申請(qǐng)日2016.05.31

　　公開(公告)日2016.07.27

　　IPC分類號(hào)C02F1/30; C02F1/48; C02F101/30

　　摘要

　　本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種光電催化凈化水處理裝置和處理方法。一種光電催化凈化水處理裝置，包括催化反應(yīng)室，其特征在于：催化反應(yīng)室的下端連接儲(chǔ)泥料斗，儲(chǔ)泥料斗的下端連接出泥口;位于催化反應(yīng)室上方的一端設(shè)有進(jìn)水口，催化反應(yīng)室上方的另一端設(shè)有出水口;位于催化反應(yīng)室的后方設(shè)有出泥槽，出泥槽的下端連接另一出泥口;位于出水口前方的催化反應(yīng)室上設(shè)有刮泥板。同現(xiàn)有技術(shù)相比，利用可見光催化和電催化協(xié)同作用的技術(shù)原理，采用一類低成本的復(fù)合材料作為光電催化功能的陽極材料，制造電容式結(jié)構(gòu)的光電催化裝置，可對(duì)各類有機(jī)廢水進(jìn)行有效的處理。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種光電催化凈化水處理裝置，包括催化反應(yīng)室，其特征在于：催化反應(yīng)室(12)的下端連接儲(chǔ)泥料斗(14)，儲(chǔ)泥料斗(14)的下端連接出泥口(15);位于催化反應(yīng)室(12)上方的一端設(shè)有進(jìn)水口(10)，催化反應(yīng)室(12)上方的另一端設(shè)有出水口(13);位于催化反應(yīng)室(12)的后方設(shè)有出泥槽(21)，出泥槽(21)的下端連接另一出泥口(22);位于出水口(13)前方的催化反應(yīng)室(12)上設(shè)有刮泥板(16)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化凈化水處理裝置，其特征在于：所述的催化反應(yīng)室(12)為光電催化反應(yīng)室，催化反應(yīng)室(12)是由陽極基板(61)和陰極基板(62)的電容式電極陣列模塊組成;陽極基板(61)由具有可見光催化功能和電催化功能的納米復(fù)合薄膜材料構(gòu)成;陰極基板(62)由導(dǎo)電的碳或金屬構(gòu)成。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化凈化水處理裝置，其特征在于：位于催化反應(yīng)室(12)的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)流槽(11)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化凈化水處理裝置，其特征在于：催化反應(yīng)室(12)外側(cè)設(shè)有光源模塊(4);催化反應(yīng)室(12)采用電源模塊(3)連接電器控制模塊(2)的一端，電器控制模塊(2)的另一端分別采用傳感器連接進(jìn)水口(10)、出水口(13)及光源模塊(4)。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光電催化凈化水處理裝置，其特征在于：所述的陽極基板(61)是由石墨或鈦或玻璃薄片或網(wǎng)纖維組成，在陽極基板的表面涂覆有催化材料;所述的陰極基板(62)是由不銹鋼或鈦或鋁或石墨的薄片或網(wǎng)組成。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光電催化凈化水處理裝置，其特征在于：所述的催化材料包括碳和金屬氧化物可見光催化材料。

　　7.一種光電催化凈化水處理方法，其特征在于：具體步驟如下：

　　(1)將廢水由泵抽入或者溢流至催化反應(yīng)室的進(jìn)水口，經(jīng)導(dǎo)流槽將廢水充滿安裝有催化反應(yīng)室;

　　(2)在陽極基板和陰極基板施加直流電壓，電壓值為0.1~24V，根據(jù)進(jìn)水的電導(dǎo)率不同，陽極基板和陰極基板之間的電流密度為0.01~20mA/cm2，處理時(shí)間為10~120分鐘;

　　(3)在電場(chǎng)作用下，廢水中的金屬陽離子會(huì)運(yùn)動(dòng)至陰極基板表面，當(dāng)金屬陽離子在陰極基板獲得電子后會(huì)沉積在陰極基板表面，而氫離子獲得電子后會(huì)產(chǎn)生氫氣，形成微氣泡;

　　(4)在電場(chǎng)作用下，陰離子往陽極基板表面運(yùn)動(dòng)，與陽極基板表面的催化材料反應(yīng)后，會(huì)產(chǎn)生羥基自由基、氧、臭氧等基團(tuán)，與水中的有機(jī)分子作用后會(huì)生出CO2，在陽極基板表面也會(huì)形成微氣泡;

　　(5)在光源模塊的輻照下，會(huì)加速陽極基板表面的催化反應(yīng);

　　(6)在電場(chǎng)與催化材料的作用下，當(dāng)較大分子量的有機(jī)物或含有鈣、鎂等離子的團(tuán)聚體較大、較重時(shí)，會(huì)從水中直接沉積至催化反應(yīng)室的底部，到一定量時(shí)可通過底部的出泥口排出。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種光電催化凈化水處理方法，其特征在于：所述的廢水包括工業(yè)冷卻循環(huán)水、印染廢水、養(yǎng)殖廢水、皮革清洗廢水、垃圾滲濾液、焦化廢水、醫(yī)藥生產(chǎn)廢水、機(jī)械零部件清洗廢水、游泳池水、河道湖泊污染水。

　　說明書

　　一種光電催化凈化水處理裝置和處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種光電催化凈化水處理裝置和處理方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著社會(huì)的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)，能源和水資源已成為制約當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的瓶頸問題。生活、生產(chǎn)所用的水量逐年增加，同時(shí)排出的廢水量也相應(yīng)增加，許多排水的環(huán)境程度已超過了自然生態(tài)凈化的極限，使得水環(huán)境污染日益嚴(yán)重。水體的污染主要包括重金屬離子和有機(jī)物的污染。目前主要采用化學(xué)絮凝、微生物分解、膜過濾等方法�；瘜W(xué)絮凝法需要添加大量絮凝劑如硫酸鋁、硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化鋁、氫氧化鋁、丙烯酰胺等，絮凝聚劑只對(duì)部分有極性的分子起作用，且其使用會(huì)造成大量淤泥產(chǎn)生，形成二次污染，導(dǎo)致淤泥的處理成本較高。微生物法分解處理水中的有機(jī)物，通常采用厭氧、好氧等工藝進(jìn)行處理，對(duì)于毒性小、有機(jī)物濃度適中的廢水處理效果較好，運(yùn)行成本較低，但處理時(shí)間較長(zhǎng)(2-15天)，處理設(shè)施占地面積較大，且對(duì)水的毒性、溫度、酸堿度等敏感。微生物(細(xì)菌、病毒)死亡后的尸體也屬于有機(jī)物，會(huì)使有機(jī)污泥量增加，造成二次污染和處理成本增加。另外，對(duì)于濃度較高、毒性較大的廢水，微生物易被毒死，處理效果差。而膜過濾法是通過膜材料的孔隙大小來截流不同尺寸的微粒(固體顆粒、有機(jī)分子、離子等)，如微濾、超濾、納濾、反滲透膜等，一般用于純水、去離子水等的制備;若用于污水處理則成本偏高，膜孔易被堵，膜易被污染，且壽命較短，不適合大規(guī)模使用。

　　近年來所發(fā)展的紫外光催化氧化法是一種較節(jié)能的水處理新方法，光催化法一般采用納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎�，在紫外光照射下可氧化分解水中的有機(jī)物，是一種節(jié)能型的有機(jī)物去除技術(shù)，但對(duì)于高濃廢水，因水的透光性差，此法效率很低，處理效果較差。另外，因自然光中紫外光的比例很低(<3%)，光的利用率不高;而目前人造的紫外光源主要是汞燈，其壽命較短(500-2000小時(shí))，工作能耗較大，且廢棄后的汞易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。另外，紫外光易造成對(duì)人體的傷害。故紫外光催化氧化法很難在廢水處理領(lǐng)域?qū)嵱没��?/P>

　　對(duì)于高濃有機(jī)廢水處理，可采用等離子體或電化學(xué)氧化處理。等離子體氧化處理高濃有機(jī)廢水的技術(shù)目前并不成熟，還處于研究階段，因能耗、成本等因素還不易實(shí)際應(yīng)用。而電化學(xué)氧化技術(shù)已在一些成本不敏感的領(lǐng)域開始應(yīng)用。電化學(xué)氧化的裝置，通常采用電容式結(jié)構(gòu)，陽極材料采用Ti為基體，表面涂覆Pt、IrO、PbO2、金剛石等薄膜作為催化材料，陰極采用不銹鋼等材料，在兩極間施加一定的電場(chǎng)后，在陽極表面的催化材料與水中有機(jī)物起電化學(xué)反應(yīng)而氧化分解水中的有機(jī)物。但由于Pt、IrO、金剛石等材料昂貴而限制了其在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用;而PbO2雖然成本較低，但因Pb元素可能在反應(yīng)過程中析出而造成二次污染，也限制了此方法的應(yīng)用。另外，直接采用此類電化學(xué)氧化工藝，所需的電流密度較大(10-500mA/cm2)，總體能耗較大，不易大規(guī)模應(yīng)用。故需要一類成本較低、無二次污染且高效的電化學(xué)催化材料，并能應(yīng)用于各類廢水的處理，是目前迫切需要解決的問題。同時(shí)還需要將此類材料制備成適合的裝置系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的處理工藝，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光電催化凈化水處理裝置和方法，利用可見光催化和電催化協(xié)同作用的技術(shù)原理，采用一類低成本的復(fù)合材料作為光電催化功能的陽極材料，制造電容式結(jié)構(gòu)的光電催化裝置，可對(duì)各類有機(jī)廢水進(jìn)行有效的處理。

　　為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種光電催化凈化水處理裝置，包括催化反應(yīng)室，其特征在于：催化反應(yīng)室的下端連接儲(chǔ)泥料斗，儲(chǔ)泥料斗的下端連接出泥口;位于催化反應(yīng)室上方的一端設(shè)有進(jìn)水口，催化反應(yīng)室上方的另一端設(shè)有出水口;位于催化反應(yīng)室的后方設(shè)有出泥槽，出泥槽的下端連接另一出泥口;位于出水口前方的催化反應(yīng)室上設(shè)有刮泥板。

　　所述的催化反應(yīng)室為光電催化反應(yīng)室，催化反應(yīng)室是由陽極基板和陰極基板的電容式電極陣列模塊組成;陽極基板由具有可見光催化功能和電催化功能的納米復(fù)合薄膜材料構(gòu)成;陰極基板由導(dǎo)電的碳或金屬構(gòu)成。

　　位于催化反應(yīng)室的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)流槽。

　　催化反應(yīng)室外側(cè)設(shè)有光源模塊;催化反應(yīng)室采用電源模塊連接電器控制模塊的一端，電器控制模塊的另一端分別采用傳感器連接進(jìn)水口、出水口及光源模塊。

　　所述的陽極基板是由石墨或鈦或玻璃薄片或網(wǎng)纖維組成，在陽極基板的表面涂覆有催化材料;所述的陰極基板是由不銹鋼或鈦或鋁或石墨的薄片或網(wǎng)組成。

　　所述的催化材料包括碳和金屬氧化物可見光催化材料。

　　一種光電催化凈化水處理方法，具體步驟如下：

　　(1)將廢水由泵抽入或者溢流至催化反應(yīng)室的進(jìn)水口，經(jīng)導(dǎo)流槽將廢水充滿安裝有催化反應(yīng)室;

　　(2)在陽極基板和陰極基板施加直流電壓，電壓值為0.1~24V，根據(jù)進(jìn)水的電導(dǎo)率不同，陽極基板和陰極基板之間的電流密度為0.01~20mA/cm2，處理時(shí)間為10~120分鐘;

　　(3)在電場(chǎng)作用下，廢水中的金屬陽離子會(huì)運(yùn)動(dòng)至陰極基板表面，當(dāng)金屬陽離子在陰極基板獲得電子后會(huì)沉積在陰極基板表面，而氫離子獲得電子后會(huì)產(chǎn)生氫氣，形成微氣泡;

　　(4)在電場(chǎng)作用下，陰離子往陽極基板表面運(yùn)動(dòng)，與陽極基板表面的催化材料反應(yīng)后，會(huì)產(chǎn)生羥基自由基、氧、臭氧等基團(tuán)，與水中的有機(jī)分子作用后會(huì)生出CO2，在陽極基板表面也會(huì)形成微氣泡;

　　(5)在光源模塊的輻照下，會(huì)加速陽極基板表面的催化反應(yīng);

　　(6)在電場(chǎng)與催化材料的作用下，當(dāng)較大分子量的有機(jī)物或含有鈣、鎂等離子的團(tuán)聚體較大、較重時(shí)，會(huì)從水中直接沉積至催化反應(yīng)室的底部，到一定量時(shí)可通過底部的出泥口排出。

　　所述的廢水包括工業(yè)冷卻循環(huán)水、印染廢水、養(yǎng)殖廢水、皮革清洗廢水、垃圾滲濾液、焦化廢水、醫(yī)藥生產(chǎn)廢水、機(jī)械零部件清洗廢水、游泳池水、河道湖泊污染水。

　　本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，利用可見光催化和電催化協(xié)同作用的技術(shù)原理，采用一類低成本的復(fù)合材料作為光電催化(photoelectrocatalytic-PEC)功能的陽極材料，制造電容式結(jié)構(gòu)的光電催化裝置，可對(duì)各類有機(jī)廢水進(jìn)行有效的處理。

　　采用此技術(shù)對(duì)水中有機(jī)物的去除具有效率高、淤泥量小、時(shí)間短、占空間小，能耗低、整體運(yùn)行處理費(fèi)用低等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)規(guī)�；瘜�(shí)際應(yīng)用。