光電催化氧化?電吸附協同處理高鹽廢水的方法及設備與流程

本發明涉及廢水處理領域，且特別涉及一種光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的方法及設備。

背景技術：

作為一種適應性強、維護簡單、操作方便同時又具有良好的處理效果的脫鹽技術，電吸附技術(Electrosorption Technology，EST)，由于具有良好的環保與節能特性，近年來逐漸成為水處理技術領域的一大研究熱點。實際的工程應用表明，現有電吸附除鹽系統在高含鹽水處理領域很難發揮其優勢，這也在一定程度上限制了電吸附技術的推廣好應用。電吸附工藝在再生時通常采用原水，消耗大量水資源，以及再生后，電極吸附作用不佳。光電催化氧化技術作為一種高級氧化處理技術，它通過極板表面光催化作用，使系統內產生大量強氧化基團，如羥基自由基，從而使廢水中污染物分解為二氧化碳和水，實現污染物的快速有效去除，將光電催化氧化技術用于工業廢水深度處理具有氧化性強、對污染物無選擇性、反應時間短等特點，但同時也存在一些技術問題，主要表現為：系統污染物去除能力較低，無法有效調節廣電催化反應速率，極板抗污染性較差，極板表面易結垢，長時間運行后，造成涂層脫落，極板使用壽命降低，并影響出水水質和系統運行穩定性。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的方法，其可有效節省水資源，促進光電催化氧化效率以及電吸附效率，有效節省廢水處理成本。

本發明的另一目的在于提供一種光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的設備，其可有效節省水資源，促進光電催化氧化效率以及電吸附效率，有效節省廢水處理成本。

本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。

本發明提出一種光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的方法，將高鹽廢水充入到電解槽中，將陰極電極板和陽極電極板與高鹽廢水接觸，通電后，使陰極電極板與陽極電極板相互靠近或遠離，待光電催化氧化完成后，將光電催化氧化后的高鹽廢水排入電吸附裝置。

電吸附裝置內設置有可獨立運行的第一電吸附模塊和第二電吸附模塊，第一電吸附模塊和第二電吸附模塊交替進行對高鹽廢水的電吸附處理和再生處理，再生處理按以下方式進行：依次用光電催化氧化后的高鹽廢水、電吸附產水以及酸液沖洗。

本發明還提出一種光電催化氧化-電吸附協同處理的設備，包括電源、以及與電源電連接的光電催化氧化裝置、電吸附裝置以及控制系統，光電催化氧化裝置開設有電解槽，電解槽內設置有與電源電連接的陽極電極板、陰極電極板以及紫外燈，光電催化氧化裝置開設有開口，光電催化氧化裝置包括滑動嵌設于開口的第一滑塊與第二滑塊，第一滑塊、第二滑塊分別與陽極電極板、陰極電極板連接并帶動陽極電極板、陰極電極板沿開口的延伸方向滑動以使陰極電極板與陽極電極板相互靠近或遠離，第一滑塊、第二滑塊均傳動連接有動力機構，動力機構與控制系統電連接，電解槽內填充有光電催化劑。

其中，電吸附裝置包括第一電吸附模塊、第二電吸附模塊、酸液存儲箱，第一電吸附模塊和第二電吸附模塊分別與電解槽、產水池、酸液存儲箱分別通過閥門連通，控制系統與閥門電連接。

本發明實施例提供的光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的方法及設備的有益效果是：該方法通過光電催化氧化裝置、第一電吸附模塊與第二電吸附模塊的協同配合，有效降解高鹽廢水中的有機物以及去除鹽分，通過光電催化氧化裝置處理后的高鹽廢水、電吸附產水、以及酸液依次沖洗第一電吸附模塊或第二電吸附模塊進行再生，有效節約水資源，并且通過酸液除垢，有效去除殘留于第一電吸附模塊或第二電吸附模塊的沉垢，提高吸附效率，并且通過第一電吸附模塊與第二電吸附模塊交替進行對高鹽廢水的電吸附處理和再生處理，保證對高鹽廢水進行光電催化氧化-電吸附協同處理的穩定性，而利用該光電催化氧化電吸附協同處理高鹽廢水的方法制備的設備則可以有效節水，提高光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的效率以及保證其運行的穩定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例2提供的光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的設備的結構示意圖；

圖2為本發明實施例2提供的電吸附裝置的結構示意圖；

圖3為本發明實施例2提供的光電催化氧化裝置的結構示意圖；

圖4為本發明實施例2提供的第一滑塊的結構示意圖；

圖5為本發明實施例2提供的第一安裝孔的剖面結構示意圖。

圖標：100-光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的設備；101-電吸附裝置；110-第一電吸附模塊；111-第一電吸附模塊本體；112-第一進水管；113-第一電磁閥；114-第一出液管；115-第二電磁閥；116-產水池；117-第一循環泵；118-第三電磁閥；119-第四電磁閥；120-儲水箱；121-進酸管；123-第五電磁閥；125-酸液存儲箱；126-出酸管；127-第六電磁閥；128-酸液回收裝置；129-第二循環泵；130-第二電吸附模塊；200-光電催化氧化裝置；210-電解槽；211-第二進水管；220-蓋體；221-蓋體本體；222-開口；223-滑槽；224-第一滑塊；225-第一推桿；226-第一滑塊本體；227-第二滑塊；228-第二推桿；229-第二滑塊本體；230-保護殼；231-第一安裝孔；232-密封圈；233-第二出水管；240-陽極電極板；241-導線；250-陰極電極板；260-電源；270-光電催化劑；280-紫外燈；290-抽氣泵；291-尾氣處理設備；292-曝氣裝置；293-固液分離設備；294-出液口。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

實施例1

一種光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的方法，首先將高鹽廢水充入到電解槽中，將陰極電極板和陽極電極板與高鹽廢水接觸，通電后，使陰極電極板與陽極電極板相互靠近或遠離。

由于光電催化過程中，污染物及離子濃度逐漸降低，不能及時擴散，會造成光電催化氧化效率顯著下降，因此優選地，每間隔10-20min完成一個陰極電極板與陽極電極板相互靠近再相互遠離的周期，即每當反應進行10-20min后，例如每當反應進行10min、12min、15min或20min后，完成一個陰極電極板與陽極電極板相互靠近再相互遠離的周期，即給予陰極電極板與陽極電極板一定的光電催化反應時間，又通過移動陰極電極板與陽極電極板之間的位置，帶動水流波動，既使污染物擴散，消除或降低“濃差極化”現象，也使光電催化劑擴散，以及增大溶氧量，提高光電催化氧化效率。

具體地，每個周期包括一個陰極電極板與陽極電極板相互靠近至最近點以及一個陰極電極板與陽極電極板相互遠離至最遠點，每次陰極電極板與陽極電極板相互靠近至最近點后，間隔5-10min，例如間隔5min、6min、7.5min或10min，使其進行反應，然后控制陰極電極板與陽極電極板相對運動以使兩者相互遠離至最遠點，此處所述的最近點是指陰極電極板與陽極電極板之間的距離最小時，陰極電極板與陽極電極板所處的位置，優選地，陰極電極板與陽極電極板之間的最小距離大于1cm。此處所述的最遠點指當陰極電極板與陽極電極板之間的距離最大時，二者所處的位置。更優選地，陰極電極板與陽極電極板從相互遠離的最遠點運動至相互靠近的最近點的時間1-2min，有效帶動水流運動。

具體地，待光電催化氧化完成后，將光電催化氧化后的高鹽廢水排入電吸附裝置，進行電吸附去除鹽離子等雜質。

優選地，電吸附裝置內設置有可獨立運行的第一電吸附模塊和第二電吸附模塊，第一電吸附模塊和第二電吸附模塊交替進行對高鹽廢水的電吸附處理和再生處理，保持電吸附處理高鹽廢水的穩定性。

具體地，再生處理按以下方式進行：依次用光電催化氧化后的高鹽廢水、電吸附產水以及酸液沖洗；其中，電吸附產水為經電吸附處理后的高鹽廢水，具體地，當第一電吸附模塊進行再生處理時，電吸附產水來源于第二電吸附模塊進行電吸附處理后得到的水。而當第二電吸附模塊進行再生處理時，電吸附產水來源于第一電吸附模塊進行電吸附處理后得到的水。

進行再生處理時，優選對第一電吸附模塊或第二電吸附模塊斷電后，靜置20-50min，例如靜置20min、30min、40min或50min，使第一電吸附模塊或第二電吸附模塊的電極表面富集的帶電粒子便于脫落。

優選地，酸液為質量比為2-5：1的工業鹽酸與磷酸，例如，酸液為質量比為2：1或5:1或4:1的工業鹽酸與磷酸，其除垢效果佳，且部分氫離子會殘留于第一電吸附模塊或第二電吸附模塊，在進行通電進行電吸附時，中和堿性高鹽廢水以及交換殘留于第一電吸附模塊或第二電吸附模塊上的部分離子。

優選地，回收再生處理后的酸液，經除雜后循環使用，節省酸液，節省成本。

優選地，再生處理中，使用電吸附產水連續沖洗兩次，使其沖洗的更為干凈。

實施例2

請參閱圖1以及圖3，本發明提供一種與上述光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的方法配合對高鹽廢水進行光電催化氧化-電吸附協同處理的設備100，具體地，光電催化氧化-電吸附協同處理的設備100包括電源260、電吸附裝置101、光電催化氧化裝置200以及控制系統(圖未示)，控制系統與電源260電連接。

請參閱圖2，電吸附裝置101包括第一電吸附模塊110、酸液存儲箱125、儲水箱120、計時器(圖未示)、動力機構(圖未示)以及第二電吸附模塊130。

請繼續參閱圖2，第一電吸附模塊110包括第一電吸附模塊本體111、以及與第一電吸附模塊本體111連通的第一進水管112、進酸管121、出酸管126以及第一出液管114。

具體地，第一電吸附模塊本體111與控制系統電連接，由于電吸附為利用電場力的作用將陰、陽離子分別吸附到不同的電極表面形成雙電層，也即是使水中溶解鹽類及其它帶電物質在電極的表面富集濃縮而實現水的凈化，因此，通過控制系統控制第一電吸附模塊110停止通電，可以使富集于電極表面的鹽類及其它帶電物質從電極表面離開。具體地，此處所述的電源260為低壓直流電源，從而使離子定向運動，其電流大小可根據實際情況進行調節。

第一電吸附模塊本體111具有通道式結構(圖未示)，優選地，通道的寬度為2-5mm，便于吸附廢水中離子及帶電粒子，更優選地，第一電吸附模塊本體111的工作電壓為1.4-1.8V，第一電吸附模塊本體111的雙電層厚度為1-100nm，電場強度為105-108V/m，電吸附效果佳。

第一進水管112通過第一電磁閥113與光電催化氧化裝置200連通，將經光電催化氧化裝置200處理的廢水進入第一電吸附模塊本體111進行電吸附。

第一出液管114通過第二電磁閥115連通有產水池116，即經第一電吸附模塊本體111處理后的水進入產水池116，優選地，第一出液管114通過第一循環泵117與產水池116連通，用于沖洗第一電吸附模塊本體111，使其再生。

第一出液管114通過第三電磁閥118連通有排水池(圖未示)，即在第一電吸附模塊本體111進行再生處理時，將經光電催化氧化裝置200處理的高鹽廢水對第一電吸附模塊本體111進行沖洗后，輸出至排水池，進行后續操作。

第一出液管114通過第四電磁閥119連通有儲水箱120，回收第一電吸附模塊本體111進行再生處理時，對第一電吸附模塊本體111進行沖洗后的電吸附產水，優選地，儲水箱120與第一出液管114通過水泵(圖未示)連通，在本發明其他實施例中，儲水箱120中的水可以作為再生處理時的沖洗液，節省水資源。

進酸管121通過第五電磁閥123連通有酸液存儲箱125，用于在第一電吸附模塊本體111進行再生處理時，對其進行除垢，增強再生后電吸附效果。第五電磁閥123與控制系統電連接。

出酸管126通過第六電磁閥127連通有酸液回收裝置128，第六電磁閥127與控制系統電連接，優選地，酸液回收裝置128與酸液存儲箱125通過第二循環泵129連通，即酸液回收裝置128將處理后的酸液繼續輸出至酸液存儲箱125，第二循環泵129與控制系統電連接，控制添加酸液，提高處理效率。

第二電吸附模塊130與第一電吸附模塊110結構相同，例如第二電吸附模塊130也具有通道式結構，通道的寬度為2-5mm等，二者可獨立運行，在此不作贅述。具體地，第二電吸附模塊130與第一電吸附模塊110對稱設置且通過酸液存儲箱125連通，第二電吸附模塊130與控制系統電連接。

優選地，第二電吸附模塊130與第一電吸附模塊110通過控制系統控制，可同時進行工作，還可以進行交替工作，優選地，第二電吸附模塊130與第一電吸附模塊110交替進行對高鹽廢水的電吸附處理和再生處理，例如，第二電吸附模塊130進行吸附處理廢水，第一電吸附模塊110進行再生處理，從而保證電吸附裝置101工作的穩定性。

因此，電吸附產水為當第一電吸附模塊本體111進行再生處理時，第二電吸附模塊130進行電吸附處理后得到的水，或當第二電吸附模塊130進行再生處理時，第一電吸附模塊本體111進行電吸附處理后得到的水。

光電催化氧化裝置200開設有電解槽210，以及與電解槽210連通的進氣口(圖未示)、第二進水管211以及第二出水管233，其中第二進水管211以及第二出水管233均連通有閥門(圖未示)進行控制水流量。

請參閱圖3，光電催化氧化裝置200包括蓋體220、陽極電極板240、陰極電極板250、紫外燈280、電源260、光電催化劑270以及抽氣泵290。

具體地，蓋體220包括蓋體本體221、第一滑塊224、第二滑塊227以及保護殼230。

其中，蓋體本體221與電解槽210可拆卸配合，從而便于清洗電解槽210內部以及更換電解槽210內零部件。蓋體本體221開設有貫穿蓋體本體221的開口222，該開口222優選為狹長形開口，本實施例中，開口222為矩形。蓋體本體221設置有計時器(圖未示)，計時器與控制系統電連接。

本實施例中，蓋體本體221沿開口222的長度方向的兩側沿開口222設置有滑槽223，其中，第一滑塊224與第二滑塊227分別滑動嵌設于滑槽223內。

具體地，請參閱圖4，第一滑塊224包括相互連接的第一推桿225和第一滑塊本體226，通過外力推動第一推桿225帶動第一滑塊本體226沿開口222的長度方向滑動。優選地，第一推桿225沿開口222的寬度方向的長度小于開口222的寬度方向，即第一推桿225與開口222留有間隙，便于降解產生的廢氣從電解槽210中溢出。具體地，本實施例中，第一滑塊本體226為長方體結構。第一推桿225與動力機構傳動連接，動力機構與控制系統電連接，用于控制第一推桿225的運動。

其中，第二滑塊227與第一滑塊224對稱設置，且第二滑塊227的結構與第一滑塊224的結構相同，即第二滑塊227包括相互連接的第二推桿228、第二滑塊本體229，第二推桿228與動力機構傳動連接等，在此不做贅述。

保護殼230罩覆于開口222的上端，用于防止氣體直接溢出至大氣污染環境。優選地，保護殼230開設有通孔(圖未示)以及與第一推桿225配合的第一安裝孔231、與第二推桿228配合的第二安裝孔(圖未示)。

請一并參閱圖4以及圖5，第一安裝孔231沿其軸向的兩端設置有臺階，臺階處設置有密封圈232，用于防止廢氣從第一安裝孔231與第一推桿225的間隙處溢出，污染環境。第二安裝孔結構與第一安裝孔231的結構相同，也安裝有密封圈232，在此不做贅述。

陽極電極板240設置于電解槽210內且與第一滑動塊本體的中心連接，從而第一滑塊224滑動時帶動陽極電極板240滑動，本實施例中，即陽極電極板240與陰極電極板250并排設置并沿垂直于陽極電極板的方向運動。

陽極電極板240為鈦基材表面固載錫銥系氧化物以及貴金屬制備而成的網狀貴金屬陽極板，貴金屬物質為鉑、釕、銣和鋯中的至少一種，本實施例中，優選為陽極電極板240為鈦基材表面固載錫銥系氧化物以及貴金屬鋯制備而成的網狀貴金屬陽極板，其光催化活性高，效果佳。

陰極電極板250設置于電解槽210內且與第二滑動塊本體的中心連接，從而第二滑塊227滑動時帶動陰極電極板250滑動，且當第一滑動塊本體與第二滑動塊本體互相抵觸時，陰極電極板250與陽極電極板240之間留有間隙，防止陰極電極板250與陽極電極板240之間距離過近導致的二者之間的電容過高，擊穿陰極電極板250與陽極電極板240，導致的維修成本增加；并且，陰極電極板250與陽極電極板240之間的距離過近時，還會導致二者之間不易分布光電催化劑270。

陰極電極板250的材質可以為鈦、不銹鋼、活性炭纖維、多孔石墨等，本實施例中優選為鈦，其在催化電解產生時，會在表面產生氣液兩相流，增大了表面湍流程度，減緩其表面結垢的趨勢，延長使用時間。本實施例中，陰極電極板250與陽極電極板240并排設置并沿垂直于陰極電極板250的方向運動。

優選地，陽極電極板240遠離電解槽210的一端與陰極電極板250遠離電解槽210的一端均通過穿設于通孔內的導線241與電源260電連接。

反應進行過程中，由于污染物不斷降解，濃度變低不能及時擴散，會造成光電催化氧化效率顯著下降，因此優選地，每隔10-20min使陰極電極板250與陽極電極板240相互靠近或遠離，通過移動陽極電極板240與陰極電極板250之間的位置，帶動水流波動，既使污染物擴散，消除或降低“濃差極化”現象，也使光電催化劑270擴散，以及增大溶氧量，提高光電催化氧化效率。在本發明其他實施例中，還可以針對不同類型的高鹽廢水，根據實際情況在反應開始前調整陽極電極板240與陰極電極板250之間的距離，在最優化的槽電壓范圍內進行高鹽廢水的處理，提升光電催化氧化效率。

光電催化劑270以多孔三氧化二鋁或多孔二氧化硅為載體，表面負載有二氧化鈦、二氧化鋯中的至少一種活性物質，光電催化效果佳，優選地，光電催化劑270的粒徑為1-9cm，催化效率較佳的基礎上便于分離。

紫外燈280設置于電解槽210位于陽極電極板240遠離陰極電極板250的一側，用于與光電催化劑270、陽極電極板240、陰極電極板250配合，形成光催化系統，有效降解高鹽廢水內的有機物。紫外燈280與電源260電連接。

抽氣泵290與出氣口連通，用于抽離電解槽210產生的廢氣，優選地，抽氣泵290遠離出氣口的一端連通有尾氣處理設備291。

進氣口連通有曝氣裝置292，優選地，曝氣裝置292采用氧氣、空氣或臭氧作為曝氣介質，提高廢水中氧氣含量，提高光電催化氧化效率，有效降解有機物。

第二出水管233連通有固液分離設備293，固液分離設備293具有出液口294，出液口294與第一進水管112連通。

利用上述光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的設備100處理廢水的方法，首先，將高鹽廢水通過第二進水管211進入電解槽210內，將陰極電極板250和陽極電極板240與高鹽廢水接觸，通電后進行光電催化氧化，曝氣裝置292不斷進行壓縮空氣并輸入至電解槽210內，反應期間每次陰極電極板250和陽極電極板240經過1min相互靠近至最近點后，間隔9min，然后控制陰極電極板250和陽極電極板240經過1min的相對運動以使兩者相互遠離至最遠點，間隔9min，進行下一個周期運動，即每隔20min完成一個陰極電極板250和陽極電極板240相互靠近再相互遠離的周期，從而促進光電催化反應效率，反應期間產生的廢氣經由抽氣泵290抽出輸入至尾氣處理設備291中，進行處理，反應完成后，將經光電催化氧化處理后的高鹽廢水經固液分離設備293的出液口294排入至電吸附裝置101內。

然后，將經光電催化氧化處理后的廢水經固液分離設備293的出液口294排入至第二電吸附模塊130進行電吸附，將經第二電吸附模塊130電吸附完成后的高鹽廢水，即電吸附產水排入產水池116。

同時，控制系統關閉第一電吸附模塊本體111的電源260，靜置40min，使第一電吸附模塊本體111的電極表面富集的帶電粒子便于脫落，接著依次用光電催化氧化后的高鹽廢水、電吸附產水以及質量比為3：1的工業鹽酸與磷酸混合而成的酸液對第一電吸附模塊本體111進行沖洗，其中，利用電吸附產水沖洗兩遍，同時利用排水池、儲水箱120、以及酸液回收裝置128對上述沖洗第一電吸附模塊本體111后的光電催化氧化后的高鹽廢水、電吸附產水以及酸液依次進行回收。第一電吸附模塊110完成再生處理后，進行通電，開始進行電吸附處理，同時第二電吸附模塊130斷電，進行再生處理，二者交替進行對高鹽廢水的電吸附處理和再生處理，維持對高鹽廢水處理的穩定性。

綜上所述，本發明較佳的實施例提供的光電催化氧化-電吸附協同處理高鹽廢水的設備100，操作方便，有效節水，能夠有效促進光電催化氧化效率以及電吸附再生效果。

以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。