申请日2014.07.16
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F1/72; C02F1/467; C02F1/04; C02F1/36; C02F1/32
摘要
本发明公开了一种基于多场耦合作用的高效废水处理装置，解决了光电催化水处理技术中光催化与电催化协同效果有缺陷的问题。具体包括反应筒、紫外光系统、电化学系统、热力系统、超声波系统，所述反应筒内装填二氧化钛光催化剂，所述紫外光系统，是一个外部套有石英玻璃罩的紫外光灯管;所述电化学系统，是由置于反应筒中的反应电极及与反应电极连接的稳压电源组成;所述热力系统，包括反应筒加热装置，所述超声波系统，是由置于反应筒下方的超声波探头和与之连接的径向超声发生器组成。本发明将光电催化反应设计到同一反应装置中，并且同时加入超声波场和热场作用，进一步的提高了有机物的降解速率，较传统的光电催化有突出的优越性。
权利要求书
1.一种基于多场耦合作用的高效废水处理装置，包括反应筒、紫外光系统、电化学系统、热力系统、超声波系统，其特征在于：所述反应筒内装填质量浓度为0.1g/L～50g/L，粒径为10nm～10μm的二氧化钛光催化剂，所述紫外光系统，是一个外部套有石英玻璃罩的紫外光灯管，紫外光灯管的顶端固定在反应筒的上方，水处理时浸没在废水中;所述电化学系统，是由置于反应筒中的反应电极及与反应电极连接的稳压电源组成;所述热力系统，包括反应筒加热装置，所述超声波系统，是由置于反应筒下方的超声波探头和与之连接的径向超声发生器组成。
2.根据权利要求1所述的基于多场耦合作用的高效废水处理装置，其特征在于：所述装置内设置搅拌器。
3.根据权利要求1所述的基于多场耦合作用的高效废水处理装置，其特征在于：所述热力系统可以采用外部加热装置也可以采用内部加热装置。
4.根据权利要求3所述的基于多场耦合作用的高效废水处理装置，其特征在于：所述外部加热装置，包括缠绕在反应筒表面的伴热带及封套，所述内部加热装置，包括置于装置内部的加热棒或加热管。
5.根据权利要求1所述的基于多场耦合作用的高效废水处理装置，其特征在于：所述反应筒上还设置排气孔、进料口以及取样口。
6.根据权利要求1所述的基于多场耦合作用的高效废水处理装置，其特征在于：所述反应电极是铂电极或石墨电极。
7.根据权利要求1所述的基于多场耦合作用的高效废水处理装置，其特征在于：所述二氧化钛光催化剂为二氧化钛纤维或二氧化钛晶须。
说明书
一种基于多场耦合作用的高效废水处理装置
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置。
背景技术
光催化水处理技术作为一种高效无选择性的有机物处理技术，具有设备简单、二次污染小、易于操作控制等优点，是现代污染控制化学研究的一个热点，但是在实际操作中也存在反应速率慢、量子利用率低等缺点，这使得光催化仅能处理低浓度的有机污染物，制约了它在实际生活中的应用。
近几年来，电催化处理技术处理高浓度工业废水已经成为研究的热点，该技术具有二次污染小、几乎无化学试剂消耗等优点，因而逐渐被应用于污染物的处理过程中。但是电催化处理技术处理有机物同样有它的局限性：电催化处理技术在处理高浓度的有机污染物时具有较高的电流效率，但是随着污染物浓度的降低电化学效应也随之下降，反应耗时耗能并且很难降解低浓度的有机污染物。并且，在电催化处理技术处理有机物的过程中，由于有机物降解的中间产物易堆积在电极表面，会造成电极的失活，影响反应效率。
为解决光催化水处理技术和电催化处理技术的弊端，这两种技术的互补作用催生了光电催化水处理技术，如中国科学院理化技术研究所的只金芳发明的电化学降解与光催化氧化技术联用的废水处理方法及装置(专利号：200810103616.6)，此发明公开了一种以金刚石薄膜电极为阳极的电化学降解与光催化氧化技术联用的废水处理方法及装置，废水首先进入电解槽中进行电催化氧化反应，电解出水进入光催化反应器中进行进一步降解反应。通过两种工艺的串联反应，提高了有机物降解能力。不过上述发明存在以下缺点：①电催化反应和光催化反应不是在同一反应槽中进行的，这增加了装置的体积和操作的繁琐程度。②电催化反应产生的氧气虽然能部分通过溶解氧的形式被运送到光催化反应槽中并被光催化所利用，但是在污水流动过程中必然会造成自由氧损失、氧气的逸出，降低了反应效率。③此种方法虽然能提高光催化反应速率，但是并没有相应的提高电催化反应速率，电解槽中的电极仍然存在失活的危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多场耦合作用的高效废水处理装置，该装置耦合了光场、声场、电场及热场，四场协同作用的结果使得电催化作用及光催化作用相互促进，解决了背景技术中存在的问题，同时提高了处理的效率及处理的程度。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于多场耦合作用的高效废水处理装置，包括反应筒、紫外光系统、电化学系统、热力系统、超声波系统，所述反应筒内装填质量浓度为0.1g/L～50g/L，粒径为10nm～10μm的二氧化钛光催化剂，所述紫外光系统，是一个外部套有石英玻璃罩的紫外光灯管，紫外光灯管的顶端固定在反应筒的上方，水处理时浸没在废水中;所述电化学系统，是由置于反应筒中的反应电极及与反应电极连接的稳压电源组成;所述热力系统，包括反应筒加热装置，所述超声波系统，是由置于反应筒下方的超声波探头和与之连接的径向超声发生器组成。
优选装置内设置搅拌器。
上述热力系统可以采用外部加热装置也可以采用内部加热装置，如采用外部加热装置，可以是缠绕在反应筒表面的伴热带，如采用内部加热装置，可以是置于装置内部的加热棒或加热管。
上述反应筒上还设置排气孔、进料口以及取样口。
上述反应电极既可以是铂电极，也可以是石墨电极。
上述二氧化钛光催化剂为二氧化钛纤维或二氧化钛晶须。
本发明的基于多场耦合作用的高效废水处理装置的原理说明：
装置在运行过程中，光场、声场、电场、热场协同作用，相对于单一场对废水中有机物进行催化氧化，四场耦合的优越性主要表现为：电场的催化氧化作用产生的羟基自由基、氧气、原位氧可作为光催化反应的重要活性因子被直接利用到光催化反应中，同时，光催化反应所产生的光生载流子、电荷等中间产物可以被电催化所利用，加快了电催化反应的效率。并且，由于光催化反应降解有机物较为彻底，此种光电耦合作用又可以避免有机物的中间产物在电极表面形成钝化膜，解决了电极易失活的问题。声场的介入，不仅可以对光催化剂起到活化作用，而且能促进分解水产生提高光催化反应速率的羟基自由基。此时热场的加入，为整个反应装置提供了部分活化作用，使反应进行的更快更彻底。
本发明装置的具体运行方式为：
A. 装填二氧化钛光催化剂于反应筒中，开启进水泵，待废水进入反应筒高度的三分之二时，关闭进水泵，开启超声波系统，进行避光超声振荡半小时;
B. 开启热力系统，温度控制在50～70摄氏度;
C. 开启电化学系统，电压控制在2V～30V;
D. 开启紫外光系统，进行光催化反应;
E. 取样检测合格后，开启出水泵，过滤排出处理后的废水。
本发明的有益效果：
本发明将光电催化反应设计到同一反应装置中，并且同时加入超声波场和热场作用，进一步的提高了有机物的降解速率，较传统的光电催化有突出的优越性。
