申请日2013.09.16
公开(公告)日2013.12.18
IPC分类号C02F1/467; C02F1/30
摘要
本发明提供了一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于，该装置由若干组由阴离子选择性透过膜隔开的阴阳极室组成，阴离子选择性透过膜位于阴阳极板之间，靠近阴极板处，将装置内部分为若干顺序排列的阴极室和阳极室，每个阳极室内部排列若干根光源，并填充光电催化剂，阳极室为废水处理主体极室，相邻阳极室通过阳极连通管连接，从而组成装置内部所有阳极室的微串联状态。阴极室内填充阴极板防垢液，所有的阴极室底部相互连通。本发明微串联光电催化氧化装置既能提高光电处理效率，又能有效解决处理高硬度废水时光源、极板结垢的问题，避免频繁清洗，保证设备长期稳定运行。
权利要求书
1.一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：
所述的装置包含若干组顺序排列的阳极室(7)和阴极室(8)组成的阴阳极室组， 所述阳极室(7)与阴极室(8)间通过阴离子选择性透过膜(4)隔开，每个阳极室 (7)内部设置阳极板(1)、若干根光源(2)并填充油光电催化剂(6)，阳极室为废 水处理主体极室，沿废水流向的相邻阳极室间通过阳极连通管(17)连接，使上一个 阳极室(7)的出水口与下一个阳极室的进水口相连，保证废水从每个阳极室的底部 进入，顶部流出;每个阴极室(8)的内部设有阴极板(3)，并填充有阴极板防垢液， 底部设置有承托阴极板(3)的网格状阴极板承托层(12)，所述网格状阴极板承托层 (12)底部连接有连通层(15)，使得所有的阴极室底部相互连通;所述连通层(15) 的一端设有阴极板防垢液进水口(11)，另一端设有阴极板防垢液出水口(14);
所述装置的首端底部设置有废水进水口(13)，尾端顶部设置有处理后废水出水 口(9)，装置内靠近所述废水出口(9)处设置有催化剂截留槽(5)，所述废水经装 置底部废水进水口进入阳极室后，通过阳极连通管依次进入相邻阳极室进行光电催化 处理后，最后由流经催化剂截留槽(5)后通过废水出水口(9)排出。
2.根据权利要求1所述的一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：所 述阴极板防垢液出水口(14)与阴极板防垢液储液池(22)相连，阴极板防垢液储液 池(22)通过循环泵(28)与阴极板防垢液进水口(11)相连，并在循环泵的作用下 以内循环方式在所有阴极室(8)和连通层(15)中流动;
所述阴极板防垢液储液池(22)内设在线pH计(24)和在线电导仪(23)，用以 测量阴极板防垢液pH、电导率，当阴极板防垢液pH值高于8.0时，通过储酸罐(27) 和计量泵(26)向阴极板防垢液中注入无机酸，调节pH值至7.0-8.0的正常范围内; 当阴极板防垢液电导率低于废水电导率时，向阴极板防垢液中补充钠盐或钾盐溶液， 使防垢液电导率维持在废水电导率的1-5倍;所述阴极板防垢液中的阳离子主要含有 Na+、K+中的一种或多种物质，不含Ca2+或Mg2+离子，以避免阴极板(3)结垢。
3.根据权利要求1所述的一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：所 述阳极室(7)底部且位于阳极连通管道(17)进水口的上部设置有废水布水板(10)， 以确保进水均匀。
4.根据权利要求1所述的一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：所 述装置外壳的材料为PVC、PE或PPR耐腐蚀性材料，所述外壳的外表面辅以封闭式 不锈钢板，所述外壳的内表面设有卡槽(18)，用于平行固定阴极板、阳极板和阴离 子选择性透过膜;所述阳极板到阴离子选择性透过膜之间的距离约为阴极板到阴离子 选择性透过膜之间的距离的3倍;
所述每个阳极室内部按照平行于阳极板(1)放置若干光源(2)，阳极板(1)到 光源(2)的垂直距离约为阴离子选择性透过膜(4)到光源(2)距离的2～3倍，以 增加光对阳极板的照射强度，提升光电催化氧化的反应速率，同时减少光对阴离子选 择性透过膜的照射强度，增加膜的使用寿命;
所述光源可采用波长为200～400nm的高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一种或 多种。
5.根据权利要求1所述的一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：所 述阳极板为采用钛基材表面固载贵金属物质制备而成的网状贵金属阳极板，贵金属物 质采用铂、钌、铱、铷和锆氧化物中的一种或多种物质构成;所述阴极板为网状不锈 钢阴极板;
所述光电催化剂采用α-氧化铝或二氧化硅中的一种或多种为载体，表面负荷二氧 化钛、硫化镉、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种活性物质构成;具有裂化和开环功 能，及孔结构可调特性，并制备成蜂窝多孔结构。
6.根据权利要求1所述的一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：所 述装置包含3-10组阴阳极室。
说明书
一种微串联光电催化氧化废水处理装置
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域，特别是涉及一种微串联光电催化氧化废 水处理装置。
背景技术
近几年来，国家对环保要求越来越高，对石化企业外排水的排放标准有了明 确规定，要求外排水量进一步减小，甚至做到接近零排放，提高水的回用率成为 当今的研究热点。越来越多的炼厂采用超滤-反渗透双膜法来处理炼厂含油废水 进行回用，以减小外排水量。但超滤-反渗透双膜法仅能够产生大约75%左右的 回用净水，剩余25%的双膜浓水具有排量小、含盐高、硬度高、COD高等特点， 决定了常规生化法并不适合处理该类废水，而常规化学氧化法处理该类废水时具 有设备易结垢、化学药剂用量大、残留药剂易引起二次水体污染等不足。因此针 对此类废水的处理需要另寻解决途径。
而另一方面，光电催化氧化作为一种全新的高级氧化技术已经成功应用在高 盐废水处理行业中，但是传统光电设备并不适用于处理高硬废水，原因在于光电 催化氧化反应进行时，会在阴极产生大量的OH-，而OH-会和废水中的Ca2+、Mg2+反应，在阴极板、光源外层结垢，生成的垢体积累到一定程度时，就会导致电流 效率下降和紫外光严重衰减，使光电催化氧化的处理效果急剧恶化。目前大多数 厂家采用周期换相脱垢技术来解决结垢问题，但是周期换相技术具有两点不足： 首先是阴阳两极要采用相同材料极板，费用较高，其次是周期换相易使极板形成 电容效应，导致电极的寿命下降。因此开发新型反应装置，解决结垢难题，保持 设备长时间稳定运行，是目前光电催化氧化技术研究的重点和难点。
发明内容
本发明的目的是设计一种新型微串联光电催化氧化废水处理装置，用以解决 传统光电催化氧化反应装置在处理高盐、高硬废水时极板、光源易结垢的难题， 保证光电催化氧化装置长时间稳定运行。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种微串联光电催化氧化废水处理装置，其特征在于：
所述的装置包含若干组顺序排列的阳极室7和阴极室8组成的阴阳极室组， 所述阳极室7与阴极室8间通过阴离子选择性透过膜4隔开，每个阳极室7内部 设置一块阳极板1、若干根光源2并填充有光电催化剂6，阳极室为废水处理主 体极室，沿废水流向的相邻阳极室间通过阳极连通管17连接，使上一个阳极室 7的出水口与下一个阳极室的进水口相连，保证废水从每个阳极室的底部进入， 顶部流出;每个阴极室8的内部设有一块阴极板3，并填充有阴极板防垢液，底 部设置有承托阴极板3的网格状阴极板承托层12，所述网格状阴极板承托层12 底部连接有连通层15，使得所有的阴极室底部相互连通;所述连通层15的一端 设有阴极板防垢液进水口11，另一端设有阴极板防垢液出水口14;
所述装置的首端底部设置有废水进水口13，尾端顶部设置有处理后废水出 水口9，装置内靠近所述废水出口9处设置有催化剂截留槽5，所述废水经装置 底部废水进水口进入阳极室后，通过阳极连通管依次进入相邻阳极室进行光电催 化处理后，最后由流经催化剂截留槽5后通过废水出水口9排出。
在上述技术方案中，所述阴极板防垢液出水口14优选与阴极板防垢液储液 池22相连，阴极板防垢液储液池22通过循环泵28与阴极板防垢液进水口11相 连，并在循环泵的作用下以内循环方式在所有阴极室8和连通层15中流动;
所述阴极板防垢液储液池22内设在线pH计24和在线电导仪23，用以测量 阴极板防垢液pH、电导率，当阴极板防垢液pH值高于8.0时，通过储酸罐27和 计量泵26向阴极板防垢液中注入无机酸，调节pH值至7.0-8.0范围内;当阴极板 防垢液电导率低于废水电导率时，向阴极板防垢液中补充钠盐或钾盐溶液，使防 垢液电导率维持在废水电导率的1-5倍;所述阴极板防垢液中的阳离子主要含有 Na+、K+中的一种或多种物质，不含Ca2+或Mg2+离子，以避免阴极板3结垢。
本发明还进一步包括，在所述阳极室7底部且位于阳极连通管道17进水口 的上部设置有废水布水板10，以确保进水均匀。
在上述技术方案中，所述装置外壳的材料为PVC、PE或PPR耐腐蚀性材料， 所述外壳的外表面辅以封闭式不锈钢板，所述外壳的内表面设有卡槽18，用于 平行固定阴极板、阳极板和阴离子选择性透过膜;所述阳极板到阴离子选择性透 过膜之间的距离约为阴极板到阴离子选择性透过膜之间的距离的3倍;
所述每个阳极室内部按照平行于阳极板1放置若干光源2，阳极板1到光源 2的垂直距离约为阴离子选择性透过膜4到光源2距离的2～3倍，以增加光对阳 极板的照射强度，提升光电催化氧化的反应速率，同时减少光对阴离子选择性透 过膜的照射强度，增加膜的使用寿命;
所述光源可采用波长为200～400nm的高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一 种或多种。
在上述技术方案中，所述阳极板优选为采用钛基材表面固载贵金属物质制备 而成的网状贵金属阳极板，贵金属物质优选采用铂、钌、铱、铷和锆氧化物中的 一种或多种物质构成;所述阴极板优选为网状不锈钢阴极板;
所述光电催化剂优选采用α-氧化铝或二氧化硅中的一种或多种为载体，表面 负荷二氧化钛、硫化镉、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种活性物质构成;具有 裂化和开环功能，及孔结构可调特性，并制备成蜂窝多孔结构。
在上述技术方案中，所述装置优选包含3-10组阴阳极室。
本发明涉及的一种微串联光电催化氧化废水处理装置和传统设备相比较，具 有以下有益效果：
1、利用阴离子选择性透过膜将装置内部分为若干组阴阳极室，可使阴极板 和光源不结垢，避免由于频繁清洗造成的各类问题。
2、阳极室微串联状态，能够提升光电催化反应降解COD效率，降低吨水 处理能耗。
3、阳极室产生的氧化性气体能够充当曝气气源，减少能耗的同时，亦能够 降解废水中COD物质。
4、阳极室多余尾气能够进行无害化处理，保证该装置有害气体的零排放。
5、优选方案可实现阴极板防垢液内循环状态，能够极大地降低阴极板腐蚀 速率，最大限度延长其使用寿命。