申请日2020.05.18
公开(公告)日2020.07.28
IPC分类号C02F9/08; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种光电耦合一体化废水处理系统及其处理方法，包括预处理装置、三维电极催化氧化装置、布水器、水质监测装置、紫外光催化装置。废水从储液池经过水泵流入砂滤装置，过滤去除废水中的胶体和悬浮物。三维电极催化氧化装置包括两个串联的三维电极反应装置，底部均设置布水器，粒子电极是负载了氧化银和四氧化三铁的球形气凝胶。废水引入到三维电极反应装置中，紫外光催化装置协同处理。光电耦合一体化废水处理系统设置有粒子回收装置，通过磁性吸附装置回收失效的粒子电极，并进行再生活化。本发明系统操作方便，占地面积小，通过三维电极耦合光催化降解废水性能稳定、高效，保证达标排放，粒子电极回收利用有助于降低成本。
权利要求书
1.一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：包括储液池，所述储液池与砂滤装置下端管道连接，所述砂滤装置上端固定连接三维电极催化氧化装置;
所述三维电极催化氧化装置包含多级串联的三维电极反应装置，所述三维电极反应装置底部设置有布水器，所述布水器上安装有曝气头，所述三维电极反应装置内部填充有粒子电极，所述三维电极反应装置的外侧壁上安装有紫外光催化装置，通过三维电极催化氧化装置对废水进行催化氧化;
所述三维电极反应装置连接有多个外排出口和循环出口，所述外排出口和循环出口处均安装有过滤装置，所述外排出口均连接有水质监测装置，所述循环出口管道连接储液池，所述储液池与砂滤装置和三维电极催化氧化装置之间安装有多个阀门，所述储液池与砂滤装置之间设置有水泵。
2.根据权利要求1所述的一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：所述砂滤装置上端还安装有反冲洗装置，所述反冲洗装置内安装十字穿孔曝气管，所述砂滤装置为上大下小的倒三角型，内部填料包括陶粒和石英砂。
3.根据权利要求1所述的一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：所述三维电极反应装置内部设置有石墨碳棒和钛网，所述石墨碳棒固定安装在三维电极反应装置内部中间，所述钛网贴附在三维电极反应装置的内侧壁，所述粒子电极填充在石墨碳棒和钛网之间。
4.根据权利要求1所述的一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：所述粒子电极为掺杂四氧化三铁的石墨烯，外层依次覆盖海藻酸钠和氧化银，所述粒子电极为气凝胶形态。
5.根据权利要求1所述的一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：所述外排出口包括第一外排出口和第二外排出口，所述三维电极反应装置包括第一级三维电极反应装置和第二级三维电极反应装置，所述水质监测装置包含第一水质监测装置和第二水质监测装置，所述布水器包含第一布水器和第二布水器，所述过滤装置包括第一可调控滤网、第二可调控滤网、第三可调控滤网和第四可调控滤网;
所述第一级三维电极反应装置底部安装有第一布水器，所述第一级三维电极反应装置连接第一外排出口，所述第一外排出口连接第一水质监测装置，所述第一级三维电极反应装置与储液池之间安装有第一可调控滤网;所述第二级三维电极反应装置底部安装有第二布水器，所述第二级三维电极反应装置连接第二外排出口，所述第二外排出口连接第二水质监测装置，所述第二级三维电极反应装置与储液池之间安装有第二可调控滤网;所述第一外排出口处安装第三可调控滤网，所述第二外排出口处安装第四可调控滤网，所述第一可调控滤网和第二可调控滤网与储液池之间安装有磁性回收槽。
6.根据权利要求5所述的一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：所述储液池与砂滤装置之间安装有第一阀门，所述第二级三维电极反应装置与储液池之间安装有第四阀门，所述第一级三维电极反应装置与储液池之间安装有第五阀门，所述砂滤装置下端与外接管路之间安装有第二阀门，所述第一级三维电极反应装置与外接管路之间安装有第三阀门，所述第二级三维电极反应装置与外接管路之间安装有第六阀门。
7.根据权利要求1所述的一种光电耦合一体化废水处理系统，其特征在于：所述三维电极反应装置为圆柱型结构，材质为有机玻璃。
8.一种光电耦合一体化废水处理处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：打开第一阀门，启动水泵，将废水从储液池泵入砂滤装置进行预处理，过滤悬浮物;
步骤二：过滤后的废水流经第一布水器，使废水均匀分布在第一级三维电极反应装置内，同时打开第一级三维电极反应装置外侧壁的紫外光催化装置进行光电耦合催化氧化，通过第一水质监测装置监测水质，达标则打开第三阀门，废水通过第一外排出口外排;
步骤三：如果不达标，废水进入第二级三维电极反应装置，经过第二级三维电极反应装置进一步处理，通过第二水质监测装置监测水质，达标则打开第六阀门，废水通过第二外排出口外排;
步骤四：如果不达标，则关闭水泵，打开第四阀门，将第二级三维电极反应装置的废水排放至储液池，并进行新一轮的循环。
9.如权利要求8所示的一种光电耦合一体化废水处理处理方法，其特征在于：当循环3次后，第二级水质监测装置监测结果仍未达到外排标准，则认定粒子电极失效，关闭水泵，打开第一、第二可调控过滤网、第四阀门、第五阀门，将粒子电极和废水排放至储液池，其中粒子电极被磁性回收槽回收，可进行活化后再重新填充到三维电极催化氧化装置中。
10.如权利要求8所示的一种光电耦合一体化废水处理处理方法，其特征在于：当砂滤装置积累的杂质过多时，可通过反冲洗装置进行冲洗，冲洗后的废水通过第二阀门外排。
说明书
一种光电耦合一体化废水处理系统及其处理方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种光电耦合一体化废水处理系统及其处理方法。
背景技术
焦化废水含有大量难降解的多环芳香烃、苯系物、杂环类有机化合物，具有有机物浓度高、成分复杂、可生化性差等特点，是典型的难降解有机废水。焦化废水传统的处理工艺是生物法，但因为废水的可生化性差、毒性高，对微生物的冲击负荷较大，所以常常要先进行预处理，常用的预处理方法有混凝、萃取、臭氧氧化等，这些方法存在占地面积大、投入高、易产生二次污染等缺点。而电化学氧化通过在外加电场作用下产生具有强氧化性的·OH自由基，可以有效去除废水中的难降解有机物，具有降解效率高、操作简便、环境相容性好等优点。新型的三维电极氧化技术通过在传统的电化学反应器中填充粒子，通电后粒子填料被极化成一个个小型的微电极，有助于电子的转移，有效地弥补了传统电化学反应器的电极板间距大、有效比表面低、电流效率低等缺点。专利公开号CN201010109182.8公布了一种三维电极混凝组合深度处理焦化废水的方法，该方法将废水从调节池引入三维电极反应器中，最后引入到混凝沉淀池，其中采用活性炭作为粒子电极，可回收性能较差，而且占地面积较大，需要较大的投入。专利公开号CN201210415081.2公布了耦合式焦化废水深度处理工艺及其设备，该专利公开的三维电极反应器采用无烟煤、陶粒、石英砂作为粒子电极，这三种材料孔隙率低、比表面积小，影响降解效果。专利公开号CN201020197273.7公布了焦化废水再生回用的一体化组合装置，由预处理、三维电极氧化反应器、膜生物反应器及反渗透装置组成，该装置处理成本高，占地面积大于一体化装置，粒子电极难以回收利用。专利公开号CN201620331892.8公布了一种三维电极协同紫外光催化反应器，该专利中三维电极反应器为立方体状，废水处理存在“死角”效应，降解不完全，并且废水降解无法保证达标排放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种光电耦合一体化废水处理系统及其处理方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种光电耦合一体化废水处理系统，其中：包括储液池，所述储液池与砂滤装置下端管道连接，所述砂滤装置上端固定连接三维电极催化氧化装置;
所述三维电极催化氧化装置包含多级串联的三维电极反应装置，所述三维电极反应装置底部设置有布水器，所述布水器上安装有曝气头，所述三维电极反应装置内部填充有粒子电极，所述三维电极反应装置的外侧壁上安装有紫外光催化装置，通过三维电极催化氧化装置对废水进行催化氧化;
所述三维电极反应装置连接有多个外排出口和循环出口，所述外排出口和循环出口处均安装有过滤装置，所述外排出口均连接有水质监测装置，所述循环出口管道连接储液池，所述储液池与砂滤装置和三维电极催化氧化装置之间安装有多个阀门，所述储液池与砂滤装置之间设置有水泵。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，砂滤装置上端还安装有反冲洗装置，所述反冲洗装置内安装十字穿孔曝气管，所述砂滤装置为上大下小的倒三角型，内部填料包括陶粒和石英砂。
进一步地，三维电极反应装置内部设置有石墨碳棒和钛网，所述石墨碳棒固定安装在三维电极反应装置内部中间，所述钛网贴附在三维电极反应装置的内侧壁，所述粒子电极填充在石墨碳棒和钛网之间。
进一步地，粒子电极为掺杂四氧化三铁的石墨烯，外层依次覆盖海藻酸钠和氧化银，所述粒子电极为气凝胶形态。
进一步地，所述外排出口包括第一外排出口和第二外排出口，所述三维电极反应装置包括第一级三维电极反应装置和第二级三维电极反应装置，所述水质监测装置包含第一水质监测装置和第二水质监测装置，所述布水器包含第一布水器和第二布水器，所述过滤装置包括第一可调控滤网、第二可调控滤网、第三可调控滤网和第四可调控滤网;
所述第一级三维电极反应装置底部安装有第一布水器，所述第一级三维电极反应装置连接第一外排出口，所述第一外排出口连接第一水质监测装置，所述第一级三维电极反应装置与储液池之间安装有第一可调控滤网;所述第二级三维电极反应装置底部安装有第二布水器，所述第二级三维电极反应装置连接第二外排出口，所述第二外排出口连接第二水质监测装置，所述第二级三维电极反应装置与储液池之间安装有第二可调控滤网;所述第一外排出口处安装第三可调控滤网，所述第二外排出口处安装第四可调控滤网，所述第一可调控滤网和第二可调控滤网与储液池之间安装有磁性回收槽。
进一步地，储液池与砂滤装置之间安装有第一阀门，所述第二级三维电极反应装置与储液池之间安装有第四阀门，所述第一级三维电极反应装置与储液池之间安装有第五阀门，所述砂滤装置下端与外接管路之间安装有第二阀门，所述第一级三维电极反应装置与外接管路之间安装有第三阀门，所述第二级三维电极反应装置与外接管路之间安装有第六阀门。
进一步地，三维电极反应装置为圆柱型结构，材质为有机玻璃。
一种光电耦合一体化废水处理处理方法，包括以下步骤：
步骤一：打开第一阀门，启动水泵，将废水从储液池泵入砂滤装置进行预处理，过滤去除废水中的胶体和悬浮物;
步骤二：过滤后的废水流经第一布水器，使废水均匀分布在第一级三维电极反应装置内，同时打开第一级三维电极反应装置外侧壁的紫外光催化装置进行光电耦合催化氧化，通过第一水质监测装置监测水质，达标则打开第三阀门，废水通过第一外排出口外排;
步骤三：如果不达标，废水进入第二级三维电极反应装置，经过第二级三维电极反应装置进一步处理，通过第二水质监测装置监测水质，达标则打开第六阀门，废水通过第二外排出口外排;
步骤四：如果不达标，则关闭水泵，打开第四阀门，将第二级三维电极反应装置内的废水排放至储液池，并进行新一轮的循环。
进一步地，当循环3次后，第二级水质监测装置监测结果仍未达到外排标准，则认定粒子电极失效，关闭水泵，打开第一、第二可调控过滤网、第四阀门、第五阀门，将粒子电极和废水排放至储液池，其中粒子电极被磁性回收槽回收，可进行活化后再重新填充到三维电极催化氧化装置中。
进一步地，当砂滤装置积累的杂质过多时，可通过反冲洗装置进行冲洗，冲洗后的废水通过第二阀门外排。
本发明的有益效果：
本系统采用立体式的反应装置，占地面积小，并且采用圆柱状的三维电极反应装置，解决了“死角”效应，有利于废水的处理。
本系统操作方便，自动化程度高，系统的动力仅使用一个水泵，降低了能耗和成本。
本系统采用串联的多级三维电极反应装置，联合紫外光催化作用处理废水，废水处理性能稳定，高效，且废水不达标则循环处理，保证废水达标排放。
粒子电极采用海藻酸钠材质，形成球形气凝胶，使得粒子电极具有丰富的孔隙结构，明显改善粒子电极与污染物的界面接触，防止了粒子电极的溶解和团聚，增强了三维电极体系的稳定性，显著提高了粒子电极的电催化活性。并负载氧化银，赋予高效的光催化活性。（发明人徐斌;李菊颖;何斐;孔德洋;汪龙眠;许雪婷;朱月明;彭福全;崔益斌）