申请日2012.08.08
公开(公告)日2012.12.19
IPC分类号C02F9/06; C02F1/32; C02F1/72; C02F1/461
摘要
本发明公开了一种电辅助结合紫外光催化氧化高盐有机废水的方法和系统，其包括：调节池，加药装置，絮凝沉淀池，缓冲池，光催化氧化反应装置，电解装置。采用宽脉冲电解技术，利用废水本身的盐分电解产生的混合氧化剂与光催化氧化结合，降解废水中的有机化合物，本系统即能快速处理废水中的有机物，又不外加高级氧化剂，大大降低了运行费用，解决了光催化氧化技术中的瓶颈难题，提高了处理效率，系统结构紧凑，占地面积小，自动化程度高，操作简便，处理速度快，基本不产生危废，没有二次污染产生。
权利要求书
1.一种电辅助结合紫外光催化氧化高盐有机废水的方法，流程为：
(1)高盐有机废水进入调节池调节后经过加药装置加入硫酸，然后废水进入电解装置进行微 电解，电解完成后加入石灰水进入絮凝沉淀池，上清液进入中间水池;
(2)废水进入电解光催化氧化步骤，中间水池废水经加压泵加压至0.05-1.6MPa，然后进入 电解装置，废水在进入脉冲电解槽后停留30-60秒电解，废水充当导体及电解质，电解后的 废水中产生一定量的混合氧化还原剂，混合氧化还原剂随废水进入紫外光催化氧化反应装置 发生催化氧化作用，降解有机物，完成催化氧化作用后流出的废水，再经脉冲电解槽+极，水 中的正负离子复合，还原成盐分，流出电解槽，水中的COD已经降解50%-80%以上，处理 后的废水进入下一个处理单元继续处理或者直接达标排放。
2.一种电辅助结合紫外光催化氧化高盐有机废水的系统，其包括：调节池，加药装置，絮凝 沉淀池，中间水池，电解槽-极，光催化氧化反应装置，电解槽+极，电解电源。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的电解电源为脉冲电源，电解槽为脉冲电 解槽，脉冲电解槽中有电解电极，电解电极为硬石墨材料制作成的柱状电极，脉冲电解槽为 耐压绝缘材料制成，电解槽-极、电解槽+极和电解电源组成电解装置。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述的电解装置为无隔膜电解装置。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的脉冲电源采用自动换向控制，在1-3分钟 的范围内可设定电解电源的正负输出自动换向，以消除正负电极附近的废水因电解产生的气 体附着在电极表面而产生的极化现象，保证电解的正常进行，脉冲电源是宽脉冲可调式单边 带(仅正向脉冲)电源，其脉冲电压为：0-100V连续可调，电流为0-100A连续可调，脉冲 宽度为0.5S-180S连续可调。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的光催化氧化反应装置为一钢制密闭不漏 光的箱体，包括：光催化氧化反应管，紫外光发射管，光催化氧化反应管为透明耐压石英管， 此石英管内中心部分有一柱状多孔的二氧化钛催化剂棒，此棒与石英管内壁之间有1cm-5cm 的间隙，用以通过由脉冲电解槽内电解产生的含有氧化剂的废水，石英管装于箱体中央，其 周围等距离环绕6-30支紫外光发射管。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：本处理系统可自动控制运行，也可以手动控制 运行。
8.根据权利要求7所述的废水处理系统，其特征在于：所述废水为高浓度生物法难降解的有 毒有害高盐有机废水，其COD值为1000-300000mg/L。
说明书
一种电辅助结合紫外光催化氧化高盐有机废水的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种废水处理方法和系统，其特征是一种采用辅助电解和紫外光催化氧化相 结合来降解废水的系统，属于工业高难废水治理技术领域。
技术背景
在工业污染中，有机废水污染是最普遍的环境问题之一，有毒难降解的有机污染物广泛 分布在众多工业废水中，它污染食物链，危害人体健康。在众多难降解有机废水治理方法中， 半导体多相光催化氧化是较为理想的方法之一，它具有普适性、节约能源和无二次污染等优 点。二氧化钛作为多相光催化剂，由于其安全无毒、来源广泛而显示出巨大的应用潜力。对 于二氧化钛光催化剂的研究，目前主要有二个方面，一是要解决催化剂的固定，现有研究的 固定载体有玻璃球、砂、硅胶、空心陶瓷、玻璃纤维布、光学纤维、膜和反应容器壁等，另 一方面是提高光催化效率，对二氧化钛进行表面处理和掺加金属离子或氧化物可以在一定程 度上提高反应效率。
近年来，将特定光源与催化剂联合作用对有机废水进行降解处理已广泛应用于各类难降 解有机废水的实验研究中，其机理是当光敏化半导体(催化剂)吸收的光能高于其禁带宽度的 能量时会激发产生自由电子和空穴，空穴与水、电子与溶解氧反应，分别产生HO·和O2-， 由于HO·和O2-都具有强氧化性，因而促进了有机物的降解。有人用强化UVFenton法进行 水中苯酚降解的研究，当试剂投加量F2+e∶H2O2=1∶4，苯酚初始浓度为50mg/L，采用375W高 压汞灯，反应20min后，酚的去除率达99%。以锐态型TiO2为催化剂，研究了对二甲氨基 苯甲醛废水的光催化降解，结果表明在pH=2，催化剂用量为2g/L，经300W的高压汞灯照射 3.5h后，其CODcr去除率为98%。对光催化降解丁醛废水的研究表明，当反应温度为40℃， pH为酸性，催化剂用量为5g/L，经300W高压汞灯照射3h，COD的去除率为85%-92%。
虽然光催化氧化技术在废水处理上有很高的处理效果，但由于催化剂在废水处理中一般 处于悬浮状态，因此造成催化剂-二氧化钛的回收循环利用率低，因此相应的运行费用也很高， 这就制约了这种技术的推广与使用。
为了减少催化剂的损失，开发固定催化剂就成为研发的重点，但随着固定催化剂的开发 也产生了相应的弊病，即固液接触面积减少，通入的空气与催化剂同样接触面积减少，因此 就造成光催化效率大幅度减低，为了达到同样的处理效果，必须采用延长光催化时间或使用 高级高浓度的氧化剂，在延长时间不可取时，一般采用高浓度的高级氧化剂如：双氧水、二 氧化氯、臭氧等价格较高的氧化剂，这样一来，就极大的增加了运行费用，同样造成光催化 技术优势尽失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决光催化中使用外加高级氧化剂而造成的运行费用极 高的弊病。
本发明为解决技术问题采用的技术方案是：提供一种高盐度有机废水处理方法和系统。 本发明涉及的方法流程为：
(1)高盐有机废水进入调节池均值后经过加药装置加入硫酸调节PH为3-4，然后废水进入 铁碳微电解装置进行微电解，电解完成后进入絮凝沉淀池加入石灰水絮凝沉淀，上清液进入 中间水池;
(2)然后废水进入电解光催化氧化步骤，中间水池废水经加压泵加压至0.05-1.6MPa，然后 进入电解槽-极，由电解电源送来的电流通过高盐废水发生电解反应，电解使废水中产生大 量次氯酸离子、氯离子、氧离子、OH-离子等高能负离子，废水进入脉冲电解槽后停留30-60 秒电解，电解产生的混合氧化剂与废水混合，流入紫外光催化氧化反应管发生催化氧化作用， 在紫外光的照射下，废水中的氧化剂在管中固体催化剂的催化下，与废水中的有机物发生催 化氧化裂解反应，降解绝大部分有机物，完成废水中有机物的降解反应，废水在催化氧化反 应管中停留时间为1-10分钟，完成催化氧化后流出紫外光催化氧化反应管，流出的废水，再 经脉冲电解槽+极，在电解槽+极附近，水中的正负离子复合，还原成盐分，流出电解槽，至 此，水中的COD已经降解50%-80%以上，处理后的废水进入下一个处理单元继续处理或者 直接达标排放。
本发明涉及的系统包括：调节池，加药装置，絮凝沉淀池，中间水池，电解槽-极，光 催化氧化反应装置，电解槽+极，电解电源。电解槽-极、电解槽+极和电解电源组成电解装 置，电解装置为无隔膜电解装置。
电解电源为脉冲电源，电解槽为脉冲电解槽，脉冲电解槽中有电解电极，电解电极为硬 石墨材料制作成的柱状电极，脉冲电解槽为耐压绝缘材料制成，例如四氟乙烯或石英玻璃。
废水中含有的盐分在电流作用下产生电解效应，NaCl与水电解后发生如下的反应产物：
2NaCl+2H2O→H2+Cl2+2NaOH
阳极电解作用：
阴极电解作用：2H-+2e-→H2↑，2Cl-+2e→Cl2
在电极附近还会产生：
这是一个可逆反应，所以溶液中存在大量的高能2Cl-与H+。
在无隔膜电解装置中，除电解质电解的生成物氢气从溶液里向外逸出之外，其它均在一个电解槽内，由于 氢气在外逸过程中对溶液起到一定的搅拌作用，使两极间的电解生成物发生一系列的化学反应，反应方程式如 下：
2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑。
2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+H2O。
在无隔膜电解食盐水，溶液的总方程式即为上列两个反应式相助加得。
NaCl+H2O+2F→NaClO+H2↑，产生次氯酸钠。
其中：F为法拉第电解常数，其值为26.8安培小时，或96487库仑。
次氯酸钠在水中离解：
NaClO+H2O→NaCl+H2O2
H2O2→H2O+O-产生原子氧
所以水中就有：ClO-、Cl-、H+、O-、OH-等各种高能离子，这些离子混合在一起，与其余废水混合在一起， 流入紫外光催化氧化反应管。
本处理系统的废水在经过脉冲电解槽时在槽内停留30-60秒，废水中的盐分在电流作用 下产生混合的氧化还原剂，主要为次氯酸离子、氯离子、氧离子，氢氧根离子等等。
电解后的废水中产生上述一定量的混合氧化还原剂，随水流进入光催化氧化反应管，光 催化氧化反应管为透明耐压石英管，管外均匀分布一定数量的紫外发射管，此管内中心部分 有一柱状多孔的二氧化钛催化剂棒，此棒与石英管内壁之间有1cm-5cm的间隙，用以通过混 有氧化剂的废水，废水在进入光催化氧化管催化剂棒的周围，水中的有机物被催化剂棒中的 多孔二氧化钛吸附并在光线的激发下，与废水中的氧化剂产生氧化反应：
CMHN+(2M+N)O→MCO2+N/2H2O
CMHN+(2M+N)ClO→(N)HCL+MCO2
流出紫外光催化氧化管的废水，再经脉冲电解槽，水中的正负离子复合，还原成盐分， 流出电解槽，水中的COD已经降解50%-80%以上，水中的盐分并无大的变化，只是消耗了 一部分电能。
本系统脉冲电源采用自动换向控制，在1-3分钟的范围内可设定点接电源的正负输出自 动换向，以消除正负电极附近的废水因电解产生的气体附着在电极表面而产生的极化现象， 保证电解的正常进行，脉冲电源是宽脉冲可调式单边带(仅正向脉冲)电源，其脉冲电压为： 0-100V连续可调，电流为0-100A连续可调，脉冲宽度为0.5S-180S连续可调。
本系统的光催化氧化装置为一钢制密闭不漏光的箱体，光催化氧化石英管装于箱体中央， 其周围等距离环绕6到30支紫外发射管，作为紫外光催化氧化的光源。
在处理其他种类的废水时，本系统的光源也可以根据其他废水水质的不同及催化剂的选 择而适配从可见光到紫外光不同波段的光源，以获得最大的催化氧化效果。
本处理系统可自动控制运行，也可以手动控制运行。
本处理系统中废水为高浓度生物法难降解的有毒有害高盐有机废水，其COD值为 1000-300000mg/L。
本发明的有益效果是利用了废水本身也是高盐废水的特点，在废水处理系统中增加直流 宽脉冲电解装置，使系统自身产生二氧化氯、双氧水、次氯酸钠、原子氧、氢氧根、氯离子 等高能量的混合氧化剂，这些混合氧化剂在进入光催化氧化反应管后在二氧化钛固定催化剂 的作用下，利用紫外光提供能量进行催化氧化反应，将大分子有机物最终降解为无机物、二 氧化碳、水、部分单质气体(如氮气)，同时反应速度提高了几倍到几十倍，并不需要外加高 级氧化剂(或加入少量的氧化剂)，即提高了光催化效果，又加快了催化氧化速度，更重要的 是极大地降低了废水外加氧化剂的费用，提高了处理效率，系统结构紧凑，占地面积小，自 动化程度高，操作简便，处理速度快，基本不产生污泥，没有二次污染产生。
