CN111675421A - 一种高效节能控温水处理系统及其处理水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能控温水处理系统及其处理水的方法，包括水加压模块，颗粒过滤模块，电化学降解模块，微生物除盐模块、相变储热模块、冷凝回流模块、太阳能模块；所述相变储热模块包含相变储热板，所述相变储热板作为电化学降解模块的墙体，维持电化学降解模块中的水温度为40℃‑80℃，所述有冷凝回流模块设置于电化学降解模块的尾气出口，将尾气中的水蒸气和有机挥发物冷凝回流至电化学降解模块；所述电化学降解模块包括阳极和阴极，所述阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接；本发明所得供的系统能源自己，无需消耗外部电能，并可维持电化学降解模块，微生物除盐模块均处于最适宜的温度。

Description

一种高效节能控温水处理系统及其处理水的方法

技术领域

本发明涉及一种高效节能控温水处理系统及其处理水的方法，属于水处理技术领域。

背景技术

电化学高级氧化技术(EAOPs)是在电场作用下，具有催化活性的电极表面直接发生电化学反应或产生以羟基自由基为主的活性基团氧化废水中有机物的过程。羟基自由基具有很高的氧化还原电位，氧化性仅次于氟，可以将水中有机污染物直接氧化为无毒小分子物质甚至CO₂和H₂O，环保清洁地降解有机废水。

在降解过程中，适当的提高水温度，可以提高分子运动速率，加快反应速度，提升降解效率。然后实际工业生产中处理污水都是常温处理，其主要原因为：1.高温时，水中的有机物容易蒸发挥发，污染大气；2.工业生产中，给水加热保温需要耗费大量的能量，得不偿失。

现如今，应用工业余热加热水体已是很成熟的技术，然而都难以应用到污水处理领域，其主要原因是，污水处理系统需要污水循环运动，这会使水体快速降温，影响降解效果。

因此现有的电化学水处理系统仍然存在成本高、耗能高、降解效率低的缺陷，从而限制了电化学氧化降解技术在水处理中的实际应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种高效节能控温水处理系统及其处理水的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种高效节能控温水处理系统，包括水加压模块，颗粒过滤模块，电化学降解模块，微生物除盐模块、相变储热模块、冷凝回流模块、太阳能模块；

所述水加压模块出口连接至颗粒过滤模块，颗粒过滤模块出口连接至电化学降解模块，电化学降解模块出口连接至微生物除盐模块；

所述相变储热模块包含相变储热板，所述相变储热板作为电化学降解模块的墙体，维持电化学降解模块中的水温度为40℃-80℃，

所述太阳能模块包含太阳能发电模块；

所述有冷凝回流模块设置于电化学降解模块的尾气出口，将尾气中的水蒸气和有机挥发物冷凝回流至电化学降解模块；

所述电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元均包括阳极和阴极，所述阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述阳极和阴极由中心同轴但互不接触的圆柱状电极与圆筒状电极配合组成，或者由两组不同直径的同轴圆筒状电极阵列配合组成，或者由蜂窝煤结构和圆柱状阵列配合组成，或者由三维连续网络结构和二维连续网状结构配合组成，或者由二维封闭平板结构和二维连续网状结构配合组成；

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述水加压模块用于对水加压。通过对水加压，可增加水的混乱度。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述颗粒过滤模块中的滤料选自石英砂、PP棉、活性碳、孔隙率大于35PPI的微孔泡沫陶瓷中的至少一种。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述阳极为硼掺杂金刚石电极，所述的硼掺杂金刚石电极包括衬底、电极工作层；所述电极工作层包裹在衬底表面，所述衬底为高比表面积多晶硅；所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀得到。

作为优选，所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向同性刻蚀得到。

作为优选，所述硼掺杂金刚石层包括不同含硼量的硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层，所述硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层依次沉积在衬底表面。

作为优选，所述硼掺杂金刚石高导电层中，按原子比计，B/C为20000-33333ppm；所述硼掺杂金刚石耐腐蚀层中，按原子比计，B/C为0-10000ppm；优选为3333-10000ppm。所述硼掺杂金刚石强电催化活性层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm。

作为优选，所述硼掺杂金刚石层的厚度为5μm-2mm，所述硼掺杂金刚石强电催化活性层占硼掺杂金刚石层厚度的40-60％；所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。

作为优选，所述的硼掺杂金刚石电极的制备方法如下：

步骤一，衬底的预处理

对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀，得到高比表面积多晶硅；

步骤二、衬底表面种植籽晶处理

将步骤一所得高比表面积多晶硅；置于含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中；超声处理，烘干；获得表面吸附纳米晶和/或微米晶金刚石的高比表面积多晶硅；

步骤三，硼掺杂金刚石层的沉积

将步骤二中所得高比表面积多晶硅置于化学气相沉积炉中，通入含碳气体，含硼气体；依次进行三段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.03％-0.05％；控制第二段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0％-0.015％；控制第三段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.015％-0.03％；

步骤四、高温处理

将己沉积硼掺杂金刚石层的高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅进行热处理，所述热处理温度为400-1200℃，处理时间为5-110min；炉内压强为10Pa-10⁵Pa。

进一步的优选，步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向异性刻蚀液中，于20-90℃，浸泡10-180min；清洗、烘干；所述各向异性刻蚀液为：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化纳和次氯酸钠的混合溶液、四甲基氢氧化铵溶液、四甲基氢氧化铵与异丙醇的混合溶液、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液、四甲基氢氧化铵与过硫酸铵的混合溶液、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚及异丙醇的混合溶液、乙二胺与邻苯二酚及水的混合溶液、乙二胺磷苯二酚中的一种。

进一步的优选，步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向同性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向同性刻蚀液中，于0-90℃，浸泡10s-130min；清洗、烘干；所述各向同性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合溶液、氢氟酸与硝酸及醋酸的混合溶液、氢氟酸与醋酸的混合溶液中的一种。

更进一步的优选，所述各向同性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合溶液，所述混合溶液中，按体积比计；氢氟酸：硝酸＝1-6:1；优选为2-4:1。

进一步的优选，步骤三中，所述含碳气体在三段沉积过程中均占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％，步骤三中；第一段沉积的温度为600-1000℃，气压为10³-10⁴Pa，时间≤18h；第二段沉积的温度为600-1000℃，气压为10³-10⁴Pa，时间为≤18h；第三段沉积的温度为600-1000℃，气压为10³-10⁴Pa；时间为≤18h。

进一步的优选，步骤三中；第一段沉积时，通入气体流速比为氢气：含碳气体：含硼气体＝97sccm:3sccm:0.6-1.0sccm；第二段沉积时，通入气体流速比为氢气：含碳气体：含硼气体＝97sccm:3sccm:0.2-0.5sccm；第三段沉积时，通入气体流速比为氢气：含碳气体：含硼气体＝97sccm:3sccm:0.3-0.6ccm。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述阴极选自掺硼金刚石电极，不锈钢、钛，碳材料中的至少一种。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述直流电源为可线性调控直流稳压电源，其电流能够以时间为变量按照线性函数设置。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述相变储热模块还包含相变换热器；所述太阳能模块还包含太阳能集热模块，所述相变换热器与太阳级集热模块及相变储热板相连，三者间进行热量传递。

当太阳光充足时，太阳级集热模块中聚集的部分热量通过太阳能发电模块进行发电，而另一部分热量先传递至相变换热器，实现显热储热，相变换热器中一部分热量传递至相变储热板实现相变热存储；并维持电化学降解模块的恒温，而在夜间或无光照时，改变热量流向，热量由相变储热板通过相变换热器输送至太阳能发电模块发电。

通过本发明的相变储热模块与太阳能模块结合，可使本发明水处理系统无需额外提供电能。

在发明中，相变换热器采有现有技术中的即可。

相变储热模块中的相变材料采用现有技术中常用的即可，如为石蜡、摛藻糖醇、硫酸钠、三水醋酸钠、氧化钙、脂肪酸、多元醇、磷酸氢二钠、层状钙钛矿等。

作为优先，所述太阳级集热模块采用多晶硅太阳能板集热。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述相变储热模块还包含相变冷却器，所述相变冷却器位于电化学降解模块出口，对电化学降解模块降解后的水冷却，使得水进入微生物除盐模块时温度为30-35℃；相变冷却器回收的热量传递至相变储热板及相变换热器。

本发明一种高效节能控温水处理系统，所述冷凝回流模块中的冷凝管道材质为均热板，优选为相变均热板。

本发明一种高效节能控温水处理系统，还包含气体控制模块，其中气体控制模块由气体注入模块和气体收集模块组成，气体注入模块用于向电化学降解模块注入臭氧，气体收集模块用于收集尾气。水处于电化学降解模块中进行降解时，同时通入臭氧进行污染物氧化，气泡作用下发生对电极表面和/或附近水体的扰动，提高降解效率。

本发明一种高效节能控温水处理系统，还包含水监测出水模块，热量回收模块，所述水监测出水模块，热量回收模块均位于微生物除盐模块出水口，其中水监测出水模块用于测试水质的COD、TOC指标，使水达到排放标准，热量回收模块用于将水冷却至室温，并回收热量传递至相变储热模块。

本发明一种高效节能控温水处理系统处理水的方法，使用所述的处理系统进行水处理。

本发明一种高效节能控温水处理系统处理水的方法，包括如下步骤：

待处理水先进入水加压模块，经过加压处理后进入颗粒过滤模块进行过滤，获得过滤后的水，然后再进入电化学降解模块进行电化学氧化处理获得经降解后的水，经降解后的水进入生物除盐模块除盐处理后获得成品水外排，

在电化学氧化处理过程中，通过相变储热板维持电化学降解模块中的水温度为40℃-80℃；通过冷凝回流模块将电化学降解模块中的尾气中的水蒸气和有机挥发物冷凝回流至电化学降解模块；通过相变冷却器对电化学降解模块降解后的水冷却，使得降解后的水进入微生物除盐模块时温度为30-35℃；生物除盐模块除盐处理后的成品水经水监测出水模块检测达标，并经热量回收模块冷却至室温后达标排放；同时由太阳能发电模块持续提供电能。

当太阳光充足时，太阳级集热模块中的多晶硅太阳能板聚集的部分太阳能热通过太阳能发电模块进行发电，而另一部分热先传递至相变换热器，实现显热储热，相变换热器中一部分热量传递至相变储热板实现相变热存储；并维持电化学降解模块的恒温，而在夜间或无光照时，改变热量流向，热量由相变储热板及相变换热器输送至太阳能发电模块发电，从而使太阳能发电模块可持续为水处理系统提供电能。

有益效果

为了解决电化学降解模块能耗高，本发明一方面设置了相变储热模块与太阳能模块，通过相变储热模块与太阳能模中的热量传递，实现无需外界任何能源的情况下，持续为水处理系统提供电能，并且维持电化学降解模块中的水在较高的温度下，另外设计了冷凝回流模块，将尾气中的水蒸气和有机挥发物冷凝回流至电化学降解模块；避免了污染。从而不仅能避免热量流失造成的能量浪费，而且可以使降解过程固定在某一温度进行，提高降解效率。

另外，对于阳极，本发明选用多晶硅作电极衬底。相比单晶硅衬底，生产工艺简单、成本低廉、可提供的衬底面积大，适合大面积制备，能满足工业规模制造要求；通过调控掺硼工艺参数，在多晶硅衬底表面先沉积一层高掺硼量的BDD膜，获得近似于金属态的重掺杂掺硼金刚石层，极大地提高硅衬底BDD电极的导电性和电流效率，大幅降低降解能耗高；接着，再通过调控掺硼工艺参数，在高导电掺硼金刚石层表面沉积长寿命、耐腐蚀的高品质金刚石层，该金刚石层可以大幅提升该电极的适用环境和使用寿命，可在任意强酸、强碱、高盐环境下长时间运行；最后，再通过调控掺硼工艺参数，在耐腐蚀掺硼金刚石层表面沉积电势窗口宽、析氧电位高、背景电流低的强电催化活性掺硼金刚石层，该金刚石层可以大幅提升该电极的电催化活性和降解效率。

同时，针对电化学降解技术降解实际水处理过程中存在的初期由于有机物浓度较高导致的输出电流利用效率高至降解中后期电流利用效率降低问题，本发明提出将生物法与电化学氧化法结合，充分发挥不同技术适用环境。水中有机物与盐浓度较高时，先进入电化学降解模块进行降解，随有机物、含盐量浓度下降，即进入微生物降解模块，微生物降解模块适用于低浓度有机物与盐类，总氮，总磷的去除。二者结合一方面可使电化学降解模块始终具有高电流利用效率，杜绝无用浪费能耗。另一方面可充分发挥微生物降解技术优势，并利用其去除水体内重金属盐类，氮，磷等水体内有害物质，两者结合可在降低能耗的同时保证水体内有机污染物被有效降解。

综上，本发明的有高效节能控温水处理系统不仅具有高的降解效率，而且能源自给。

附图说明

图1.本发明高效节能控温水处理系统示意图，其中1.水加压模块、2.颗粒过滤模块、3.电化学降解模块、4.微生物除盐模块、5.水监测出水模块、6.热量回收模块、7.相变储热模块、8.冷凝回流模块、9.太阳能发电模块。

具体实施方式

如图1所示，一种高效节能控温水处理系统；包括：水加压模块1，颗粒过滤模块2，电化学降解模块3，微生物除盐模块4、相变储热模块7、冷凝回流模块8、太阳能模块；

待处理水进水口设置于水加压模块1，水加压模块1出口连接至颗粒过滤模块2，颗粒过滤模块2出口连接至电化学降解模块3，电化学降解模块3出口连接至微生物除盐模块4；微生物除盐模块4设置有成品水出水口；

其中水循环模块1用于给水加压，增加水混乱度，同时用于添加水和排放水；

其中颗粒过滤模块2中的滤料第一层为石英砂，第二层为活性炭，主要过滤掉水中的颗粒物，提高降解效率；

其中微生物除盐模块4，利用微生物对氧化过滤后的水进行处理，降低含盐量；

其中电化学降解模块中3，由掺硼金刚石电极作为阴、阳极。阴极与阳极通过导线与可线性调控直流稳压电源相连，其中可线性调控直流稳压电源的电能由太阳能模块提供；

所述有冷凝回流模块8设置于电化学降解模块的尾气出口，将尾气中的水蒸气和有机挥发物冷凝回流至电化学降解模块；

冷凝回流模块的冷凝单元采用相变均热板，

太阳能模块包含太阳能发电模块9、太阳级集热模块；其中太阳能集模块采用多晶硅太阳能板集热；

相变储热模块包含相变储热板、相变换热器、相变冷却器，

其中相变储热板，所述相变储热板作为电化学降解模块的墙体，维持电化学降解模块中的水温度为40℃-80℃；

相变冷却器位于电化学降解模块出口，对电化学降解模块降解后的水冷却，使得水进入微生物除盐模块时温度为30-35℃；

相变换热器用于连接太阳级集热模块与相变储热板、相变冷却器；用作传热与显热储热。

当太阳光充足时，太阳级集热模块中聚集的部分太阳能热通过太阳能发电模块进行发电，而另一部分热先传递至相变换热器，实现显热储热，相变换热器中一部分热量传递至相变储热板实现相变热存储；并维持电化学降解模块的恒温，而在夜间或无光照时，改变热量流向，热量由相变储热板通过相变换热器输送至太阳能阳电模块发电。

另外，相变冷却器、相变均热板中回收的热量同样传递至相变储热板及相变换热器。

在本发明中，相变加热器与相变冷却器、相变储热板均采用现有技术中的。

其中相变储热板包含内部包含夹层通道，用于相变加热器中的二次传热流体在其内部流动，实现换热功能、传热功能；还包含金属(铜)网层、相变材料储热层，其中相变材料为石蜡；

所述高效节能控温水处理系统，还包含气体控制模块，其中气体控制模块由气体注入模块和气体收集模块组成，气体注入模块用于向电化学降解模块注入臭氧，气体收集模块用于收集尾气。

所述高效节能控温水处理系统，还包含水监测出水模块5，热量回收模块，所述水监测出水模块，热量回收模块6均位于微生物除盐模块出水口，其中水监测出水模块用于测试水质的COD、TOC指标，使水达到排放标准，热量回收模块用于将水冷却至室温，并回收热量传递至相变储热模块。

实施例1

本实施例选用掺硼金刚石电极作为阴、阳极，其制备方法如下：

先对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀，以10M的KOH溶液作为各向异性刻蚀液，将多晶硅衬底材料置于各向异性刻蚀液中于80℃浸泡60min完成刻蚀，然后清洗、烘干，获得阶梯型高比表面积的多晶硅。

将刻蚀后的多晶硅置于纳米晶和微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中，超声震荡30min，得到表面附有金刚石晶粒的多晶硅衬底。

将衬底置入化学气相沉积炉中，保持热丝与基体表面距离为9mm，升温过程中调节氢气气体流量保持97sccm，往炉内通入甲烷和硼烷，开始沉积。沉积温度为850℃，沉积压强为kPa，沉积气氛为B₂H₄、CH₄、H₂混合气氛。沉积高导电层时，气体比例为B₂H₆:CH₄:H₂＝1.0sccm:3.0sccm:97sccm，沉积时间3h；沉积耐腐蚀层时，气体比例为B₂H₆:CH₄:H₂＝0.2sccm:3.0sccm:97sccm，沉积时间3h；沉积强电催化活性层时，气体比例为B₂H₆:CH₄:H₂＝0.6sccm:3.0sccm:97sccm，沉积时间6h。

将得到的电极材料放入管式炉中，在空气中进行热处理，设置温度为750℃，保温20min。高温氧化后电极表面出现部分尖锥状。

将电极组装完成，使用三电极系统测试其性能，结果如表1所示：

表1实施例1所得BDD电极的电化学性能

析氧电位/V	1.82
		析氢电位/V	-0.60
电势窗口/V	2.42
		背景电流/μA/cm<sup>2</sup>	83.42

通过上述水处理系统降解活性蓝19染料模拟废水，水先经过加压模快加压，然后经过滤颗粒过滤模块过滤，获得过滤后的水进入电化学降解模块降解，降解温度60℃，降解12h后，经检测电化学模块出口水，色度去除率100％，TOC去除率94.64％，然后将水冷却至30℃，进入微生物除盐模块，最终于微生物除盐模块的出口排放达标水。在本发明中，达标水是指达到《污水综合排放标准》中一级排放标准要求。

在实施例1的水处理过程中，能源自给，相当于能耗为0。

实施例2

实施例2与实施例1中其他条件均相同，仅是采用各向同性刻蚀法刻蚀多晶硅衬底。先对多晶硅衬底材料表面进行各向同性刻蚀，以分析纯的HF和HNO₃混合溶液作为各向同性刻蚀液，混合体积比为HF:HNO₃＝3:1。将多晶硅衬底材料置于各向同性刻蚀液中于常温浸泡2min完成刻蚀，然后清洗、烘干，获得凹坑微孔复合型高比表面积的多晶硅。

后续制备流程与实施例1相同，电极性能表2所示：：

表2实施例2所得BDD电极的电化学性能

析氧电位/V	2.37
		析氢电位/V	-0.55
电势窗口/V	2.92
		背景电流/μA/cm<sup>2</sup>	39.71

由以上数据可知，采用各向同性刻蚀法刻蚀多晶硅衬底，具有优良的电化学性能，电极可逆性良好。

通过上述水处理系统降解某医药厂废水，在电化学降解模块，降解温度60℃，降解36h后，，色度去除率100％，COD去除率90.48％，TOC去除率91.35％。

实施例3

实施例3先采用各向异性刻蚀法刻蚀出阶梯型多晶硅衬底，随后使用各向同性刻蚀法，其刻蚀液刻蚀参数与实施例1,2相同。

随后制备BDD电极，制备方法与实施例1相同。电极性能如表3所示：

表3实施例3所得BDD电极的电化学性能

析氧电位/V	2.52
		析氢电位/V	-0.63
电势窗口/V	3.15
		背景电流/μA/cm<sup>2</sup>	12.62

由以上数据可知，采用各向异性刻蚀法再加上各向同刻蚀多晶硅衬底，具有优良的电化学性能，电极可逆性良好。

通过上述水处理系统降解某染料废水，在电化学降解模块，降解温度60℃，降解48h后，色度去除率100％，COD去除率93.58％，TOC去除率94.84％。

对比例1

对比例1与实施例1中其他条件均相同，仅是所制备的BDD电极未进行第一段沉积。电极性能如下表4所示：

表4对比例1所得BDD电极的电化学性能

析氧电位/V	1.79
		析氢电位/V	-0.58
电势窗口/V	2.37
		背景电流/μA/cm<sup>2</sup>	292.71

可以看出电极性能明显不如实施例1，该电极电阻大，降解过程中电极发热严重，电机寿命短。

通过上述水处理系统在阳光充足条件下降解活性蓝19染料模拟废水，在电化学降解模块，降解12h后，色度去除率100％，TOC去除率64.59％，能耗为0。

对比例2

对比例2与实施例2中其他条件均相同，仅是在电化学降解模块的尾气出口未设置冷凝回流模块，降解过程中产生大量废气，不满足国家环保标准。

对比例3

对比例3与实施例1中其他条件均相同，仅是不设置相变储热模块的相变储热板不设置于降解模块，降解模块为中水为常温。

降解活性蓝19染料模拟废水，在电化学降解模块，降解12h后，色度去除率100％，TOC去除率64.91％，能耗为0。

Claims (10)

1.一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：包括水加压模块，颗粒过滤模块，电化学降解模块，微生物除盐模块、相变储热模块、冷凝回流模块、太阳能模块；

所述水加压模块出口连接至颗粒过滤模块，颗粒过滤模块出口连接至电化学降解模块，电化学降解模块出口连接至微生物除盐模块；

所述相变储热模块包含相变储热板，所述相变储热板作为电化学降解模块的墙体，维持电化学降解模块中的水温度为40℃-80℃，

所述太阳能模块包含太阳能发电模块；

所述冷凝回流模块设置于电化学降解模块的尾气出口，将尾气中的水蒸气和有机挥发物冷凝回流至电化学降解模块；

所述电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元均包括阳极和阴极，所述阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：所述阳极和阴极由中心同轴但互不接触的圆柱状电极与圆筒状电极配合组成，或者由两组不同直径的同轴圆筒状电极阵列配合组成，或者由蜂窝煤结构和圆柱状阵列配合组成，或者由三维连续网络结构和二维连续网状结构配合组成，或者由二维封闭平板结构和二维连续网状结构配合组成；

所述阳极为硼掺杂金刚石电极，所述的硼掺杂金刚石电极包括衬底、电极工作层；所述电极工作层包裹在衬底表面，所述衬底为高比表面积多晶硅；所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀得到。

3.根据权利要求2所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：所述硼掺杂金刚石层包括不同含硼量的硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层，所述硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层依次沉积在衬底表面；

所述硼掺杂金刚石高导电层中，按原子比计，B/C为20000-33333ppm；所述硼掺杂金刚石耐腐蚀层中，按原子比计，B/C为0-10000ppm；所述硼掺杂金刚石强电催化活性层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm；

所述硼掺杂金刚石层的厚度为5μm-2mm，所述硼掺杂金刚石强电催化活性层占硼掺杂金刚石层厚度的40-60％；所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。

4.根据权利要求2或3所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：所述的硼掺杂金刚石电极的制备方法如下：

步骤一，衬底的预处理

对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀，得到高比表面积多晶硅；

步骤二、衬底表面种植籽晶处理

将步骤一所得高比表面积多晶硅；置于含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中；超声处理，烘干；获得表面吸附纳米晶和/或微米晶金刚石的高比表面积多晶硅；

步骤三，硼掺杂金刚石层的沉积

将步骤二中所得高比表面积多晶硅置于化学气相沉积炉中，通入含碳气体，含硼气体；依次进行三段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.03％-0.05％；控制第二段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0％-0.015％；控制第三段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.015％-0.03％；

步骤四、高温处理

将己沉积硼掺杂金刚石层的高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅进行热处理，所述热处理温度为400-1200℃，处理时间为5-110min；炉内压强为10Pa-10⁵Pa，热处理环境为含刻蚀性气氛环境。

5.根据权利要求4所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：

步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向异性刻蚀液中，于20-90℃，浸泡10-180min；清洗、烘干；所述各向异性刻蚀液为：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化纳和次氯酸钠的混合溶液、四甲基氢氧化铵溶液、四甲基氢氧化铵与异丙醇的混合溶液、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液、四甲基氢氧化铵与过硫酸铵的混合溶液、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚及异丙醇的混合溶液、乙二胺与邻苯二酚及水的混合溶液、乙二胺磷苯二酚中的一种；

步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向同性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向同性刻蚀液中，于0-90℃，浸泡10s-130min；清洗、烘干；所述各向同性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合溶液、氢氟酸与硝酸及醋酸的混合溶液、氢氟酸与醋酸的混合溶液中的一种。

步骤三中，所述含碳气体在三段沉积过程中均占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％，步骤三中；第一段沉积的温度为600-1000℃，气压为10³-10⁴Pa，时间≤18h；第二段沉积的温度为600-1000℃，气压为10³-10⁴Pa，时间为≤18h；第三段沉积的温度为600-1000℃，气压为10³-10⁴Pa；时间为≤18h。

6.根据权利要求1所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：

所述阴极选自掺硼金刚石电极，不锈钢、钛，碳材料中的至少一种；

所述直流电源为可线性调控直流稳压电源。

7.根据权利要求1所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：所述相变储热模块还包含相变换热器；所述太阳能模块还包含太阳能集热模块，所述相变换热器与太阳级集热模块及相变储热板相连，三者间进行热量传递。

所述太阳级集热模块采用多晶硅太阳能板集热。

8.根据权利要求1所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：所述相变储热模块还包含相变冷却器，所述相变冷却器位于电化学降解模块出口，对电化学降解模块降解后的水冷却，使得水进入微生物除盐模块时温度为30-35℃；相变冷却器回收的热量传递至相变储热板及相变换热器。

9.根据权利要求1所述的一种高效节能控温水处理系统，其特征在于：所述水处理系统，还包含水监测出水模块，热量回收模块，所述水监测出水模块，热量回收模块均位于微生物除盐模块出水口，其中水监测出水模块用于测试水质的COD、TOC指标，使水达到排放标准，热量回收模块用于将水冷却至室温，并回收热量传递至相变储热模块。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种高效节能控温水处理系统处理水的方法，其特征在于：使用所述的处理系统进行水处理。

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