申请日2015.03.09
公开(公告)日2016.08.17
IPC分类号C02F9/08; C02F1/32; C02F1/46; C02F1/461; C02F1/72; C02F103/10
摘要
本发明涉及一种高盐含聚废水的光电催化/芬顿耦合处理系统，该系统包括电解装置和光电催化/芬顿反应装置，电解装置在电场作用下将高盐含聚废水迅速破乳分离得到下清液;光电催化/芬顿反应装置将光电芬顿反应引入光电催化体系，并对光电催化剂进一步改进，使TiO2光电催化反应与光电芬顿反应结合起来，提高光电一体化装置的催化效率，与电解装置的电解破乳工艺组合，实现高盐含聚废水的深度处理。本发明还提供了一种高盐含聚废水的深度处理方法，废水先通过电解预处理进行迅速破乳去除绝大部分油类，再通过光电催化/芬顿耦合处理装置去除剩余污染物，实现含聚废水达标排放。
摘要附图
权利要求书
1.一种高盐含聚废水的光电催化/芬顿耦合处理系统，其特征在于，所述处理系统包括串联连接的电解装置(1)和光电催化/芬顿反应装置(3);
所述电解装置(1)的中部两侧壁与相邻阳极板(13)之间均设置有进水管，上部的油泥流出管(16)与污泥浓缩池或螺旋固液分离机系统(2)相连，下部的出水管(15)与所述光电催化/芬顿反应装置(3)相连，从而在电场作用下将高盐含聚废水迅速破乳，破乳后得到油泥在气体副产物作用下与水分离;
所述光电催化/芬顿反应装置(3)主要包括阴极板(31)、阳极板(32)、紫外光源(33)、石英套管(34)、光电催化剂(35)、进水管(36)、曝气装置(37)、出水管(38)和反应装置外壳(39)，其中反应装置内交替设置有若干相互平行的阴极板(31)、阳极板(32)，所述阴极板(31)、阳极板(32)之间均设置有光电催化剂(35)，所述光电催化剂(35)由网状电催化剂和固定在所述网状电催化剂网内的光催化剂颗粒组成;所述阴极板(31)或阳极板(32)与光电催化剂(35)之间设置有若干紫外光源(33)，每个紫外光源(33)外均套有石英套管(34);反应装置底部设置有进水管(36)，进水管上方密布出水小孔，水自下向上流入反应装置;反应装置上部设置有出水管(38)，所述出水管与清水池(4)相连;
其中光电催化/芬顿反应装置的阳极板(32)采用钛基形稳阳极板，表面负载铂、钯、铱、钌、锑、锡中的一种或多种，阴极板(31)采用空气扩散电极，阴极板(31)底部两侧布设有曝气装置(37)，所述的光催化剂颗粒呈蜂窝多孔状，以硅藻土、Al2O3、二氧化硅中的一种或多种为载体，表面负载TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、CdS中的一种或几种活性组分，掺杂铁、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或多种;所述电催化剂以网状PbO2、RuO2、SnO2、Sb2O3或Fe2O3为基材，表面负载铁以及钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述的空气扩散电极为活性炭纤维或多孔石墨。
3.一种用权利要求1所述处理系统的高盐含聚废水的深度处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将高盐含聚废水送入电解装置(1)进行预处理，停留时间5-15min，在电场作用下高盐含聚废水迅速破乳，且油泥在气体副产物作用下与水分离;
2)经步骤1)分离得到的下清液进入光电催化/芬顿反应装置(3)，剩余污染物进行充分降解，出水流入清水池(4)回用或排放;
3)经步骤1)分离得到的油泥进入污泥浓缩池或螺旋固液分离机系统(2)脱水后进行无害化或资源化处置。
4.根据权利要求3所述的深度处理方法，其特征在于，所述电解装置的电流密度10-15mA/cm2，所述光电催化/芬顿反应装置的电流密度2-5mA/cm2。
说明书
高盐含聚废水的光电催化/芬顿耦合处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及高盐含聚废水处理技术领域，具体涉及一种高盐含聚废水的光电催化/芬顿耦合处理系统及其深度处理方法。
背景技术
聚合物驱采油技术作为原油增产的主要技术之一，已在国内油田得到应用，但其产生的含聚污水COD来源广、成分复杂，水中含苯酚、环烷烃、多环芳烃等不易被微生物降解的原油组分，且原油开采、油水分离，以及污水处理过程中添加的多种药剂(包括破乳剂、消泡剂、缓蚀剂、阻垢剂等等)会部分残留在污水中，处理难度极大。目前，国内外油田含聚污水处理普遍采用“物化+生化”组合工艺，而污水因含大量聚合物及盐类，油水分离困难且可生化性差，出水难以满足排放要求，因此需开发含聚污水专有处理技术及设备。
长期以来，光催化技术的处理效率始终难以达到实际应用的水平，主要原因就在于光生电子和空穴的复合率高，抑制了两者同溶液中被处理物质的反应。光电催化技术因解决了光催化技术光生电子和空穴的复合率高而催化效率低的难题，具有很好的应用和推广价值。目前，光电催化大致分为两类：一类是光催化电芬顿工艺(光电芬顿);另一类是基于TiO2非均相光催化基础上的电助光催化(光电催化)，后者研究较多。
电助光催化，是通过外加电场促进光生电子与空穴的分离：TiO2+hv→h++e-，h++OH-→·OH，h++H2O→·OH+H+，从而提高光催化技术的处理效率。一类是基于TiO2光阳极的光电催化作用，TiO2负载电极作为阳极兼光催化剂，其缺陷是催化剂与污染物接触面积有限。另一类是基于负载型TiO2颗粒催化剂的光电催化作用，催化剂的均匀投放并保证紫外光的有效照射是该类反应器高效运行的关键。
光催化电芬顿通过在电芬顿体系中引入紫外光，促进H2O2的光分解与Fe3+的光还原：O2+2H++2e-→H2O2，Fe-2e→Fe2+，Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH，Fe(OH)2++hv→Fe2++·OH，Fe3++e-→Fe2+，H2O2+hv→2(·OH)，从而提高电芬顿体系处理效率。
电催化通过阳极直接氧化和间接氧化降解有机物，直接氧化通过电子转移，间接氧化通过电化学反应产生氧化还原剂来降解有机物：
MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-，R+MOx(·OH)z→CO2+zH++ze-+MOx。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高盐含聚废水的处理系统及深度处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高盐含聚废水的光电催化/芬顿耦合处理系统，其中所述处理系统包括串联连接的电解装置和光电催化/芬顿反应装置;
所述电解装置的中部两侧壁与相邻阳极板之间均设置有进水管，上部的油泥流出管与污泥浓缩池或螺旋固液分离机系统相连，下部的出水管与所述光电催化/芬顿反应装置相连，从而在电场作用下将高盐含聚废水迅速破乳，破乳后得到油泥在气体副产物作用下与水分离;
所述光电催化/芬顿反应装置主要包括阴极板、阳极板、紫外光源、石英套管、光电催化剂、进水管、曝气装置、出水管和反应装置外壳，其中反应装置内交替设置有若干相互平行的阴极板、阳极板，所述阴极板、阳极板之间均设置有光电催化剂，所述光电催化剂由网状电催化剂和固定在所述网状电催化剂网内的光催化剂颗粒组成，优选呈长方体形;所述阴极板或阳极板与光电催化剂之间设置有若干紫外光源，每个紫外光源外均套有石英套管;反应装置底部设置有进水管，进水管上方密布出水小孔，水自下向上流入反应装置;反应装置上部设置有出水管，所述出水管与清水池相连;
其中光电催化/芬顿反应装置的阳极板采用钛基形稳阳极板，表面负载铂、钯、铱、钌、锑、锡中的一种或多种，阴极板采用空气扩散电极，优选为活性炭纤维或多孔石墨，阴极板底部两侧布设有曝气装置，所述的光催化剂颗粒呈蜂窝多孔状，以硅藻土、Al2O3、二氧化硅中的一种或多种为载体，表面负载TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、CdS中的一种或几种活性组分，掺杂铁、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或多种;所述电催化剂以网状PbO2、RuO2、SnO2、Sb2O3或Fe2O3为基材，表面负载铁以及钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或多种。
本发明还提供了一种高盐含聚废水的深度处理方法，该方法包括如下步骤：
1)将高盐含聚废水送入电解装置进行预处理，停留时间5-15min，在电场作用下高盐含聚废水迅速破乳，且油泥在气体副产物作用下与水分离;
2)经步骤1)分离得到的下清液进入光电催化/芬顿反应装置，剩余污染物进行充分降解，出水流入清水池回用或排放;
3)经步骤1)分离得到的油泥进入污泥浓缩池或螺旋固液分离机系统脱水后进行无害化或资源化处置。
本发明涉及的一种新型光电催化/芬顿耦合处理系统，与传统处理装置相比，具有以下特点：
1、在光电催化/芬顿反应装置前设置电解装置，当高盐含聚废水先经过电解装置，从而使废水在电场作用下迅速破乳，将油泥分离出去，从而有效避免了对光电催化/芬顿反应装置中催化剂及紫外灯的污染;
2、光电芬顿反应装置中引入光电催化反应体系，在利用光电催化、阳极氧化降解有机物的同时，也使阴极对污染物进行同步降解，进一步提高了光电催化反应的效率，降低了水处理能耗;
3、光电催化剂为组合体系，光催化剂颗粒固定于以PbO2、RuO2、SnO2、Sb2O3、Fe2O3等为活性组分的网状电催化剂内，与电极板平行设置在反应装置内。一方面保证了紫外光能有效照射到催化剂的表面，避免了填充床反应装置只有灯管周围一周的催化剂表面有紫外辐射照射，大面积的催化剂因无辐射照射或辐射光强不足而无法进行催化反应;另一方面催化剂整体形状规则，与极板、光源保持一定间距均匀布设于反应装置内，易于极板清洗且解决了填充床反应装置催化剂布置不均及易被堵塞的问题;
4、催化剂活性组分Fe负载到载体上，形成非均相催化体系，反应条件温和，无需调节pH，反应过程中只需释放少量Fe2+，光电作用下即可形成了Fe3+与Fe2+的循环体系，大大减少甚至不产生污泥;
5、O2在阴极电还原产生H2O2，继而在Fe2+及UV作用下快速分解产生·OH，大大减少了副产物H2的产生。
本发明涉及的一种高盐含聚废水的深度处理方法，与传统方法相比，本发明方法将光电催化/芬顿反应装置将光电芬顿体系引入传统光电催化体系，使TiO2光电催化反应与光电芬顿反应结合起来，提高光电一体化装置的催化效率;与电解预处理工艺组合，电解可实现废水快速破乳，有效防止了后续反应装置的光源及催化剂污染;本发明方法不受盐类、pH、COD波动冲击，能对高盐含聚废水进行深度处理，实现废水达标排放或回用。
