一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于,該裝置由若干組由陰離子選擇性透過膜隔開的陰陽極室組成,陰離子選擇性透過膜位于陰陽極板之間,靠近陰極板處,將裝置內部分為若干順序排列的陰極室和陽極室,每個陽極室內部排列若干根光源,并填充光電催化劑,陽極室為廢水處理主體極室,相鄰陽極室通過陽極連通管連接,從而組成裝置內部所有陽極室的微串聯(lián)狀態(tài)。陰極室內填充陰極板防垢液,所有的陰極室底部相互連通。本發(fā)明微串聯(lián)光電催化氧化裝置既能提高光電處理效率,又能有效解決處理高硬度廢水時光源、極板結垢的問題,避免頻繁清洗,保證設備長期穩(wěn)定運行。
【專利說明】一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高鹽廢水處理【技術領域】,特別是涉及一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處
理裝置。
【背景技術】
[0002]近幾年來,國家對環(huán)保要求越來越高,對石化企業(yè)外排水的排放標準有了明確規(guī)定,要求外排水量進一步減小,甚至做到接近零排放,提高水的回用率成為當今的研究熱點。越來越多的煉廠采用超濾-反滲透雙膜法來處理煉廠含油廢水進行回用,以減小外排水量。但超濾-反滲透雙膜法僅能夠產(chǎn)生大約75%左右的回用凈水,剩余25%的雙膜濃水具有排量小、含鹽高、硬 度高、COD高等特點,決定了常規(guī)生化法并不適合處理該類廢水,而常規(guī)化學氧化法處理該類廢水時具有設備易結垢、化學藥劑用量大、殘留藥劑易引起二次水體污染等不足。因此針對此類廢水的處理需要另尋解決途徑。
[0003]而另一方面,光電催化氧化作為一種全新的高級氧化技術已經(jīng)成功應用在高鹽廢水處理行業(yè)中,但是傳統(tǒng)光電設備并不適用于處理高硬廢水,原因在于光電催化氧化反應進行時,會在陰極產(chǎn)生大量的Off,而0H_會和廢水中的Ca2+、Mg2+反應,在陰極板、光源外層結垢,生成的垢體積累到一定程度時,就會導致電流效率下降和紫外光嚴重衰減,使光電催化氧化的處理效果急劇惡化。目前大多數(shù)廠家采用周期換相脫垢技術來解決結垢問題,但是周期換相技術具有兩點不足:首先是陰陽兩極要采用相同材料極板,費用較高,其次是周期換相易使極板形成電容效應,導致電極的壽命下降。因此開發(fā)新型反應裝置,解決結垢難題,保持設備長時間穩(wěn)定運行,是目前光電催化氧化技術研究的重點和難點。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是設計一種新型微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,用以解決傳統(tǒng)光電催化氧化反應裝置在處理高鹽、高硬廢水時極板、光源易結垢的難題,保證光電催化氧化裝置長時間穩(wěn)定運行。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案予以實現(xiàn):
[0006]一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于:
[0007]所述的裝置包含若干組順序排列的陽極室7和陰極室8組成的陰陽極室組,所述陽極室7與陰極室8間通過陰離子選擇性透過膜4隔開,每個陽極室7內部設置一塊陽極板1、若干根光源2并填充有光電催化劑6,陽極室為廢水處理主體極室,沿廢水流向的相鄰陽極室間通過陽極連通管17連接,使上一個陽極室7的出水口與下一個陽極室的進水口相連,保證廢水從每個陽極室的底部進入,頂部流出;每個陰極室8的內部設有一塊陰極板3,并填充有陰極板防垢液,底部設置有承托陰極板3的網(wǎng)格狀陰極板承托層12,所述網(wǎng)格狀陰極板承托層12底部連接有連通層15,使得所有的陰極室底部相互連通;所述連通層15的一端設有陰極板防垢液進水口 11,另一端設有陰極板防垢液出水口 14;
[0008]所述裝置的首端底部設置有廢水進水口 13,尾端頂部設置有處理后廢水出水口9,裝置內靠近所述廢水出ロ 9處設置有催化劑截留槽5,所述廢水經(jīng)裝置底部廢水進水口進入陽極室后,通過陽極連通管依次進入相鄰陽極室進行光電催化處理后,最后由流經(jīng)催化劑截留槽5后通過廢水出水ロ 9排出。
[0009]在上述技術方案中,所述陰極板防垢液出水ロ 14優(yōu)選與陰極板防垢液儲液池22相連,陰極板防垢液儲液池22通過循環(huán)泵28與陰極板防垢液進水口 11相連,并在循環(huán)泵的作用下以內循環(huán)方式在所有陰極室8和連通層15中流動;
[0010]所述陰極板防垢液儲液池22內設在線pH計24和在線電導儀23,用以測量陰極板防垢液pH、電導率,當陰極板防垢液pH值高于8.0時,通過儲酸罐27和計量泵26向陰極板防垢液中注入無機酸,調節(jié)PH值至7.0-8.0范圍內;當陰極板防垢液電導率低于廢水電導率吋,向陰極板防垢液中補充鈉鹽或鉀鹽溶液,使防垢液電導率維持在廢水電導率的1-5倍;所述陰極板防垢液中的陽離子主要含有Na+、K+中的一種或多種物質,不含Ca2+或Mg2+離子,以避免陰極板3結垢。[0011]本發(fā)明還進ー步包括,在所述陽極室7底部且位于陽極連通管道17進水ロ的上部設置有廢水布水板10,以確保進水均勻。
[0012]在上述技術方案中,所述裝置外殼的材料為PVC、PE或PPR耐腐蝕性材料,所述外殼的外表面輔以封閉式不銹鋼板,所述外殼的內表面設有卡槽18,用于平行固定陰極板、陽極板和陰離子選擇性透過膜;所述陽極板到陰離子選擇性透過膜之間的距離約為陰極板到陰離子選擇性透過膜之間的距離的3倍;
[0013]所述每個陽極室內部按照平行于陽極板I放置若干光源2,陽極板I到光源2的垂直距離約為陰離子選擇性透過膜4到光源2距離的2-3倍,以增加光對陽極板的照射強度,提升光電催化氧化的反應速率,同時減少光對陰離子選擇性透過膜的照射強度,増加膜的使用壽命;
[0014]所述光源可采用波長為200-400nm的高壓汞燈、中壓汞燈及紫外燈中的ー種或多種。
[0015]在上述技術方案中,所述陽極板優(yōu)選為采用鈦基材表面固載貴金屬物質制備而成的網(wǎng)狀貴金屬陽極板,貴金屬物質優(yōu)選采用鉬、釕、銥、銣和鋯氧化物中的一種或多種物質構成;所述陰極板優(yōu)選為網(wǎng)狀不銹鋼陰極板;
[0016]所述光電催化劑優(yōu)選采用a-氧化鋁或ニ氧化硅中的一種或多種為載體,表面負荷ニ氧化鈦、硫化鎘、氧化鐵、ニ氧化錳中的ー種或多種活性物質構成;具有裂化和開環(huán)功能,及孔結構可調特性,并制備成蜂窩多孔結構。
[0017]在上述技術方案中,所述裝置優(yōu)選包含3-10組陰陽極室。
[0018]本發(fā)明涉及的一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置和傳統(tǒng)設備相比較,具有以下有益效果:
[0019]1、利用陰離子選擇性透過膜將裝置內部分為若干組陰陽極室,可使陰極板和光源不結垢,避免由于頻繁清洗造成的各類問題。
[0020]2、陽極室微串聯(lián)狀態(tài),能夠提升光電催化反應降解COD效率,降低噸水處理能耗。
[0021]3、陽極室產(chǎn)生的氧化性氣體能夠充當曝氣氣源,減少能耗的同時,亦能夠降解廢水中COD物質。
[0022]4、陽極室多余尾氣能夠進行無害化處理,保證該裝置有害氣體的零排放。[0023]5、優(yōu)選方案可實現(xiàn)陰極板防垢液內循環(huán)狀態(tài),能夠極大地降低陰極板腐蝕速率,最大限度延長其使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置的主體結構示意俯視圖;
[0025]圖2是微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置的主體結構示意縱向剖面圖;
[0026]圖3是微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置的主體結構立體外觀及內部示意圖;
[0027]圖4是微串聯(lián)-內循環(huán)光電催化氧化廢水處理裝置的結構示意圖;
[0028]其中,圖中:
[0029]I為陽極板,15為連通層;
[0030]2為光源,16為光源固定底座;
[0031]3為陰極板,17為陽極室連通管,
[0032]4為陰離子選擇性透過膜,18為卡槽,
[0033]5為催化劑截留槽,19為直流電源,
[0034]6為光電催化劑,20為微串聯(lián)光電催化氧化裝置,
[0035]7為陽極室,21為廢水提升泵,
`[0036]8為陰極室;22為陰極板防垢液儲液池,
[0037]9為處理后廢水出水口,23為在線電導儀,
[0038]10為廢水布水板,24為在線pH儀,
[0039]11為陰極板防垢液進水口,25為陰極板防垢液儲液池排水閥,
[0040]12為陰極板承托層,26為計量泵,
[0041]13為廢水進水口,27為儲酸罐,
[0042]14為陰極板防垢液出水口,28為循環(huán)泵。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖及具體應用實施例對本發(fā)明作進一步描述,具體實施例不對本發(fā)明的技術方案構成限定。
[0044]實施例一、
[0045]本實施例為本發(fā)明裝置的結構及組成實施例。如圖1-4所示,本發(fā)明微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置由耐酸堿的硬質PVC塑料無縫焊接而成,外部輔以封閉式不銹鋼板,使其具備一定耐壓性。內部按照陽極板1、陰離子選擇性透過膜4、陰極板3、陰離子選擇
性透過膜4、陽極板1、陰離子選擇性透過膜4、陰極板3......陰離子選擇性透過膜4、陽極
板I的順序排列,使箱體內部分為3個陽極室和2個陰極室(如圖1-2所示),實際工藝中根據(jù)處理量不同,設置不同組陰陽極室,優(yōu)選3-10組陰陽極室,其中陽極板到陰離子選擇性透過膜之間的距離a約為陰極板到陰離子選擇性透過膜之間的距離b的3倍,陰陽極室互不聯(lián)通,相鄰陽極室之間靠陽極連通管道17互聯(lián),所有陰極室底部靠連通層15互聯(lián)。
[0046]陰極室設計構造:每個陰極室8的內部設有一塊陰極板3,并填充有陰極板防垢液,底部設置有承托陰極板3的網(wǎng)格狀陰極板承托層12,所述網(wǎng)格狀陰極板承托層12底部連接有連通層15,使得所有的陰極室底部相互連通;所述連通層15的一端設有陰極板防垢液進水口 11,另一端設有陰極板防垢液出水ロ 14 ;
[0047]所述陰極室8底部靠連通層15互聯(lián),并且進一歩和陰極板防垢液儲液池22相連(如圖4所示),使陰極板防垢液在外部循環(huán)泵28的作用下,以內循環(huán)方式在陰極室8內流動,內循環(huán)方式有益于減少陰極板3的腐蝕速率,延長其使用壽命;防垢液儲液池22設在線PH計24和在線電導儀23,用以測量防垢液pH、電導率等值。當防垢液pH值高于8.0時,通過儲酸罐27和計量泵26向防垢液中打入鹽酸,調節(jié)pH值至7.0-8.0的正常范圍內;當防垢液電導低于所處理廢水電導率I倍時,向防垢液中補充10%鈉鹽或鉀鹽溶液,使防垢液電導率維持所處理廢水電導率1-5倍,最大不超過lOOms/cm的正常范圍內。其中陰極板防垢液中的陽離子主要含有Na+、K+中的ー種或多種物質,不含Ca2+、Mg2+等離子,能夠避免陰極板3結垢。[0048]陽極室設計構造:相鄰兩個陽極室7以陽極連通管17連通,使廢水從陽極室底部進水口進入,頂部出水ロ流出,通過陽極聯(lián)通管17進入下一個相鄰的陽極室底部進水口,以此完成裝置內部陽極室之間的微串聯(lián),提高光電降解廢水COD的效率。光源2通過光源固定底座16平行于陽極板I放置,位于陽極板I和陰離子選擇性透過膜4之間,其中陽極板I到光源的距離約為陰離子選擇性透過膜4到光源2距離的2-3倍(本實施例中為2.5倍),目的是使盡可能多的紫外光照射在陽極板上,提升光電催化氧化的效率,同時使盡可能少的紫外光照射到陰離子選擇性透過膜4上,延長膜的使用壽命。陽極室7內部填充光電催化劑6,在水力作用下,保持懸浮狀態(tài)均勻分布在水體中。在所述陽極室7底部且位于陽極連通管道17進水口的上部設置有廢水布水板10,以確保進水均勻。
[0049]其中,陽極連通管17在相鄰陽極室的裝置兩側各設置ー個,陽極連通管17的數(shù)量為M= (N-l)*2,其中N為裝置陽極室的數(shù)量,其中本實施例中為4個。陽極連通管17將兩個相鄰陽極室進水口和出水ロ串聯(lián),保證廢水能夠在每一個陽極室內參與光電催化氧化反應。
[0050]直流電源19,為微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置提供電源,直流電源19的正負電極分別與陽極板I和陰極板3相連。
[0051]陽極室7頂部密封,所生成的氯氣和廢水一起,經(jīng)過各個陽極室7和陽極連通管17后,在出水ロ 9排出,經(jīng)過氣液分離將出水和氯氣分開,出水經(jīng)過排水ロ,氯氣經(jīng)排氣ロ進行無害化處理。
[0052]在常溫常壓下,高鹽高硬難降解有機廢水經(jīng)微串聯(lián)光電催化廢水處理裝置的廢水進水口進裝置首端內的第一個陽極室7,經(jīng)陽極室7內的光電催化劑作用下發(fā)生反應,出水從陽極室7的頂部流出經(jīng)陽極連通管17從相鄰下一個陽極室7的底部進入繼續(xù)進行光電催化處理,直至進入裝置尾部最后ー個陽極室7內處理后得到處理后廢水,整個裝置內水力停留時間為0.5-2小時;所述處理后廢水再進行氣液分離,經(jīng)分離后的出水實現(xiàn)達標排放。
[0053]實施例ニ:
[0054]為本裝置的實際應用實施例。天津某石化公司產(chǎn)生的煉化污水中鈣離子濃度約為1000mg/L,氯離子為1800mg/L,電導率為8000 u s/cm,通過生化處理后COD為100-200mg/L,無法達到相關出水排放標準。采用微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置及エ藝對該高硬廢水進行了工程應用研究,裝置內水力停留時間為I小時,最終出水水質中CODcr降低為40-50mg/L,滿足了達標排放水質要求。
[0055]實施例三:
[0056]為本裝置的另一實際應用實施例。浙江某石化公司產(chǎn)生的煉化污水經(jīng)過超濾-反滲透雙膜系統(tǒng)處理后會產(chǎn)生一定量濃縮液,該反滲透濃水具有鹽含量高、有機組分復雜、生化性差等特點,濃縮液的總硬度為2300mg/L,COD為150_200mg/L,電導率為19000 μ s/cm,采用微串聯(lián)-內循環(huán)光電催化氧化廢水處理裝置及工藝處理該公司反滲透濃水時,裝置內水力停留時間為2小時,最終出水C`ODcr降低為30-40mg/L,滿足了達標排放水質要求。
【權利要求】
1.一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于: 所述的裝置包含若干組順序排列的陽極室(7)和陰極室(8)組成的陰陽極室組,所述陽極室(7)與陰極室(8)間通過陰離子選擇性透過膜(4)隔開,每個陽極室(7)內部設置陽極板(I)、若干根光源(2)并填充油光電催化劑(6),陽極室為廢水處理主體極室,沿廢水流向的相鄰陽極室間通過陽極連通管(17)連接,使上一個陽極室(7)的出水口與下一個陽極室的進水口相連,保證廢水從每個陽極室的底部進入,頂部流出;每個陰極室(8)的內部設有陰極板(3),并填充有陰極板防垢液,底部設置有承托陰極板(3)的網(wǎng)格狀陰極板承托層(12),所述網(wǎng)格狀陰極板承托層(12)底部連接有連通層(15),使得所有的陰極室底部相互連通;所述連通層(15)的一端設有陰極板防垢液進水口(11),另一端設有陰極板防垢液出水口(14); 所述裝置的首端底部設置有廢水進水口(13),尾端頂部設置有處理后廢水出水口(9),裝置內靠近所述廢水出口(9)處設置有催化劑截留槽(5),所述廢水經(jīng)裝置底部廢水進水口進入陽極室后,通過陽極連通管依次進入相鄰陽極室進行光電催化處理后,最后由流經(jīng)催化劑截留槽(5 )后通過廢水出水口( 9 )排出。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于:所述陰極板防垢液出水口(14)與陰極板防垢液儲液池(22)相連,陰極板防垢液儲液池(22)通過循環(huán)泵(28)與陰極板防垢液進水口(11)相連,并在循環(huán)泵的作用下以內循環(huán)方式在所有陰極室(8)和連通層(15)中流動; 所述陰極板防垢液儲液池(22)內設在線pH計(24)和在線電導儀(23),用以測量陰極板防垢液pH、電導率,當陰極板防垢液pH值高于8.0時,通過儲酸罐(27)和計量泵(26)向陰極板防垢液中注入無機酸,調節(jié)PH值至7.0-8.0的正常范圍內;當陰極板防垢液電導率低于廢水電導率時,向陰極板防垢液中補充鈉鹽或鉀鹽溶液,使防垢液電導率維持在廢水電導率的1-5倍;所述陰極板 防垢液中的陽離子主要含有Na+、K+中的一種或多種物質,不含Ca2+或Mg2+離子,以避免陰極板(3)結垢。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于:所述陽極室(7)底部且位于陽極連通管道(17)進水口的上部設置有廢水布水板(10),以確保進水均勻。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于:所述裝置外殼的材料為PVC、PE或PPR耐腐蝕性材料,所述外殼的外表面輔以封閉式不銹鋼板,所述外殼的內表面設有卡槽(18),用于平行固定陰極板、陽極板和陰離子選擇性透過膜;所述陽極板到陰離子選擇性透過膜之間的距離約為陰極板到陰離子選擇性透過膜之間的距離的3倍; 所述每個陽極室內部按照平行于陽極板(I)放置若干光源(2),陽極板(I)到光源(2)的垂直距離約為陰離子選擇性透過膜(4)到光源(2)距離的2-3倍,以增加光對陽極板的照射強度,提升光電催化氧化的反應速率,同時減少光對陰離子選擇性透過膜的照射強度,增加膜的使用壽命; 所述光源可采用波長為200-400nm的高壓汞燈、中壓汞燈及紫外燈中的一種或多種。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于:所述陽極板為采用鈦基材表面固載貴金屬物質制備而成的網(wǎng)狀貴金屬陽極板,貴金屬物質采用鉬、釕、銥、銣和鋯氧化物中的ー種或多種物質構成;所述陰極板為網(wǎng)狀不銹鋼陰極板; 所述光電催化劑采用a -氧化鋁或ニ氧化硅中的一種或多種為載體,表面負荷ニ氧化鈦、硫化鎘、氧化鐵、ニ氧化錳中的ー種或多種活性物質構成;具有裂化和開環(huán)功能,及孔結構可調特性,并制備成蜂窩多孔結構。
6.根據(jù)權利要求1所述的ー種微串聯(lián)光電催化氧化廢水處理裝置,其特征在于:所述裝置包含3-10組陰陽極 室。
【文檔編號】C02F1/467GK103449564SQ201310421051
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2013年9月16日
【發(fā)明者】謝陳鑫, 秦微, 李肖琳, 滕厚開, 鄭書忠, 張艷芳, 趙慧 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油天津化工研究設計院, 中海油能源發(fā)展股份有限公司