申請(qǐng)日2015.10.10

　　公開(公告)日2016.03.23

　　IPC分類號(hào)C02F1/467; C02F1/72; C02F1/32

　　摘要

　　本實(shí)用新型公開一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，包括殼體、照射件和電極件，照射件包括紫外燈和石英管，殼體內(nèi)表面涂覆有光催化涂層，殼體內(nèi)安裝有安裝桿，安裝桿的一端端部緊密伸出殼體外，電極件為電極片，電極片的表面涂覆有具有光催化性能和電催化性能的光—電催化涂層，電極片設(shè)置有若干片，各電極片豎立設(shè)置，并沿安裝桿的周向方向間隔環(huán)繞分布，電極片與裝桿固定連接，兩上電極片之間的間距內(nèi)豎立有石英管，石英管的上端穿出殼體的頂面外，并與殼體的頂面緊配合安裝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其可實(shí)現(xiàn)光化學(xué)氧化、光催化氧化和電催化氧化共同對(duì)污水進(jìn)行處理，降解高效，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，拆裝方便，易維護(hù)，接線方式簡(jiǎn)易的優(yōu)點(diǎn)。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的照射件和電極件，該照射件包括紫外燈和石英管，該紫外燈固定豎立安裝于該石英管內(nèi)，該殼體上設(shè)置有污水進(jìn)口和處理水出口;其特征在于：上述殼體內(nèi)表面涂覆有光催化涂層;上述殼體內(nèi)安裝有固定設(shè)置的安裝桿，上述殼體、電極片與上述安裝桿均為導(dǎo)電件，上述安裝桿的一端端部緊密伸出上述殼體外，上述電極件為電極片，上述安裝桿上設(shè)置有若干上述電極片，上述電極片的表面涂覆有具有光催化性能和電催化性能的光—電催化涂層，各電極片豎立設(shè)置，并沿上述安裝桿的周向方向間隔環(huán)繞分布，且上述電極片與上述安裝桿固定連接，兩上述電極片之間的間距內(nèi)豎立有上述石英管，上述石英管的上端穿出上述殼體的頂面外，并與殼體的頂面緊配合安裝。

　　2.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述光催化涂層為Cu2O涂層、TiO2涂層、ZnO涂層、SnO2涂層中的一種。

　　3.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述光—電催化涂層為復(fù)合氧化物光催化劑涂層。

　　4.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述殼體呈中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，上述污水進(jìn)口處于殼體的下端處，上述處理水出口處于殼體的上端處，上述殼體為鈦質(zhì)殼體、鈦合金殼體或不銹鋼殼體。

　　5.如權(quán)利要求4所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述殼體的上下兩端端面呈敞開狀，上述殼體的上端端面鎖固有密封殼體上端端面的上法蘭盤，上述殼體的上端端面向外凸設(shè)有上安裝環(huán)，且上述上法蘭盤下方設(shè)有密封殼體上端端面的上密封墊，上述密封墊上述上密封墊上開設(shè)有供石英管緊密穿過的穿孔，上述上法蘭盤、上述密封墊與上述上安裝環(huán)通過螺栓與螺母的配合鎖固在一起;上述殼體的下端端面鎖固有密封殼體下端端面的下法蘭盤，上述殼體的下端端面向外凸設(shè)有下安裝環(huán)，上述下法蘭盤與下安裝環(huán)之間墊設(shè)有下密封墊圈，上述下法蘭盤、下密封墊圈與下安裝環(huán)通過螺栓與螺母的配合鎖固在一起。

　　6.如權(quán)利要求5所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述殼體的上端外側(cè)壁上向外延伸有與殼體相通的出水管，上述出水管為上述處理水出口，上述下法蘭盤的下底面向下延伸有進(jìn)水管，上述進(jìn)水管為上述污水進(jìn)口。

　　7.如權(quán)利要求6所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述安裝桿的下端端部緊配合穿出上述下法蘭盤的中心部位外，且上述安裝桿的下端端部外螺裝有緊固螺母，上述進(jìn)水管處于上述安裝桿的下端端部旁。

　　8.如權(quán)利要求6所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述安裝桿的上端端部緊配合穿出上述上法蘭盤的中心部位外，且上述安裝桿的上端端部外螺裝有緊固螺母，上述進(jìn)水管處于上述下法蘭盤的中心部位處。

　　9.如權(quán)利要求4所述的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其特征在于：上述殼體的上端端面呈敞開狀，殼體的下端端面呈封閉狀，上述殼體的上端端面鎖固有密封殼體上端端面的上法蘭盤，上述殼體的上端端面向外凸設(shè)有上安裝環(huán)，且上述上法蘭盤下方設(shè)有密封殼體上端端面的上密封墊，上述密封墊上述上密封墊上開設(shè)有供石英管緊密穿過的穿孔，上述上法蘭盤、上述密封墊與上述上安裝環(huán)通過螺栓與螺母的配合鎖固在一起;上述安裝桿的上端端部緊配合穿出上述上法蘭盤的中心部位外，且上述安裝桿的上端端部外螺裝有緊固螺母;上述殼體的上端外側(cè)壁上向外延伸有與殼體相通的出水管，上述出水管為上述處理水出口，上述殼體的下端端面的中心部位處向下延伸有進(jìn)水管，上述進(jìn)水管為上述污水進(jìn)口。

　　說明書

　　一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本實(shí)用新型涉及一種污水處理裝置，特別是涉及一種難降解有機(jī)廢水的處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　日前，生活污水和工業(yè)廢水的種類和排放量日益增多，成分更加復(fù)雜，其中含有許多難降解有機(jī)物，如酚、烷基苯磺酸、氯苯酚、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、硝基芳烴化合物、染料及腐殖酸等。其中有些有機(jī)物具有致癌、致畸、致突變等作用，對(duì)環(huán)境和人類有巨大的危害;因此，處理這類難以生物降解的有機(jī)廢水成為我們面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

　　目前，國內(nèi)外對(duì)難降解有機(jī)物廢水的處理方法，主要有濕式氧化、光化學(xué)氧化、光催化氧化、電催化氧化等;其中，光催化氧化和電催化氧化能產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑羥基自由基快速徹底降解有機(jī)污染物，因而在難降解廢水的處理方面顯示了較好的應(yīng)用前景;但這些處理方法單一使用時(shí)均存在一定的處理局限性。

　　光化學(xué)氧化是在光的作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射，受激發(fā)、產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，之后才會(huì)發(fā)生化學(xué)變化到另外一個(gè)穩(wěn)態(tài)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物;在紫外光照射下，某些有機(jī)物能直接分解成小分子有機(jī)物或者是二氧化碳和水;但這一方式存在的問題是只能針對(duì)少部分有機(jī)物才有效;降解效率較低;通常需要加入臭氧、過氧化氫等作為氧化劑，使污染物在紫外光照射下氧化分解，使用較為不方便。

　　光催化氧化是利用光催化材料的特色性質(zhì)進(jìn)行有機(jī)物的氧化降 解。光催化材料在受到一定波長(zhǎng)的光輻照后，光催化材料中價(jià)帶中電子躍遷至導(dǎo)帶，在價(jià)帶留下空穴，從而形成“電子-空穴對(duì)”，利用光生“電子-空穴”進(jìn)行有機(jī)物的還原或氧化處理，光生電子具有很強(qiáng)的還原性能，能將水中的溶解氧還原;光生空穴具有很強(qiáng)的氧化性，能將水或者氫氧根離子氧化成羥基自由基;強(qiáng)氧化劑羥基自由基快速徹底降解有機(jī)污染物。其優(yōu)點(diǎn)是能將有機(jī)物徹底氧化成二氧化碳和水;但是需要通入空氣或者氧氣或加入電子捕獲劑，用于捕獲光生電子，才能有效快速氧化降解有機(jī)物;使用也不便。

　　電催化氧化是指在外加電場(chǎng)下具有電催化活性的電極材料表面發(fā)生快速的氧化或還原反應(yīng)，電催化材料的作用是加速反應(yīng)的進(jìn)行;有機(jī)物可以直接在陽極表面被氧化降解，或者被是陽極反應(yīng)生成的氧化劑如分子氧、羥基自由基氧化降解;電催化過程必可避免有氧氣的析出，在單一的電催化氧化降解有機(jī)物中，氧氣的析出被認(rèn)為是副反應(yīng)，會(huì)浪費(fèi)電能;因?yàn)殛枠O電解析出的氧氣的氧化能力不如羥基自由基、雙氧水和臭氧，因此，陽極析出的氧氣大大部分析出到空氣中，這就是等于浪費(fèi)電能。為了抑制析氧副反應(yīng)的發(fā)生，通常采用高析氧過電位的電極材料，如沒有電催化活性的二氧化錫/鈦基陽極，二氧化鉛陽極，或者是摻雜硼的金剛石電極材料，這類材料的析氧過電位高，因此能有效減少析氧副反應(yīng)發(fā)生，提高了電解效率。但這類陽極的使用導(dǎo)致槽壓高，實(shí)際能耗還是很高，因此并沒有根本上解決能耗的問題。另外，電催化主要是將有機(jī)物降解成小分子的有機(jī)物，很難將有機(jī)物徹底降解成二氧化碳和水。

　　因此，如何將各氧化技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用并形成協(xié)同效應(yīng)，保證水質(zhì)處理效果,是當(dāng)今難降解有機(jī)物廢水處理的研究方向。

　　現(xiàn)市出上出現(xiàn)了采用光化學(xué)氧化和電催化氧化協(xié)同處理的裝置， 如中國發(fā)明專利，2004年2月25日公開的公開號(hào)為CN1477061A的光電協(xié)同高效凈化飲用水的技術(shù)及裝置，其包括有集成的光解電解的一體化反應(yīng)器、紫外燈、作為電解陽板的網(wǎng)孔材料的內(nèi)筒筒體和作為電解陰極的反應(yīng)器的外筒筒體，利用紫外燈發(fā)出的紫外光的光解和電極電解的聯(lián)合作用，通過產(chǎn)生具有協(xié)同增效作用的凈水效應(yīng)，可迅速有效降解水中的有機(jī)污染物。然而，受該裝置的整體結(jié)構(gòu)限制，存在以下幾個(gè)技術(shù)問題：(1)采用圓筒套圓筒的結(jié)構(gòu)，單個(gè)電解槽中能夠受到光照的陽極面積受限，僅為圓柱形陽極的內(nèi)表面;(2)所選用的陽極材料為單一功能的材料，如二氧化釕/鈦基電極、二氧化鉛/鈦基電極為電催化陽極，不具有光催化性能;二氧化鈦/鈦基電極為惰性電極，具有光催化性能，而不具備電催化性能;(3)陰極采用不銹鋼或石墨材料，均沒有光催化性能。因此公開號(hào)為CN1477061A的專利所公開的該設(shè)備僅僅是將光化學(xué)氧化+電催化氧化集成于一體的設(shè)備，而不同于光催化氧化+電催化降解集成設(shè)備。然而，即使是將陰極更換成有光催化效果的材料，雖然陽極為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但大部分光源仍被陽極阻擋，陰極的光照效果仍然很差。

　　不論是光催化過程還是電催化過程，其污水降解效果均與有電極材料的有效面積成正比。因此，在有限的設(shè)備中同時(shí)集成光催化降解和電催化降解功能時(shí)，增大光催化材料的受光照面積、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電極材料的設(shè)計(jì)都是提高光電催化設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　有鑒于此，本發(fā)明人對(duì)上述問題進(jìn)行深入研究，遂于本案產(chǎn)生。

　　實(shí)用新型內(nèi)容

　　本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，集光化學(xué)氧化、光催化氧化和電催化于一體的高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置。

　　為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是：

　　一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，包括殼體及設(shè)于殼體內(nèi)的照射件和電極件，該照射件包括紫外燈和石英管，該紫外燈固定豎立安裝于該石英管內(nèi)，該殼體上設(shè)置有污水進(jìn)口和處理水出口;上述殼體內(nèi)表面涂覆有光催化涂層;上述殼體內(nèi)安裝有固定設(shè)置的安裝桿，上述殼體、電極片與上述安裝桿均為導(dǎo)電件，上述安裝桿的一端端部緊密伸出上述殼體外，上述電極件為電極片，上述安裝桿上設(shè)置有若干上述電極片，上述電極片的表面涂覆有具有光催化性能和電催化性能的光—電催化涂層，各電極片豎立設(shè)置，并沿上述安裝桿的周向方向間隔環(huán)繞分布，且上述電極片與上述安裝桿固定連接，兩上述電極片之間的間距內(nèi)豎立有上述石英管，上述石英管的上端穿出上述殼體的頂面外，并與殼體的頂面緊配合安裝。

　　上述光催化涂層為Cu2O涂層、TiO2涂層、ZnO涂層、SnO2涂層中的一種。

　　上述光—電催化涂層為復(fù)合氧化物光催化劑涂層。

　　上述殼體呈中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，上述污水進(jìn)口處于殼體的下端處，上述處理水出口處于殼體的上端處，上述殼體為鈦質(zhì)殼體、鈦合金殼體或不銹鋼殼體。

　　上述殼體的上下兩端端面呈敞開狀，上述殼體的上端端面鎖固有密封殼體上端端面的上法蘭盤，上述殼體的上端端面向外凸設(shè)有上安裝環(huán)，且上述上法蘭盤下方設(shè)有密封殼體上端端面的上密封墊，上述密封墊上述上密封墊上開設(shè)有供石英管緊密穿過的穿孔，上述上法蘭盤、上述密封墊與上述上安裝環(huán)通過螺栓與螺母的配合鎖固在一起;上述殼體的下端端面鎖固有密封殼體下端端面的下法蘭盤，上述殼體的下端端面向外凸設(shè)有下安裝環(huán)，上述下法蘭盤與下安裝環(huán)之間墊設(shè) 有下密封墊圈，上述下法蘭盤、下密封墊圈與下安裝環(huán)通過螺栓與螺母的配合鎖固在一起。

　　上述殼體的上端外側(cè)壁上向外延伸有與殼體相通的出水管，上述出水管為上述處理水出口，上述下法蘭盤的下底面向下延伸有進(jìn)水管，上述進(jìn)水管為上述污水進(jìn)口。

　　上述安裝桿的下端端部緊配合穿出上述下法蘭盤的中心部位外，且上述安裝桿的下端端部外螺裝有緊固螺母，上述進(jìn)水管處于上述安裝桿的下端端部旁。

　　上述安裝桿的上端端部緊配合穿出上述上法蘭盤的中心部位外，且上述安裝桿的上端端部外螺裝有緊固螺母，上述進(jìn)水管處于上述下法蘭盤的中心部位處。

　　上述殼體的上端端面呈敞開狀，殼體的下端端面呈封閉狀，上述殼體的上端端面鎖固有密封殼體上端端面的上法蘭盤，上述殼體的上端端面向外凸設(shè)有上安裝環(huán)，，且上述上法蘭盤下方設(shè)有密封殼體上端端面的上密封墊，上述密封墊上述上密封墊上開設(shè)有供石英管緊密穿過的穿孔，上述上法蘭盤、上述密封墊與上述上安裝環(huán)通過螺栓與螺母的配合鎖固在一起;上述安裝桿的上端端部緊配合穿出上述上法蘭盤的中心部位外，且上述安裝桿的上端端部外螺裝有緊固螺母;上述殼體的上端外側(cè)壁上向外延伸有與殼體相通的出水管，上述出水管為上述處理水出口，上述殼體的下端端面的中心部位處向下延伸有進(jìn)水管，上述進(jìn)水管為上述污水進(jìn)口。

　　采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的一種高效處理難降解有機(jī)廢水的處理裝置，由于各電極片與安裝桿固定配合，即安裝時(shí)只需將整體式的安裝桿放入殼體內(nèi)，再將各石英管安裝在殼體上，即可完成處理裝置的組裝，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，拆裝方便，易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)，安裝桿伸出殼體外的部位與外界直流電源的正極電連接，殼體與外界直流電源的負(fù)極連接即可完成外界直流電源與電極片的接線連接，整一接線方式較為簡(jiǎn)易;且電極件采用片狀結(jié)構(gòu)，在單位體積內(nèi)，可通過增加電極片的數(shù)量來增大電極表面積，從而實(shí)現(xiàn)在有限的占用空間內(nèi)提高設(shè)備單位時(shí)間的處理能力;另外，通過殼體的光催化涂層和電極片表面的光—電催化涂層在紫外燈的照射和外加電源情況下能夠同時(shí)存在光催化降解過程和電催化降解過程，則光催化過程生成“電子-空穴”對(duì);電催化產(chǎn)生的氧氣成為捕獲光生電子的電子受體，有效抑制了光生電子與光生空穴的復(fù)合，而光生空穴具有很強(qiáng)的氧化性能，與水或氫氧根離子反應(yīng)生成羥基自由基，羥基自由基具有超強(qiáng)的氧化能力，能夠?qū)⑺�中的有機(jī)物直接氧化成二氧化碳和水;并利用紫外燈對(duì)有機(jī)物的直接輻照也能促使有機(jī)物的光化學(xué)氧化降解，實(shí)現(xiàn)光化學(xué)氧化、光催化氧化和電催化氧化共同對(duì)污水進(jìn)行處理，且污水受紫外燈光照后會(huì)處于激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的有機(jī)物更容易被光催化氧化過程和電催化過程降解;降解效果更佳。