公布日：2022.08.16
申请日：2022.06.24
分类号：C02F9/08(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统及方法。处理系统包括预处理水池(1)，用于絮凝沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动，混合启动区(2)，用于控制触媒载体的释放，充分混合催化剂和废水；光催化反应区(3)，用于通过紫外光辐射使废水发生光催化氧化反应，强化催化反应协同进行；电化学促进区(4)，用于使废水发生电化学反应，延长反应时间和回合数，提高降解污染物质能效；沉淀分离区(5)，用于对光电联合催化氧化污水沉淀固液分离，并将沉淀污泥送至触媒再生系统(7)；触媒截流区(6)，用于对沉淀分离的上清液中含有的触媒物质进一步截流过滤回收触媒物质，并将反洗沉泥送至触媒再生系统(7)。
权利要求书
1.一种高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：包括预处理水池(1)、混合启动区(2)、光催化反应区(3)、电化学促进区(4)、沉淀分离区(5)、触媒截流区(6)；所述预处理水池(1)用于絮凝沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动；所述混合启动区(2)用于控制触媒载体的释放，充分混合催化剂和废水，启动催化反应的进行；所述光催化反应区(3)用于通过紫外光辐射使废水发生光催化氧化反应，并强化催化反应的协同进行；所述电化学促进区(4)用于使废水发生电化学反应，强化对光催化氧化产生的中间产物进一步反应优化，同时平衡光催化氧化的中间链，延长反应时间和回合数，提高降解污染物质的能效；所述沉淀分离区(5)用于对光电联合催化氧化污水进行沉淀固液分离，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将沉淀污泥送至触媒再生系统(7)，以回收触媒物质再生回用；所述触媒截流区(6)用于对沉淀分离的上清液中含有的触媒物质进一步截流过滤，充分回收触媒物质，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将反洗沉泥送至触媒再生系统(7)，以回收触媒物质再生回用。
2.根据权利要求1所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述预处理水池(1)包括一级絮凝沉淀池和调节池；所述预处理水池(1)与所述混合启动区(2)之间通过定量提升泵(81)连接，所述混合启动区(2)的入水口、所述触媒截流区(6)的出水口分别设有第一COD在线监测装置(11)、第二COD在线监测装置(69)。
3.根据权利要求1所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述混合启动区(2)包括至少一个触媒载体释放器(21)、搅动电机(24)、至少一个转动主杆(26)，所述触媒载体释放器(21)呈圆筒状，所述触媒载体释放器(21)的内胆填充作为催化剂的触媒(22)、外胆填充载体(23)，通过所述载体(23)与废水的浓度差以及透过性指标调节调节触媒(22)向废水的释放速率，所述搅动电机(24)通过传动链条及转轮(25)带动所述转动主杆(26)转动，所述转动主杆(26)上设有搅拌叶(27)，用于在所述触媒载体释放器(21)周边形成上下循环水流，促进触媒与废水的充分混合，同时稳定混合液浓度，确保触媒均匀释放；同一个所述转动主杆(26)上的搅拌叶(27)的旋向相同，不同的所述转动主杆(26)上的搅拌叶(27)的旋向相同或不同；每个所述触媒载体释放器(21)均连接静息电位仪(210)、浓度差传感器(28)；所述混合启动区(2)还设有第一pH及ORP在线监测装置(29)。
4.根据权利要求1所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述光催化反应区(3)包括往复电机(31)、动力架(32)、往复式移动组件(34)，所述往复电机(31)带动所述动力架(32)、所述往复式移动组件(34)通过滚轮(33)往复运动，所述往复式移动组件(34)上设有紫外灯(35)。
5.根据权利要求1所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述电化学促进区(4)包括电催化供电装置(41)、至少一组电化学极板(42)、曝气装置(43)、用于为所述曝气装置(43)提供空气、氧气、氮气的第一鼓风机(44)，所述电催化供电装置(41)用于为所述电化学极板(42)供电，所述曝气装置(43)用于供氧和搅拌，强化混合液水体流动，增加反应效率。
6.根据权利要求5所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述电化学促进区(4)还包括循环混合泵(82)，所述循环混合泵(82)及其循环管路通入到所述光催化反应区(3)内，将电化学催化反应的中间体回流到所述光催化反应区(3)内，经过紫外光催化的循环处理，加强对小分子物质的催化效率和反应的彻底性；所述电化学促进区(4)设有pH、温度及ORP在线监测装置(45)。
7.根据权利要求1所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述沉淀分离区(5)内上部对应于从所述电化学促进区(4)流入的入水口处设有折流布水板(51)、对应于流向所述触媒截流区(6)的出水口处设有浮渣挡板(53)，所述沉淀分离区(5)的下部设有沉降泥斗(52)，所述沉降泥斗(52)的出泥口通过污泥管路(71)接入所述触媒再生系统。
8.根据权利要求7所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，其特征在于：所述触媒截流区(6)包括叉绳吸附填料(61)、柔性滤料填料(62)、折流挡板(67)、第二鼓风机(9)，所述折流挡板(67)将所述触媒截流区(6)是上部及中部分隔成反应区及出水区，所述叉绳吸附填料(61)、所述柔性滤料填料(62)分别位于反应区的上下方，所述叉绳吸附填料(61)通过填料挂设层(63)固定，所述叉绳吸附填料(61)的上方空间内设有旋转布水器(64)，所述沉淀分离区(5)的出水口通到所述旋转布水器(64)的上方；所述叉绳吸附填料(61)、所述柔性滤料填料(62)的下方分别设有第一反冲洗供气层(65)、第二反冲洗供气层(66)；所述第二鼓风机(9)用于为所述第一反冲洗供气层(65)、所述第二反冲洗供气层(66)提供空气；所述触媒截流区(6)产生的反洗沉泥通过底部出口接入污泥管路(71)后接入触媒再生系统；所述触媒截流区(6)设有第二pH及ORP在线监测装置(68)。
9.一种高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(S1)对高浓度有机废水进行预处理，通过絮凝沉淀分离废水中的大颗粒物，避免对催化反应的阻断作用，减少催化剂浪费；通过调节池控制均匀流入水，减少对系统的负荷冲击；(S2)依据进水条件控制触媒载体的释放，充分混合催化剂和废水，启动催化反应的进行；(S3)通过紫外光辐射使废水发生光催化氧化反应，并强化催化反应的协同进行；(S4)使废水发生电化学反应，强化对光催化氧化产生的中间产物进一步反应优化，同时平衡光催化氧化的中间链，延长反应时间和回合数，提高降解污染物质的能效；(S5)对光电联合催化氧化污水进行沉淀固液分离，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将沉淀污泥送至触媒再生系统(7)，以回收触媒物质再生回用；(S6)对沉淀分离的上清液中含有的触媒物质进一步截流过滤，充分回收触媒物质，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将反洗沉泥送至触媒再生系统(7)，以回收触媒物质再生回用。
10.根据权利要求9所述的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理方法，其特征在于：所述步骤(S4)还包括：(S41)通过循环混合泵(82)及其循环管路将电化学催化反应的中间体回流到所述步骤(S3)，循环光催化和电化学的反应混合液，促进各催化氧化环节的协同开展，提升净化效率，以经过紫外光催化的循环处理，加强对小分子物质的催化效率和反应的彻底性。
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，提供一种高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统，特别适用于焦化行业含酚类、PAHS、喹啉类和有机腈类的高有机物废水的物化环节处理与应急性处理。
另外，本发明还提供一种高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理方法。
本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统所采用的技术方案是：本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统包括预处理水池、混合启动区、光催化反应区、电化学促进区、沉淀分离区、触媒截流区；所述预处理水池用于絮凝沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动；所述混合启动区用于控制触媒载体的释放，充分混合催化剂和废水，启动催化反应的进行；所述光催化反应区用于通过紫外光辐射使废水发生光催化氧化反应，并强化催化反应的协同进行；所述电化学促进区用于使废水发生电化学反应，强化对光催化氧化产生的中间产物进一步反应优化，同时平衡光催化氧化的中间链，延长反应时间和回合数，提高降解污染物质的能效；所述沉淀分离区用于对光电联合催化氧化污水进行沉淀固液分离，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将沉淀污泥送至触媒再生系统，以回收触媒物质再生回用；所述触媒截流区用于对沉淀分离的上清液中含有的触媒物质进一步截流过滤，充分回收触媒物质，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将反洗沉泥送至触媒再生系统，以回收触媒物质再生回用。
可选的，所述预处理水池包括一级絮凝沉淀池和调节池。
可选的，所述预处理水池与所述混合启动区之间通过定量提升泵连接；所述混合启动区的入水口、所述触媒截流区的出水口分别设有第一COD在线监测装置、第二COD在线监测装置。
可选的，所述混合启动区包括至少一个触媒载体释放器、搅动电机、至少一个转动主杆，所述触媒载体释放器呈圆筒状，所述触媒载体释放器的内胆填充作为催化剂的触媒、外胆填充载体，通过所述载体与废水的浓度差以及透过性指标调节调节触媒向废水的释放速率，所述搅动电机通过传动链条及转轮带动所述转动主杆转动，所述转动主杆上设有搅拌叶，用于在所述触媒载体释放器周边形成上下循环水流，促进触媒与废水的充分混合，同时稳定混合液浓度，确保触媒均匀释放。
可选的，同一个所述转动主杆上的搅拌叶的旋向相同，不同的所述转动主杆上的搅拌叶的旋向相同或不同。
可选的，每个所述触媒载体释放器均连接静息电位仪、浓度差传感器。
可选的，所述混合启动区还设有第一pH及ORP在线监测装置。
可选的，所述光催化反应区包括往复电机、动力架、往复式移动组件，所述往复电机带动所述动力架、所述往复式移动组件通过滚轮往复运动，所述往复式移动组件上设有紫外灯。
可选的，所述电化学促进区包括电催化供电装置、至少一组电化学极板、曝气装置、用于为所述曝气装置提供空气、氧气、氮气的第一鼓风机，所述电催化供电装置用于为所述电化学极板供电，所述曝气装置用于供氧和搅拌，强化混合液水体流动，增加反应效率。
可选的，所述电化学促进区还包括循环混合泵，所述循环混合泵及其循环管路通入到所述光催化反应区内，将电化学催化反应的中间体回流到所述光催化反应区内，经过紫外光催化的循环处理，加强对小分子物质的催化效率和反应的彻底性。
可选的，所述电化学促进区设有pH、温度及ORP在线监测装置。
可选的，所述沉淀分离区内上部对应于从所述电化学促进区流入的入水口处设有折流布水板、对应于流向所述触媒截流区的出水口处设有浮渣挡板，所述沉淀分离区的下部设有沉降泥斗，所述沉降泥斗的出泥口通过污泥管路接入所述触媒再生系统。
可选的，所述触媒截流区包括叉绳吸附填料、柔性滤料填料、折流挡板、第二鼓风机，所述折流挡板将所述触媒截流区是上部及中部分隔成反应区及出水区，所述叉绳吸附填料、所述柔性滤料填料分别位于反应区的上下方，所述叉绳吸附填料通过填料挂设层固定，所述叉绳吸附填料的上方空间内设有旋转布水器，所述沉淀分离区的出水口通到所述旋转布水器的上方；所述叉绳吸附填料、所述柔性滤料填料的下方分别设有第一反冲洗供气层、第二反冲洗供气层；所述第二鼓风机用于为所述第一反冲洗供气层、所述第二反冲洗供气层提供空气；所述触媒截流区产生的反洗沉泥通过底部出口接入污泥管路后接入触媒再生系统；所述触媒截流区设有第二pH及ORP在线监测装置。
本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理方法所采用的技术方案是：本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理方法包括以下步骤：
(S1)对高浓度有机废水进行预处理，通过絮凝沉淀分离废水中的大颗粒物，避免对催化反应的阻断作用，减少催化剂浪费；通过调节池控制均匀流入水，减少对系统的负荷冲击；
(S2)依据进水条件控制触媒载体的释放，充分混合催化剂和废水，启动催化反应的进行；
(S3)通过紫外光辐射使废水发生光催化氧化反应，并强化催化反应的协同进行；
(S4)使废水发生电化学反应，强化对光催化氧化产生的中间产物进一步反应优化，同时平衡光催化氧化的中间链，延长反应时间和回合数，提高降解污染物质的能效；
(S5)对光电联合催化氧化污水进行沉淀固液分离，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将沉淀污泥送至触媒再生系统，以回收触媒物质再生回用；
(S6)对沉淀分离的上清液中含有的触媒物质进一步截流过滤，充分回收触媒物质，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将反洗沉泥送至触媒再生系统，以回收触媒物质再生回用。
可选的，所述步骤(S4)还包括：
(S41)通过循环混合泵及其循环管路将电化学催化反应的中间体回流到所述步骤(S3)，循环光催化和电化学的反应混合液，促进各催化氧化环节的协同开展，提升净化效率，以经过紫外光催化的循环处理，加强对小分子物质的催化效率和反应的彻底性。
本发明的有益效果是：由于本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统包括预处理水池、混合启动区、光催化反应区、电化学促进区、沉淀分离区、触媒截流区；所述预处理水池用于絮凝沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动；所述混合启动区用于控制触媒载体的释放，充分混合催化剂和废水，启动催化反应的进行；所述光催化反应区用于通过紫外光辐射使废水发生光催化氧化反应，并强化催化反应的协同进行；所述电化学促进区用于使废水发生电化学反应，强化对光催化氧化产生的中间产物进一步反应优化，同时平衡光催化氧化的中间链，延长反应时间和回合数，提高降解污染物质的能效；所述沉淀分离区用于对光电联合催化氧化污水进行沉淀固液分离，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将沉淀污泥送至触媒再生系统，以回收触媒物质再生回用；所述触媒截流区用于对沉淀分离的上清液中含有的触媒物质进一步截流过滤，充分回收触媒物质，提高出水水质，减少对后续深度处理的影响，并将反洗沉泥送至触媒再生系统，以回收触媒物质再生回用；本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理系统克服了现有技术的缺陷和不足，适用于高有机污染的难降解废水处理，特别是焦化行业含酚类、PAHS、喹啉类和有机腈类的高有机物废水的物化环节处理与应急性处理，具有以下明显优势：(1)联合集成光催化氧化和电化学氧化处理技术，同时回流系统的加设，形成光电联合催化反应系统，便于工程安装实施和快速应急启动；(2)通过触媒载体释放器控制光触媒与废水的融合速率，并通过循环搅拌系统的设置，强化融合效率，进一步加强废水的光催化反应；(3)通过缓冲沉淀和触媒截流，合理回收光触媒材料，减少光触媒损耗，节省工程运行费用。
同理，采用本发明的高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理方法对高浓度有机废水的光电协同催化氧化处理也具有上述有益效果。
（发明人：董晨阳;叶翔龙;叶纯）
