公布日：2023.06.02
申請日：2023.03.13
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/467(2023.01)I;C02F1/30(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備及降解方法，屬于有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。該高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備包括光催化氧化裝置，以及與光催化氧化裝置相連通的電化學(xué)催化氧化裝置；光催化氧化裝置進(jìn)一步包括液質(zhì)進(jìn)料組件、氣質(zhì)進(jìn)料組件、設(shè)于液質(zhì)進(jìn)料組件與氣質(zhì)進(jìn)料組件之間的氣質(zhì)傳遞件。本發(fā)明應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水降解方面，解決現(xiàn)有耦合使用了光催化氧化與電催化氧化的處理系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)設(shè)計不能保證氣液之間、催化劑與氣液之間、以及催化劑與光源之間的充分均勻接觸混合，從而導(dǎo)致降解效率低，降解效果差的問題，具有可以實現(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效傳熱、提高氣液兩相接觸面積、降解效率高、降解效果好的特點。
權(quán)利要求書
1.一種高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，包括光催化氧化裝置，以及與所述光催化氧化裝置相連通的電化學(xué)催化氧化裝置；所述光催化氧化裝置進(jìn)一步包括：液質(zhì)進(jìn)料組件，包括連通的進(jìn)水口、液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)以及出水口；所述進(jìn)水口用于高濃度有機(jī)廢水輸入所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)；所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)包括平行排列的若干液質(zhì)微通道管道，所述液質(zhì)微通道管道靠近所述氣質(zhì)進(jìn)料組件的一側(cè)壁上均勻開設(shè)有若干第一氣孔，所述液質(zhì)微通道管道的內(nèi)壁上設(shè)有光源并均勻涂覆有催化劑；所述出水口連通所述電化學(xué)催化氧化裝置；氣質(zhì)進(jìn)料組件，包括相連的進(jìn)氣口、以及氣質(zhì)微通道分散區(qū)；所述進(jìn)氣口連接空氣源或氧氣源；所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)包括平行排列的若干氣質(zhì)微通道管道，所述氣質(zhì)微通道管道靠近所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)的一側(cè)壁上均勻開設(shè)有若干第二氣孔；氣質(zhì)傳遞件，設(shè)于所述液質(zhì)進(jìn)料組件與所述氣質(zhì)進(jìn)料組件之間，所述氣質(zhì)傳遞件上開設(shè)有若干第三氣孔，所述第三氣孔的進(jìn)氣端與所述第二氣孔連通，所述第三氣孔的出氣端與所述第一氣孔連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，所述第一氣孔、第二氣孔以及第三氣孔均為圓形，所述第一氣孔、第二氣孔以及第三氣孔的直徑自上向下逐漸減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，所述電化學(xué)催化氧化裝置進(jìn)一步包括陽極、陰極、以及三維電極；所述陽極與所述陰極相隔設(shè)置，所述光催化氧化裝置位于所述陽極與所述陰極之間；所述三維電極采用鐵碳混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，所述光催化氧化裝置還包括第一殼體，所述第一殼體套設(shè)于所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)、所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)以及所述氣質(zhì)傳遞件外，所述進(jìn)水口、所述出水口以及所述進(jìn)氣口穿設(shè)所述第一殼體；所述電化學(xué)催化氧化裝置還包括第二殼體，所述第二殼體套設(shè)于所述陽極、所述陰極、以及所述三維電極外；所述出水口穿設(shè)所述第一殼體與所述第二殼體內(nèi)腔連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，所述三維電極沿所述第二殼體的側(cè)壁和底部連續(xù)分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，所述光催化氧化裝置還包括設(shè)于所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)與所述氣質(zhì)傳遞件之間、以及設(shè)于所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)與所述氣質(zhì)傳遞件之間的板框覆膜，以及緊固所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)、所述氣質(zhì)傳遞件、所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)和所述板框覆膜的蓋板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，其特征在于，所述光催化氧化裝置還包括與所述進(jìn)水口相連的過濾組件，與所述進(jìn)水口相連的進(jìn)水泵，以及與所述進(jìn)氣口相連的鼓風(fēng)機(jī)；所述電化學(xué)催化氧化裝置還包括電源。
8.利用權(quán)利要求1-7任一項所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備降解高濃度有機(jī)廢水的降解方法，其特征在于，依次包括傳質(zhì)步驟、光催化氧化步驟、以及電催化氧化步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的降解方法，其特征在于，所述傳質(zhì)步驟進(jìn)一步包括：高濃度有機(jī)廢水通過所述進(jìn)水口進(jìn)入若干所述液質(zhì)微通道管道內(nèi)；氧氣或者空氣通過所述進(jìn)氣口進(jìn)入若干所述氣質(zhì)微通道管道，并在若干所述第二氣孔的作用下被分散成直徑較小的微氣泡，所述微氣泡在壓差的作用下通過所述氣質(zhì)傳遞件進(jìn)行進(jìn)一步分散并通過所述第一氣孔進(jìn)入所述液質(zhì)微通道管道內(nèi)與高濃度有機(jī)廢水均勻混合；所述光催化氧化步驟進(jìn)一步包括：所述液質(zhì)微通道管道內(nèi)均勻混合的高濃度有機(jī)廢水與微氣泡在設(shè)于所述液質(zhì)微通道管道的內(nèi)壁上的光源與催化劑的作用下進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)降解，得到包含降解為小分子污染物的有機(jī)廢水；所述電催化氧化步驟進(jìn)一步包括：降解為小分子污染物的有機(jī)廢水經(jīng)所述出水口進(jìn)入所述電化學(xué)催化氧化裝置內(nèi)進(jìn)行電催化氧化降解。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有耦合使用了光催化氧化與電催化氧化的處理系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)設(shè)計不能保證氣液之間、催化劑與氣液之間、以及催化劑與光源之間的充分均勻接觸混合，從而導(dǎo)致降解效率低，降解效果差的問題，提出一種具有可以實現(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效傳熱、提高氣液兩相接觸面積、降解效率高、降解效果好的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備及降解方法。
為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
本發(fā)明一方面提供一種高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，包括光催化氧化裝置，以及與所述光催化氧化裝置相連通的電化學(xué)催化氧化裝置；所述光催化氧化裝置進(jìn)一步包括液質(zhì)進(jìn)料組件、氣質(zhì)進(jìn)料組件、設(shè)于所述液質(zhì)進(jìn)料組件與所述氣質(zhì)進(jìn)料組件之間的氣質(zhì)傳遞件。所述液質(zhì)進(jìn)料組件包括連通的進(jìn)水口、液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)以及出水口；所述進(jìn)水口用于高濃度有機(jī)廢水輸入所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)；所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)包括平行排列的若干液質(zhì)微通道管道，所述液質(zhì)微通道管道靠近所述氣質(zhì)進(jìn)料組件的一側(cè)壁上均勻開設(shè)有若干第一氣孔，所述液質(zhì)微通道管道的內(nèi)壁上設(shè)有光源并均勻涂覆有催化劑；所述出水口連通所述電化學(xué)催化氧化裝置。所述氣質(zhì)進(jìn)料組件包括相連的進(jìn)氣口、以及氣質(zhì)微通道分散區(qū)；所述進(jìn)氣口連接空氣源或氧氣源；所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)包括平行排列的若干氣質(zhì)微通道管道，所述氣質(zhì)微通道管道靠近所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)的一側(cè)壁上均勻開設(shè)有若干第二氣孔。所述氣質(zhì)傳遞件上開設(shè)有若干第三氣孔，所述第三氣孔的進(jìn)氣端與所述第二氣孔連通，所述第三氣孔的出氣端與所述第一氣孔連通。
優(yōu)選的，所述第一氣孔、第二氣孔以及第三氣孔均為圓形，所述第一氣孔、第二氣孔以及第三氣孔的直徑自上向下逐漸減小。
優(yōu)選的，所述電化學(xué)催化氧化裝置進(jìn)一步包括陽極、陰極、以及三維電極；所述陽極與所述陰極相隔設(shè)置，所述光催化氧化裝置位于所述陽極與所述陰極之間；所述三維電極采用鐵碳混合物。
優(yōu)選的，所述光催化氧化裝置還包括第一殼體，所述第一殼體套設(shè)于所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)、所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)以及所述氣質(zhì)傳遞件外，所述進(jìn)水口、所述出水口以及所述進(jìn)氣口穿設(shè)所述第一殼體；所述電化學(xué)催化氧化裝置還包括第二殼體，所述第二殼體套設(shè)于所述陽極、所述陰極、以及所述三維電極外；所述出水口穿設(shè)所述第一殼體與所述第二殼體內(nèi)腔連通。
優(yōu)選的，所述三維電極沿所述第二殼體的側(cè)壁和底部連續(xù)分布。
優(yōu)選的，所述光催化氧化裝置還包括設(shè)于所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)與所述氣質(zhì)傳遞件之間、以及設(shè)于所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)與所述氣質(zhì)傳遞件之間的板框覆膜，以及緊固所述液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)、所述氣質(zhì)傳遞件、所述氣質(zhì)微通道分散區(qū)和所述板框覆膜的蓋板。
優(yōu)選的，所述光催化氧化裝置還包括與所述進(jìn)水口相連的過濾組件，與所述進(jìn)水口相連的進(jìn)水泵，以及與所述進(jìn)氣口相連的鼓風(fēng)機(jī)；所述電化學(xué)催化氧化裝置還包括電源。
本發(fā)明另一方面提供一種利用上述任一技術(shù)方案所述的高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備降解高濃度有機(jī)廢水的降解方法，依次包括傳質(zhì)步驟、光催化氧化步驟、以及電催化氧化步驟。
優(yōu)選的，所述傳質(zhì)步驟進(jìn)一步包括：高濃度有機(jī)廢水通過所述進(jìn)水口進(jìn)入若干所述液質(zhì)微通道管道內(nèi)；氧氣或者空氣通過所述進(jìn)氣口進(jìn)入若干所述氣質(zhì)微通道管道，并在若干所述第二氣孔的作用下被分散成直徑較小的微氣泡，所述微氣泡在壓差的作用下通過所述氣質(zhì)傳遞件進(jìn)行進(jìn)一步分散并通過所述第一氣孔進(jìn)入所述液質(zhì)微通道管道內(nèi)與高濃度有機(jī)廢水均勻混合；所述光催化氧化步驟進(jìn)一步包括：所述液質(zhì)微通道管道內(nèi)均勻混合的高濃度有機(jī)廢水與微氣泡在設(shè)于所述液質(zhì)微通道管道的內(nèi)壁上的光源與催化劑的作用下進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)降解，得到包含降解為小分子污染物的有機(jī)廢水；所述電催化氧化步驟進(jìn)一步包括：降解為小分子污染物的有機(jī)廢水經(jīng)所述出水口進(jìn)入所述電化學(xué)催化氧化裝置內(nèi)進(jìn)行電催化氧化降解。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明提供一種高濃度有機(jī)廢水降解設(shè)備，通過對光催化氧化裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實現(xiàn)了氣液之間、催化劑與氣液之間、以及催化劑與光源之間的充分均勻接觸混合，同時提高了氣體與高濃度有機(jī)廢水在液質(zhì)微通道反應(yīng)區(qū)內(nèi)的停留時間，有效提高了降解效率，保證了降解效果；
本發(fā)明還提供了一種降解方法，通過設(shè)置傳質(zhì)步驟有效提高了氣液兩相接觸的面積，提高降解效率，同時通過限定光催化氧化步驟在前，電催化氧化步驟在后的降解順序，一方面可以優(yōu)先根據(jù)污染物濃度及種類確定選用催化劑種類及涂敷厚度，另一方面高濃度有機(jī)廢水首先通過光催化氧化斷鏈為小分子后再進(jìn)入電催化氧化進(jìn)行降解，可以減少電催化氧化反應(yīng)時間，進(jìn)而節(jié)約能耗。
（發(fā)明人：欒明先;丁兆波;張萌萌）
