条件下煅烧1-3h。
8.根据权利要求7所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：所述二氧化钛纳米带的制备方法如下所述：
步骤一、锐钛矿粉末置于碱性环境下，升温至160℃至200℃，水热反应40至56h，取反应后悬浊液利用抽滤的方法进行水洗，并抽滤的方法进行酸洗，完成后干燥10-14h，在750-850℃条件下，煅烧1-3h，冷却至室温，完成TiO2纳米带的制备;
步骤二、取5-10质量分的硫脲溶于蒸馏水中，加入0.1质量分的TiO2纳米带后，超声并烘干，将干燥好的样品，在400-500℃的条件下煅烧2-5h，制成含氮化碳质量分数为50%-56%的TiO2纳米带样品。
9.根据权利要求7所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：在步骤一中，所述水热反应的升温温度优选为175℃至185℃，反应温度优选为46-50h，所述煅烧的温度优选为690-700℃，煅烧温度优选为1-2h。
10.根据权利要求7所述的基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，其特征在于：在步骤二中，所述煅烧温度优选为400-420℃。
说明书
基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体地说，涉及基于光催化及电解技术 的串并联结合含油污水净化系统。
背景技术
随着工业发展，石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械 加工等工业部门排放出大量含油污水，危害生态环境，对人类、动物和 植物乃至整个生态系统都产生不良的影响。污水中的油类物质会排放在 水中后会在水面形成油膜，使水中溶解氧含量降低，水体变臭，影响水 中藻类光合作用和其他水生生物生长。对于水体中的生物如鱼类，油污 附着在腮上会使鱼窒息死亡。若直接排放到土壤中，会影响土壤中微生 物代谢，降低农产品质量，甚至使农作物死亡及污染地下水。
压舱水是为了保持船舶平衡，而专门注入的水。压舱水除了常容易 带来外来物种入侵以外，还容易对环境造成直接污染。压舱水中不仅有 油污等污染物质，还包含大量细菌及不同生物的卵及幼虫等，需要消毒 杀菌处理来避免产生环境污染。
基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统是基于光催 化技术与电解处理废水技术对含油污水进行净化的装置。光催化空气净 化技术基于半导体理论，其催化降解污染物的原理为：在光源照射下， 光催化材料吸收的光子能量大于或等于其禁带宽度时，会产生空穴一电 子对，当空穴一电子对移动到催化剂表面时，与吸附在催化剂表面的有 害气体分子发生氧化还原反应，最终生成无毒无害的水和二氧化碳等物 质。电解法处理废水的原理是使废水中有害物质通过电解过程在阳、阴 两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质以实现废水净化的方 法。现有的基于光催化或电解的含油污水净化装置有许多缺点，如不便 移动使用，没有采用封闭外壳，易造成水体中有机物挥发产生二次污染， 净化效率低，净化不彻底、工艺复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对上述问题，提出基于 光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，采用圆筒形外壳， 前后分别设有前、后盖，易于安装、拆卸及移动使用。内部有圆形且表 面具有多孔结构的光催化板、环形紫外灯管、电极等结构。本发明将光 催化技术与电解技术结合，可以有效净化污水中的有机物质，并可以对污水中的细菌、病毒等微生物进行灭活，对含油污水净化效果良好，效 率高。
本发明的技术目的是通过以下技术方案予以实现：
基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统，包括进水 口、出水口、污水净化罐、汇集处理罐、流体管路、气体管路、排水管 路、换热器、水箱和供电设施，所述污水净化罐以两两一组的方式进行 排布，在每两组污水净化罐的下端连接一个汇集处理罐，含油污水从进 水口进入，并沿着流体管路依次通过各汇集处理罐和污水净化装置，最终通过出水口完成净化循环，在污水净化罐的上端设置有气体管路，用 于控制污水净化装置内的气压，以达到控制含油海水由流体管路顺畅的 依次进入汇集处理罐和污水净化装置，在汇集处理罐的下端设置有排水 管路，排水管路分别与每个汇集处理罐连通，在含油海水进入污水净化 装置之前的流体管路上设置有换热器，并配备有水箱和供电设施;
在上述技术方案中，在所述进水口处设置有泵进口压力指示计;
在上述技术方案中，在所述出水口处设置有泵出口压力指示计;
在上述技术方案中，在所述流体管路上设置有流量指示计;
所述污水净化罐包括外壳、前盖、后盖、光催化板、紫外灯管和电 极，
外壳为管状结构，径向截面为圆形，外壳的内层边缘设置有空夹层， 空夹层内设置有线缆;
在外壳内部沿外壳的径向平行设置有光催化板，光催化板的平面为 圆形，圆形面积与外壳的截面面积相同，在光催化板上设置有圆孔，在 光催化板的两侧平面上设置有光催化剂层;在光催化剂层中设置有二氧 化钛光催化剂;
在外壳内部相邻的光催化板之间设置有紫外灯管，紫外灯管呈环状， 沿外壳内壁设置，所述紫外灯管均与线缆相连接;
在外壳的前端设置有前盖，在外壳的后端设置有后盖，前盖与后盖 具有相同的结构，在前盖平面上设置有两个进水口，在后盖平面上设置 有两个出水口，进水口(出水口)的边缘设置有环形凸起，在进水口(出 水口)平面中心设置有电极固定孔，在进水口(出水口)平面圆心周围 设置进水孔，在前盖的进水口与后盖的出水口之间设置两个电极，电极穿过光催化板的圆形孔，电极的两端设置于电极固定孔内，在电极表面 设置有复合氮化碳的二氧化钛纳米带电极材料层。
在上述技术方案中，所述光催化板的数量为四片，分别为第一光催 化板、第二光催化板、第三光催化板和第四光催化板，四片光催化板将 外壳内部的空间等分为五部分。
在上述技术方案中，所述的圆形孔数量为8个，8个圆形孔分布在与 光催化板同圆心的圆形圆周上。
在上述技术方案中，所述的进水孔为水滴形，数量为6个，沿电极 固定孔对称均匀分布。
在上述技术方案中，所述的圆形孔直径大于电极的直径。
在上述技术方案中，所述的电极长度与外壳长度相同。
在上述技术方案中，所述二氧化钛光催化剂选用二氧化钛的片状纳 米晶、纳米管、纳米线、石墨烯和二氧化钛复合材料或者铂金掺杂改型 的二氧化钛，将所述二氧化钛光催化剂通过下述方法在光催化板表面进 行负载，例如浸渍提拉、磁控溅射、溶胶—凝胶。通过负载后，光催化 板上具备较大的二氧化钛负载面积，能够提高光催化去除空气中污染物 的效率，且避免光催化反应产生的二次污染对环境的影响。
上述进行二氧化钛光催化剂的制备和负载时，参考现有技术中有关 不同类型二氧化钛的制备方法及其负载方法，例如
(1)片状纳米晶：
Synthesis and Characterization of TiO2Nano-crystalline with Different Morphologies by Low-temper atur e Hydrothermal Method;ZHANG Xia, ZHAOYan，ZHANG Cai-Bei，MENG Hao;Acta Phys.-Chim.Sin.,2007, 23(6):856-860
(2)石墨烯和二氧化钛复合材料：
Preparation and photoactivity of graphene/TiO2hybrid photocatalystsunder visible light irraditon;LIU Hui,DONG Xiao-nan,SUN Chao-chao;Journal ofShaannxi University ofScience&Technolog:1000-5811(2013)01-0023-06
(3)铂金掺杂改型的二氧化钛：
PhotocatalyticActivity ofTiO2ThinFilm DopedbyPt with Different
Distribution;WANG,Jun-Gang LI,Xin-Jun,ZHENG,Shao-Jian HE,
Ming-Xing XU;ACTA CHIMICA SINICA No.7,592～596
(4)纳米管：
Research Advances in TiO2Nanotubes;Kong Xiangrong,Peng Peng,SunGuixiang,Zheng Wenjun;ACTA CHIMICA SINICA No.8,1439～1444
(5)纳米线：
Recent Process in Metal-doped Titanium Oxide Nanowires;DU Jun,SHIJiaguang,HUANG Jingjing,ZHANG Wenlong,LIU Fei;材料导报2012年2 月
(6)浸渍提拉：
浸渍提拉法制备TiO2薄膜及其光催化性能的研究;南昌希，权伍荣，张 敬爱，赵成男;太阳能学报Vol.21.No.4
(7)磁控溅射：
AFM Analysis on Ti02Low-E Thin Films Deposited by MagnetronSputtering;ZHENG Zi-yao，WANG Zhu，LI Chun-ling，ZHAO Qing-nan; SEMICoNDUCTORoPTOELECTRoNICS V01.26No.5
(8)溶胶—凝胶：
Sol-gel preparation and photocatalytic activitiesofTiO2nanoparticles;QIAN Dong,YAN Zao-xue,SHI Mao;The Chinese Journal ofNonferrous Metals,NO.10040609(2005)05081706
在上述技术方案中，所述的复合氮化碳的二氧化钛纳米带电极材料 层的制备方法，如下所述：
称取25-30质量分的二氧化钛纳米带置于玛瑙研钵中研磨至没有明 显的颗粒感，加入40-60质量分的PEG2000，100-120质量分的蒸馏水， 400-500质量分的无水乙醇，充分研磨至浆液粘稠，将制备好的浆液均匀 的涂抹在光催化板上，将制备好的膜静置干燥12-16h后置于马弗炉中， 在室温条件下以2℃/min的速度进行升温至400-600℃，在400-600℃条 件下煅烧1-3h。
所述二氧化钛纳米带的制备方法，如下所述：
步骤一、锐钛矿粉末置于碱性环境下，升温至160℃至200℃，水热 反应40至56h，取反应后悬浊液利用抽滤的方法进行水洗，并抽滤的方 法进行酸洗，完成后干燥10-14h，在750-850℃条件下，煅烧1-3h，冷却 至室温，完成TiO2纳米带的制备。
步骤二、取5-10质量分的硫脲溶于蒸馏水中，加入0.1质量分的TiO2纳米带后，超声并烘干，将干燥好的样品，在400-500℃的条件下煅烧2-5 h，制成含氮化碳质量分数为50%-56%的TiO2纳米带样品。
在上述技术方案中，在步骤一中，所述水热反应的升温温度优选为 175℃至185℃，反应温度优选为46-50h，所述煅烧的温度优选为 690-700℃，煅烧温度优选为1-2h。
在上述技术方案中，在步骤二中，所述煅烧温度优选为400-420℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统采用封闭式 结构，净化装置外壳与前盖、后盖使光催化与电解反应发生在封闭环境 内，降低了挥发性物质对环境造成二次污染的风险。
由于电极和光催化剂随着使用时间增加存在消耗及失活现象，需要 定时更换，可拆卸的前盖和后盖使更换装置内部零件，清理装置内部更 方便，一体式的设计使装置更易搬运与安装。
基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统将光催化技 术与电解技术相结合，提高了对含油污水的净化效率。在两块光催化板 间安装紫外灯不仅提高了光催化剂受紫外光的照射面积，紫外灯还会杀 死水体中的细菌，起到了消毒的作用。多个光催化板的隔断设计提高了 光催化剂层与污水的接触面积，提高了污水的净化效率。
基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统有效提高了 含油污水的净化效率，为含油污水的净化提供了一种切实可行的方法， 基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统是供高效利用光 能、持续高效稳定运转的多功能含油污水净化系统。
将光催化技术与电解技术结合，可以有效净化污水中的有机物质， 并可以对污水中的细菌、病毒等微生物进行灭活，对含油污水净化效果 良好，效率高。