基于光電催化的難降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)及處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高色度高濁度難降解有機(jī)廢水的深度處理系統(tǒng)及其深度處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，如印染、造紙、焦化、塑料、合成纖維等，人們合成了越來(lái)越多的有機(jī)物，其中難降解有機(jī)物占了很大比例，這類污染物包括有機(jī)染料、表面活性劑、多環(huán)芳烴、鹵代烴、雜環(huán)類化合物、有機(jī)氛化物、有機(jī)磷農(nóng)藥等，其共同特點(diǎn)是毒性大，成份復(fù)雜，化學(xué)耗氧量高，一般微生物對(duì)其幾乎沒(méi)有降解效果。目前環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的高度重視，水污染治理作為環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，始終受到人們的關(guān)注，尤其是針對(duì)難生物降解的“三致”(致癌、致畸、致突變)有毒有機(jī)廢水，各國(guó)科學(xué)家們一直在積極尋找其有效的處理方法，如何治理這類物質(zhì)已成為水污染防治界研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。
[0003]自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)在受福照的T12上可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)，并產(chǎn)生H2以來(lái)，人們對(duì)這一催化反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了大量研宄。結(jié)果表明，T1 2具有良好的抗光腐蝕性和催化活性，而且性能穩(wěn)定，價(jià)廉易得，無(wú)毒無(wú)害，是目前公認(rèn)的最佳光催化劑。其催化機(jī)理是:當(dāng)能量大于T12禁帶寬度的紫外光照射半導(dǎo)體時(shí)，光激發(fā)電子躍迀到導(dǎo)帶，形成電子-空穴對(duì)，空穴能夠同吸附在催化劑粒子表面的0!1_或H 20發(fā)生作用生成HO ?，光生電子也能夠與O2發(fā)生作用生成HO 2.和02_.等活性氧類，空穴和電子在催化劑粒子內(nèi)部或表面也可能直接復(fù)合失去催化作用。H0.是一種活性很高的粒子，能夠無(wú)選擇地氧化多種有機(jī)物并使之礦化，因此該項(xiàng)技術(shù)在處理難降解有機(jī)廢水方面具有巨大潛力。
[0004]長(zhǎng)期以來(lái)，光催化技術(shù)的處理效率始終難以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平，主要原因在于光生電子和空穴的復(fù)合率高及粉末催化劑的回收利用問(wèn)題。光電催化技術(shù)作為一種電化學(xué)輔助的光催化反應(yīng)技術(shù)，通過(guò)施加一定的偏電壓，使光生電子迀移至外電路，從而抑制光生電子和空穴的復(fù)合?？昭ㄔ诖呋瘎┍砻胬鄯e，并發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)以去除污染物，從而解決了光催化中電子空穴對(duì)嚴(yán)重的復(fù)合問(wèn)題。粉末催化劑通過(guò)負(fù)載于載體或電極上，可解決粉末催化劑的回收利用問(wèn)題。
[0005]光催化技術(shù)的處理效率難以實(shí)際應(yīng)用的另一原因是廢水中色度、濁度對(duì)紫外線的吸收及紫外線本身隨距離的衰減導(dǎo)致催化劑表面的有效紫外線劑量大幅衰減問(wèn)題。由光學(xué)方程Ia= I 0exp(-klCB)，紫外光的透過(guò)光強(qiáng)度隨著反應(yīng)介質(zhì)的濃度以及光吸收系數(shù)的增加呈現(xiàn)指數(shù)下降，對(duì)于絕大多數(shù)有機(jī)污染物，污染物濃度增加的同時(shí)也會(huì)使溶液的色度大大增加，一般會(huì)增大光吸收系數(shù)，使得紫外光的穿透能力急劇下降，此時(shí)一般僅能在靠近光/催化劑交界面的單薄液層內(nèi)進(jìn)行光催化反應(yīng)，催化劑有效光照少嚴(yán)重限制了整個(gè)反應(yīng)體系的處理能力，從而使得整個(gè)效率顯著下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過(guò)對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理脫色除垢及優(yōu)化光電催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提供一種基于光電催化的難降解有機(jī)廢水處理系統(tǒng)和深度處理方法，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定處理并達(dá)標(biāo)排放或回用的目的。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于光電催化的難降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次通過(guò)管道連接的調(diào)節(jié)池、電芬頓裝置和光電一體化耦合裝置；
[0008]所述的電芬頓裝置內(nèi)一側(cè)間隔設(shè)置有陰極板和陽(yáng)極板，其中陰極板采用多孔石墨電極；陽(yáng)極板采用鐵板；另一側(cè)設(shè)置有與陰極板、陽(yáng)極板平行的陶瓷膜擋板，出水經(jīng)陶瓷膜擋板實(shí)現(xiàn)泥水分離，經(jīng)裝置上部的出水管流出，分離得到的底泥經(jīng)裝置底端的污泥導(dǎo)流板回流繼續(xù)參加反應(yīng)；裝置底部設(shè)有布水管、出泥管和為電芬頓系統(tǒng)供氧的曝氣裝置；
[0009]所述的光電一體化耦合裝置由2個(gè)擋板分為結(jié)構(gòu)相同的左、中、右室三部分:每一部分設(shè)置若干個(gè)光電催化氧化單元，每個(gè)光電催化氧化單元由紫外光源、石英套管、陽(yáng)極環(huán)和陰極環(huán)組成，其中石英套管套裝在所述紫外光源外面，陽(yáng)極環(huán)、陰極環(huán)以同心環(huán)的方式依次固定于光源石英套管周圍；所述陽(yáng)極環(huán)上端與裝置頂端間留有空隙，所述擋板下方留有過(guò)水孔；裝置中室部分底部設(shè)有進(jìn)水管，裝置左、右室部分底部設(shè)有出水管；
[0010]其中陽(yáng)極環(huán)以Ti為基材，內(nèi)表面負(fù)載T12、Fe2O3、CdS、SnO2、TO3、ZnS、ZnO中的一種或多種物質(zhì)，外表面負(fù)載銣、鋯、鉑、釘、鈀、銥、銻、錫中的一種或多種；陰極環(huán)采用可過(guò)水的網(wǎng)狀PbO2，表面負(fù)載銣、鋯、鉬、釘、鈀、銥、銻、錫中的一種或多種；擋板與裝置外殼均采用硬質(zhì)耐腐蝕性材料。
[0011]電芬頓裝置出水首先經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入光電一體化耦合裝置中室部分的陽(yáng)極環(huán)內(nèi)進(jìn)行光電催化反應(yīng)，繼而通過(guò)陽(yáng)極環(huán)上端溢流入陽(yáng)極環(huán)與陰極環(huán)、擋板之間進(jìn)行電催化反應(yīng)，然后通過(guò)擋板下部過(guò)水孔分別進(jìn)入裝左、右室部分的陽(yáng)極環(huán)與陰極環(huán)、擋板之間進(jìn)行電催化反應(yīng)，最后通過(guò)裝置左、右室部分陽(yáng)極環(huán)內(nèi)進(jìn)行光電催化降解剩余物質(zhì)，出水由裝置左、右室部分下部的出水管流出。
[0012]本發(fā)明還提供了一種工業(yè)講解有機(jī)廢水的深度處理方法，該方法采用上述處理系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0013]I)工業(yè)難降解有機(jī)廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行均質(zhì)調(diào)節(jié)，停留時(shí)間2-3min ;
[0014]2)調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入電芬頓裝置進(jìn)行預(yù)處理，停留時(shí)間5-15min，在.0H及Fe3+水解產(chǎn)物作用下進(jìn)行脫色除垢、泥水分離，上清液進(jìn)入光電催化一體化耦合裝置，污泥通過(guò)導(dǎo)流板部分回流繼續(xù)參加反應(yīng)，部分污泥通過(guò)出泥管流出反應(yīng)器；
[0015]3)所述的上清液中剩余污染物在光電一體化耦合裝置內(nèi)進(jìn)行充分降解，出水流入清水池回用或排放。
[0016]本發(fā)明涉及的一種工業(yè)難降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)及處理方法，具有以下特占.V.
[0017]I)本發(fā)明方法采用電芬頓-光電催化組合方法，不受水中鹽類、污染物種類、色度、濁度等波動(dòng)沖擊，可實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放或回用。
[0018]2)采用電芬頓工藝對(duì)廢水進(jìn)行了預(yù)處理脫色除濁，避免了水中色度、濁度對(duì)紫外線的吸收導(dǎo)致的光催化劑表面的有效紫外劑量大幅衰減問(wèn)題，提高了后續(xù)光電催化裝置的效率。
[0019]3)優(yōu)化了光電催化一體化耦合裝置，光、電催化劑合二為一，實(shí)現(xiàn)了廢水的分段處理，陽(yáng)極環(huán)內(nèi)側(cè)為光催化劑，外側(cè)表現(xiàn)出電催化活性，廢水首先進(jìn)行光電催化反應(yīng)，廢水中難降解物質(zhì)開(kāi)環(huán)斷鏈，繼而進(jìn)行電催化氧化進(jìn)行充分降解，有效節(jié)約了能耗，最后進(jìn)行光電催化反應(yīng)，污染物得到充分降解；另一方面，光催化劑(陽(yáng)極環(huán))以同心環(huán)的形式固定于紫外光源外周，間距固定，避免了紫外線本身隨距離的衰減導(dǎo)致催化劑表面的有效紫外劑量衰減問(wèn)題，提高了光電催化裝置效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明基于光電催化的工業(yè)難降解有機(jī)廢水深度處理工藝流程圖；
[0021]圖2是圖1中光電催化一體化耦合裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是圖1中光電催化一體化耦合裝置的刨面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中I為調(diào)節(jié)池；2為電芬頓裝置；3為光電催化一體化耦合裝置；4為清水池；30為光電一體化耦合裝置外殼；31為陰極環(huán)；32為陽(yáng)極環(huán)；33為紫外光源；34為石英套管；35為擋板；36為擋板過(guò)水孔；37為進(jìn)水管；38為出水管。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及具體應(yīng)用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，具體實(shí)施例不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案構(gòu)成限定。
[0025]圖1為本發(fā)明基于光電催化的工業(yè)難降解有機(jī)廢水深度處理方法的工藝流程圖。從圖1可以看出，本發(fā)明基于光電催化的工業(yè)難降解有機(jī)廢水深度處理系統(tǒng)，包括依次通過(guò)管道連接的調(diào)節(jié)池1、電芬頓裝置2、光電催化一體化耦合裝置3和清水池4組成。
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