申请日 20170622
公开（公告）日 20201124
IPC分类号 C02F1/30; C02F1/32; C02F1/46; C02F101/30
摘要
本发明提供了一种转盘光触媒废水处理装置及方法，该装置包括旋转电机等，旋转电机与金属导电转轴的一端连接，所述金属导电转轴的另一端设有固定面，圆形导电基光阳极转盘贴合固定面并与金属导电转轴呈垂直连接；所述圆形导电基光阳极转盘整体水平浸没于废水反应池的待处理废水中，并贴近平行于圆形导电基光阳极转盘平面安装的一个石英玻璃透光窗，紫外辐照光源正对着石英玻璃透光窗；圆形导电基光阳极转盘外侧安装有导电对电极。本发明利用圆形导电基光阳极转盘的转动提供机械切向速度，增强传质，提高反应效率。
权利要求书
1.一种转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，包括旋转电机、金属导电转轴、圆形导电基光阳极转盘、导电对电极、废水反应池、紫外辐照光源，旋转电机与金属导电转轴的一端连接，所述金属导电转轴的另一端设有固定面，圆形导电基光阳极转盘贴合固定面并与金属导电转轴呈垂直连接；所述圆形导电基光阳极转盘整体水平浸没于废水反应池的待处理废水中，并贴近平行于圆形导电基光阳极转盘平面安装的一个石英玻璃透光窗，紫外辐照光源正对着石英玻璃透光窗；圆形导电基光阳极转盘外侧安装有导电对电极，导电对电极的横切面中心平面与圆形导电基光阳极转盘在同一平面，即与圆形导电基光阳极转盘电极同心安装；在圆形导电基光阳极转盘、导电对电极与石英玻璃透光窗之间形成废水处理狭缝区；运行中，紫外辐照光源的紫外光由石英玻璃透光窗射入，辐照在圆形导电基光阳极转盘表面，圆形导电基光阳极转盘在旋转电机带动下转动，废水从废水反应池底部进入，经过废水处理狭缝区后从另一侧排出。
2.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述圆形导电基光阳极转盘在待处理废水中同步辐照同步转动，废水与高速转动的圆形导电基光阳极转盘界面反应。
3.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述金属导电转轴为金属材质，金属导电转轴固定面为两层台阶结构，底层台阶的宽度大于上层台阶的宽度，接触面与圆形导电基光阳极转盘贴合，起到固定圆形导电基光阳极转盘作用，上层台阶呈D型，与圆形导电基光阳极转盘的通孔对应，装入圆形导电基光阳极转盘后，圆形导电基光阳极转盘无法相对转轴滑动；上层台阶中心位置向内钻同心圆孔，同心圆孔内壁铣内螺纹，用于连接螺丝。
4.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述圆形导电基光阳极转盘采用金属导电基底材料，圆形导电基光阳极转盘的盘面呈圆形，圆形导电基光阳极转盘的中心预留同心通孔，用于固定盘面；同心通孔3/4边呈圆形，1/4边呈直线型，同心通孔整体呈D型。
5.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述导电对电极为矩形截面圆形铜环，内径稍大于圆形导电基光阳极转盘，与圆形导电基光阳极转盘呈同心安装。
6.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述废水反应池底部设有一个出水口和一个入水口。
7.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述圆形导电基光阳极转盘的一个基底上设有光催化剂，光催化剂为可见光或紫外光光触媒。
8.根据权利要求1所述的转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，所述紫外辐照光源的外侧设有铝箔。
9.一种运用权利要求1-8所述转盘光触媒废水处理装置的废水处理方法，其特征在于，包括：
第一步，采用溶胶凝胶或阳极氧化或水热、溶剂热方法，均匀在切割好的圆形导电基光阳极转盘上制成一层光触媒薄膜，烧结后冷却；
第二步，将负载了光催化剂的圆形导电基光阳极转盘，按照O型软性垫圈、圆形导电基光阳极转盘、螺丝的形式安装到金属导电转轴并固定；
第三步，将圆形导电基光阳极转盘与金属导电转轴连接旋转电机，调整器件高度使得的圆形导电基光阳极转盘呈水平安置在在废水反应池中；
第四步，在废水反应池中加入有机废水，并通过外部导线、接触滑轨分别将导电对电极和金属导电转轴相连接；
第五步，打开旋转电机与紫外辐照光源，通过调速器调节转速，使圆形导电基光阳极转盘在辐照条件下，保持高速转动，切割废水溶液；
第六步，打开外部循环泵，从进水口进水，连续处理废水，处理后废水从出水口排出。
说明书
转盘光触媒废水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，具体地，涉及一种转盘光触媒废水处理装置及方法。
背景技术
工业废水达标排放日益严格，部分地区已实施GB18918-2002中一级B标准，COD排放指标仅为60mg/L，客观上对废水处理的技术提出了更高的要求。常用的工业废水COD处理方法中，混凝沉淀、离子交换均为辅助方法；活性炭吸附仅用作末端处理，处理费用很高，且活性炭吸附饱和后需再生；好氧与厌氧等生化方法需预先对水质进行调节，使得pH、COD负荷适合微生物处理，大部分工业废水尤其是难降解工业废水无法处理到所需排放指标；膜分离方法浓水无法有效处理。因此，需发展直接彻底矿化COD的高级氧化废水深度处理方法，以满足低COD处理的需求。
已有的矿化COD高级氧化方法如Fenton试剂方法、超临界氧化方法各有自身的优劣，比如Fenton方法需不断投加H2O2、超临界方法则处理费用与对设备的要求都很高，而光催化废水处理技术不但不需要投入化学药剂，在酸性与碱性废水介质中都能有效反应，还能在紫外照射条件下，自身产生电能输出，将废水中的污染物中的化学能转化为电能回收，理论上具有较好的经济性。这种能同步产电并降解废水的光催化反应器统称为光催化燃料电池反应器(PFC)。与粉末为光触媒的光催化废水处理不同，由于光催化燃料电池反应器要回收电能，光触媒必须负载在导体上，以便导出光催化反应产生的电子，对外供电。因此，必须将光触媒负载后制成光催化电极(又叫光催化阳极)。以TiO2为代表的半导体光触媒为固体，废水中的污染物则分散在废水溶液中，污染物需扩散到固体电极表面才能与光触媒上的激发空穴发生界面反应，具有典型界面反应的特点。在以低浓度COD废水为处理对象时，传质阻力是速度限制步骤，因此，如何克服传质阻力光催化燃料电池反应器废水处理设计需要克服的主要难点之一。
斜板反应器起到降低传质阻力的作用。但斜板反应器仅依靠重力流进行切割，反应速率提高有限。而现有的光催化转盘反应器主要是为了减少溶液光吸收损失，传质强化也很有限。如中国专利文献号CN102398955提出的一种双转盘光电液膜反应器，该反应器通过转轴带动光阳极转盘和光阴极转盘的同时转动来进行废水降解，转盘一半的面积浸没在溶液中，通过转动在表面形成液膜，减少了溶液吸收和光的反射。而转盘转动中液膜随着转盘一起转动，并无相对剪切速率，传质增强有限，有待提高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种转盘光触媒废水处理装置及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种转盘光触媒废水处理装置，其特征在于，包括旋转电机、金属导电转轴、圆形导电基光阳极转盘、导电对电极、废水反应池、紫外辐照光源，旋转电机与金属导电转轴的一端连接，所述金属导电转轴的另一端设有固定面，圆形导电基光阳极转盘贴合固定面并与金属导电转轴呈垂直连接；所述圆形导电基光阳极转盘整体水平浸没于废水反应池的待处理废水中，并贴近平行于圆形导电基光阳极转盘平面安装的一个石英玻璃透光窗，紫外辐照光源正对着石英玻璃透光窗；圆形导电基光阳极转盘外侧安装有导电对电极，导电对电极的横切面中心平面与圆形导电基光阳极转盘在同一平面，即与圆形导电基光阳极转盘电极同心安装；在圆形导电基光阳极转盘、导电对电极与石英玻璃窗之间形成废水处理狭缝区；运行中，紫外辐照光源的紫外光由石英玻璃窗射入，辐照在圆形导电基光阳极转盘表面，圆形导电基光阳极转盘在旋转电机带动下转动，废水从废水反应池底部进入，经过废水处理狭缝区后从另一侧排出。
优选地，所述圆形导电基光阳极转盘在待处理废水中同步辐照同步转动，废水与高速转动的光催化电极界面反应。这样使光阳极转盘在高速转动的过程中，切割废水溶液，污染物更快地迁移至光催化界面以及光触媒表面产生更多的自由基两个角度同时增强传质。
优选地，所述金属导电转轴为金属材质(包括不局限于铜、铁、铝材质)，金属导电转轴固定面为两层台阶结构，底层台阶的宽度大于上层台阶的宽度，接触面与圆形导电基光阳极转盘贴合，起到固定圆形导电基光阳极转盘作用，上层台阶呈D型，与圆形导电基光阳极转盘的通孔对应，装入圆形导电基光阳极转盘后，圆形导电基光阳极转盘无法相对转轴滑动；上层台阶中心位置向内钻同心圆孔，同心圆孔内壁铣内螺纹，用于连接螺丝。这样能将光阳极转盘固定于金属转轴上不产生相对的滑动，保证转盘导电。
优选地，所述圆形导电基光阳极转盘采用金属导电基底材料(包括不局限于钛、不锈钢材质)，圆形导电基光阳极转盘的盘面呈圆形，圆形导电基光阳极转盘的中心预留同心通孔，用于固定盘面；同心通孔3/4边呈圆形，1/4边呈直线型，同心通孔整体呈D型。这样能固定光阳极转盘，使转盘无法相对金属转轴转动。
优选地，所述导电对电极为矩形截面圆形铜环，内径稍大于圆形导电基光阳极转盘，与圆形导电基光阳极转盘呈同心安装。这样使光催化过程中产生的光电子能够迁移到对电极上，降低光电子和光生空穴的复合率，从而提高催化效率。
优选地，所述废水反应池底部设有一个出水口和一个入水口。这样能够通过出入水口，使废水从反应池底部进入，经过转盘与反应池底部之间的处理狭缝区后被排出。
优选地，所述圆形导电基光阳极转盘的一个基底上设有光催化剂，光催化剂为可见光或紫外光光触媒。这样能固定光触媒，避免催化剂进入水体，可直接将转盘回收二次利用。
本发明提供一种转盘光触媒废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，采用溶胶凝胶或阳极氧化或水热、溶剂热方法，均匀在切割好的圆形导电基光阳极转盘上制成一层光触媒薄膜，烧结后冷却；
第二步，将负载了光催化剂的圆形导电基光阳极转盘，按照O型软性垫圈、圆形导电基光阳极转盘、螺丝的形式安装到金属导电转轴并固定；
第三步，将的圆形导电基光阳极转盘与金属导电转轴连接旋转电机，调整器件高度使得的圆形导电基光阳极转盘呈水平安置在在废水反应池中；
第四步，在废水反应池中加入有机废水，并通过外部导线、接触滑轨分别将导电对电极和金属导电转轴相连接；
第五步，打开旋转电机与UV或可见光辐照光源，通过调速器调节转速，使圆形导电基光阳极转盘在辐照条件下，保持高速转动，切割废水溶液；
第六步，打开外部循环泵，从进水口进水，连续处理废水，处理后废水从出水口排出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
一，本发明利用圆形导电基光阳极转盘的转动提供机械切向速度，增强传质，提高反应效率。
二，本发明在辐照条件下同步转动，从污染物迁移至光催化界面以及光触媒表面产生自由基两个角度同时增强传质。
三，本发明在不使用外加氧化剂条件下，即可实现废水高效的污染物去除，满足废水排放要求。
发明人 （贾金平;叶典;应迪文;）