CN113526757A - 一种废水处理装置和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废水处理装置和处理方法，属于废水处理领域。该装置包括壳体，所述壳体上侧开设有进水口，下侧开设有出水口，所述壳体内设有光照区，所述光照区包括至少一个光降解单元和用于为光降解单元提供光照的光源；所述光降解单元的入口连接进水口，其出口连接出水口；所述光降解单元内设有多个隔膜，所述隔膜将光降解单元分为多段，用于回收处理上一段光降解单元内剥落的催化剂。该方法采用上述装置进行废水处理。本发明能够高效处理含复杂有机污染物的废水，处理效果较佳。

Description

一种废水处理装置和处理方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种废水处理装置和处理方法。

背景技术

我国的水环境污染状况严重，生态环境受到严重影响，并危害人类健康。如何高效地处理废水已成为当前社会面临的一个难题。废水中所存在的有机污染物以苯、萘、蒽、醌类等形式存在，同时废水中混有砷、铬、镉、铅、汞、钒等重金属离子，污染物成分复杂、毒性大，处理不当会对人体健康和生态环境造成严重的危害。现在市场上有一些处理有机废水的光降解装置，但是一方面现有装置普遍存在催化剂与废水接触面积小、光照利用率低的问题，这导致催化降解效率低，废水处理效果差。另一方面，废水中的有机污染物需要采用具有相应光催化活性的催化剂进行降解，但是现实中废水有机污染物的成分复杂，单一的催化剂无法实现对所有污染物的高效降解，而如果将多种催化剂全部混合加入，彼此之间相互影响，反而会降低对有机污染物的降解效果。因此有些废水往往需要经过多个装置去除或对装置中的催化剂更换后再进行污染物降解，导致处理时间和使用成本大大增加，降低了废水处理效率。

中国专利申请号为：CN201110000895.5，公开日为：2011年6月29日的专利文献，公开了一种光催化降解有机污染物废水处理装置，包括箱体，箱体内设有多个相对独立并依次首尾相连的折流室，两端分别设有进水口和出水口，折流室内间隔叠放有若干固化有催化剂的立体网状体，立体网状体中间开有通孔，紫外光源插置于通孔中，曝气管设于折流室底部。立体网状体是用若干层网状载体叠加而成，各层网状载体间距是网格宽度1-3倍叠加而成，网状载体周边向底面相对弯折，中间切工字形切口，并向底面翻折。光照设备插入开口中。这种设备可以很大程度地分解废水中的有机物，但是，该装置并不适用于含有复杂污染物废水的处理，对于含有复杂有机污染物的废水的处理效果较差，而且在一定程度上，网状体过多会降低催化剂对光的充分吸收，影响废水处理效率。

中国专利申请号为：CN201720179681.1，公开日为：2017年12月5日的专利文献，公开了一种光催化降解有机污染物废水处理装置，属于废水处理领域，它包括一圆柱形筒体，筒体顶端开设与圆柱体内圆相切的进水口，筒体底端开设与圆柱体内圆相切的出水口；筒体内设有若干个光催化板，光催化板的上表面为波浪形面，波浪形面涂覆有第一光催化剂涂层；光催化板从上往下依次设置，且其波浪形面均朝上；光催化板上方设置有一反光板，所述光催化板与反光板之间设置有若干个紫外光源；筒体内壁上设有超声波换能器，所述超声波换能器与设置在桶体外的超声波发生器连接。但是一方面，光催化面板的利用空间明显不足，不利于提升光降解效率；另一方面，该装置内的两种光催化剂涂层置于同一反应器中，第二光催化剂涂层受限于光照较弱，催化性能会下降，影响降解效果，且实际工作时，两种光催化剂涂层可能会剥落至废水中，并与另一种催化剂进行接触，降低另一种催化剂的降解效果。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有的废水处理装置对含有复杂有机污染物的废水处理效果和处理效率并不理想的问题，本发明提供一种废水处理装置，能够对含有复杂有机污染物的废水进行高效处理，处理效果较佳。

本发明还公开一种废水处理方法，采用上述一种废水处理装置，相比较现有废水处理工艺，有效地提高对含有复杂有机污染物的废水的处理效率和处理效果。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种废水处理装置，包括壳体，所述壳体上侧开设有进水口，下侧开设有出水口，所述壳体内设有光照区，所述光照区包括至少一个光降解单元和用于为光降解单元提供光照的光源；所述光降解单元的入口连接进水口，其出口连接出水口；所述光降解单元内设有多个隔膜，所述隔膜将光降解单元分为多段，用于回收处理上一段光降解单元内剥落的催化剂。

作为技术方案的进一步改进，还包括设置在光照区内的外套管，所述外套管内沿其周向环形布置有多个光降解管，所述一个光降解单元包括多个相互连通的光降解管，所述光源设置在多个光降解管之间。

作为技术方案的进一步改进，所述外套管的外侧壁和内侧壁之间具有空腔，所述外套管上设有助剂添加器，所述助剂添加器的出口端连通外套管的空腔，多个所述光降解管分别通过管道连通外套管的空腔。

作为技术方案的进一步改进，所述光降解单元的入口装有浓度检测仪，所述光源外接有光源控制器，所述浓度检测仪电连接光源控制器。

作为技术方案的进一步改进，所述外套管的内侧壁上设有反光膜。

作为技术方案的进一步改进，所述光降解管的内侧壁上设有多个凸起，所述凸起上涂覆有催化剂。

作为技术方案的进一步改进，所述光降解管内设有多个小球，所述小球通过杆、线或绳连接光降解管的内侧壁，所述小球外壁涂覆有催化剂。

作为技术方案的进一步改进，所述光照区的入口，和/或光照区的出口处设有过滤区，所述过滤区内设有用于吸附重金属离子的过滤膜。

作为技术方案的进一步改进，所述光降解单元的出口连接电磁阀的入口并装有浓度检测仪，所述浓度检测仪电连接电磁阀；所述电磁阀的一个出口通过循环管连接光降解单元的入口，另一个出口连接出水口。

一种废水处理方法，采用上述一种废水处理装置，其过程如下：

一、根据所降解废水的有机污染物的成分，在不同段光降解单元涂覆有相应的催化剂材料，隔膜上设置过滤上一段光降解单元内剥落的催化剂的滤膜；

二、启动装置，打开光源，将废水从进水口导入废水处理装置，对废水进行过滤后，废水进入光降解管进行有机污染物的降解；

三、对降解后的废水进行有机污染物浓度达标检测，若满足达标要求，则将废水从出水口排出，若不满足达标要求，则将废水再次从光降解单元的入口导入。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明一种废水处理装置，将光照区内的光降解单元沿废水流动方向分为多段，每段光降解单元之间通过隔膜隔开，不同段的光降解单元中涂覆不同的催化剂，能够有针对性地对废水中的不同有机污染物进行降解，有效地提高对含有复杂有机污染物的处理效果，尤其是，通过在每段光降解单元之间设置隔膜，可以过滤上一段光降解单元内剥落于废水中的催化剂碎片和固体杂质，达到回收上一段光降解单元的催化剂和净化废水的目的，避免了不同催化剂混合后对后续催化降解反应的不良影响；

(2)本发明一种废水处理装置，多个光降解管呈环形布置在外套管内，且一个光降解单包括多个互相连接的光降解管，增加了废水在光降解单元中的流动时间，提高了对有机污染物的降解效果，尤其是，采用这种布置方式在提高降解效果的基础上最大程度地减小了光照区的安装空间，从而减小了装置体积和安装所需空间，模块化布局让拆装更加便捷且降低了拆装成本，进一步地，光源能够设置在环形的光降解管之间，无需额外空间安装且最大化地保证了对各个光降解管的光照面积，进一步提高了降解效果；

(3)本发明一种废水处理装置，外套管的内侧壁上设有反光膜，能够将光源照射的光线再次反射到光降解管上，提高光照的利用率，增加对有机污染物的降解速率；

(4)本发明一种废水处理装置，通过在光降解管的内侧壁上设置涂覆催化剂的凸起，增加了废水与光降解管之间的催化反应面积，提高了有机污染物的降解效率；

(5)本发明一种废水处理装置，通过在光降解管内设置涂覆催化剂的多个小球，小球通过杆、线或绳连接光降解管的内侧壁，使得废水流经小球时，增大了污染物与催化剂的接触面积，尤其是，废水借助小球的构型布局形成水流紊乱，增强催化剂与废水污染物的混合接触程度，有效地提高对有机污染物的处理效果，若采用适度强度和韧性的柔性杆、线或绳连接小球，则小球会在光降解管中不规则运动，强化光催化剂对有机污染物的降解，进而大大提高了对有机污染物的降解效率；

(6)本发明一种废水处理装置，光降解单元的出口连接电磁阀的入口并装有浓度检测仪，当浓度不达标时电磁阀会开启与循环管的连接出口，将废水返回至光降解单元的入口再次进行光降解操作，保证了处理后的废水能够达到排放标准；

(7)本发明一种废水处理方法，采用上述一种废水处理装置，相比较现有废水处理工艺，有效地提高了对含有复杂有机污染物的废水的处理效果。

附图说明

图1为废水处理装置的结构示意图；

图2为光照区的废水流动方向示意图；

图3为外套管、光降解管和光源的相对位置示意图；

图4为助剂添加器的工作示意图；

图5为一种光降解管的横截面图；

图6为另一种光降解管的横截面图；

图中：1、壳体；2、进水口；3、出水口；4、光降解管；5、光源；6、隔膜；7、外套管；8、助剂添加器；9、凸起；10、小球；11、过滤膜；12、浓度检测仪；13、电磁阀；14、循环管；15、风机；16、浓度检测仪；17、光源控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例

一种废水处理装置，主要对含有有机污染物和重金属离子的废水进行处理净化，尤其是对于含有复杂有机物的废水，该装置的废水处理效果明显，下面对该装置的具体结构和工作原理进行详细描述。

如图1所示，该装置具有箱状结构的壳体1，壳体1的上侧开设有进水口2且进水口通过水管外接有废水源，下侧开设有出水口3且出水口接有排水管。壳体1内设有用于粗过滤废水并吸附重金属离子的过滤区和降解有机污染物的光照区。其中，壳体1内靠近进水口2的位置设有具有空腔的一级过滤区，一级过滤区的入口连接进水口2，出口则连接位于一级过滤区下方的光照区的进口。一级过滤区内设有一层过滤网和一层过滤膜11，过滤网用于对废水进行粗过滤，过滤膜11表面涂覆有多孔吸附材料，能够吸附废水中的重金属离子。

光照区包括作为安装主体的外套管7，外套管7内设有至少一个光降解单元和用于为光降解单元提供光照的光源5，光降解单元的入口连接进水口2，出口则连接出水口3。光降解单元内设有多个隔膜6，隔膜6将光降解单元分为多段，隔膜6上设有过滤上一段光降解单元内剥落的催化剂的滤膜，用于回收处理上一段光降解单元内剥落的催化剂。采用这种结构的光降解单元，通过在不同段的光降解单元中涂覆不同的催化剂，能够有针对性地对废水中的不同有机污染物进行降解，有效地提高对含有复杂有机污染物的处理效果。尤其是，通过在每段光降解单元之间设置隔膜6，可以过滤上一段光降解单元内剥落于废水中的催化剂碎片和固体杂质，达到回收上一段光降解单元中的催化剂和净化废水的目的，并保证各段光降解单元中的催化剂能够对废水中的某些有机污染物进行针对性地降解。

如图2和图3所示，外套管7内沿其周向环形布置有多个光降解管4，多个相互连通的光降解管4组成一个光降解单元，光源设置在多个光降解管4之间。本实施例中，外套管7呈水平布置，8个光降解管4沿外套管7的周向水平设置与外套管7内，形成环状结构，每4个相互连通的光降解管4组成一个光降解单元，两个光降解单元中的废水流动路径如图2所示。同时，也可以8个光降解管4组成一个光降解单元或每2个光降解管4组成一个光降解单元。通过这种方式，增加了废水在光降解单元中的流动路径与流动时间，提高了对有机污染物的降解效果。尤其是，采用这种布置方式只需布置单个水平的外套管7即可在提高降解效果的基础上最大程度地减小了光照区的安装空间，减小了装置体积和安装所需空间，拆装更加便捷且降低了拆装成本。进一步地，光源能够设置在环形的光降解管4之间，无需额外空间安装且最大化地保证了对各个光降解管4的光照面积，进一步提高了降解效果。

本实施例中，光源5采用水平布置的灯管结构，灯管外侧设有透明的用于防护的灯罩。外套管7的内侧壁上设有反光膜，能够将光源5照射的光线再次反射到光降解4管上，提高光照效果，加快有机污染物的降解速率。但是，采用光照方式会散发热量，长时间运行会使得装置内部温度较高，因此，本实施例在壳体1上分别设有进风口和出风口，进风口处外接有风机15，从而能够保证壳体1内的热量随气流流通至外部，对光源5进行冷却。

另外，光照区还能够根据废水所含的有机污染物浓度来调节光源5的光照强度，节约能源。具体的，在光降解单元的入口装有用于检测进入光照区的废水的有机污染物浓度的浓度检测仪16，光源5则外接有光源控制器17，浓度检测仪16电连接光源控制器17，并对光源5强度进行分级。本实施例中，当污染物浓度超过达标浓度<5％时，启动1级强度，浓度>5％且<20％时启动2级强度，浓度＞20％时启动三级强度。同时，本实施例在光降解单元的入口还装有流量计，能够控制进入光降解单元的废水流量，方便对废水进行光降解时的控制。

值得一提的是，在对废水中的有机污染物进行降解时，为了增加有机物降解速率，一般会向废水中加入光降解助剂。但是，光降解助剂如果只在光降解单元的入口处添加的话，会使得其在光降解单元的后半段的效果较弱。因此，本实施例依据本装置光降解管4的特殊布置结构对光降解助剂添加装置作了独特的工艺改进。

具体的，如图4所示，外套管7的外侧壁和内侧壁之间具有空腔，外套管7上装有助剂添加器8，助剂添加器8的出口端连通外套管7的空腔，多个光降解管4分别通过单独的管道连通外套管7的空腔。通过这种设置，使得助剂添加器8只需向外套管7的空腔中添加光降解助剂，即可使光降解助剂顺着空腔与光降解管4连通的管道均匀地流动至各个光降解管4中，该光降解助剂添加装置结合了本实施例的光照区的布置方式，布置巧妙，无需占用过多安装空间，保证了光降解单元各个段的降解能力。为了更好地控制光降解助剂的添加量与加入流速，本实施例在助剂添加器8的出口管道上还装有控制助剂添加的电磁阀和流量计，能够显示助剂添加器8的出口的助剂流量并通过电磁阀进行调节。

为了更进一步地提高对有机污染物的降解效果，本装置还采用了以下两种结构。第一种方式如图4所示，光降解管4的内侧壁上设有多个凸起9，凸起9上涂覆有催化剂，其增加了废水与光降解管之间的催化反应面积，提高了有机污染物的降解效率。第二种方式如图6所示，光降解管4内设有多个小球10，小球10通过杆、线或绳连接光降解管4的内侧壁，废水流经小球10时，增加了与催化剂的接触面积，尤其是，废水会在小球10的位置形成水流紊乱，提高催化剂在废水中的混合程度。若采用具有适度强度和韧性的柔性杆、线或绳连接小球10，则小球10会在光降解管4中随着水流产生不规则运动，增强催化剂和废水的接触，将进一步提高对有机污染物的降解效果，因此其大大提高了对有机污染物的降解效率。本实施例采取第二种方式。

光照区的出口处还设置有二级过滤区，二级过滤区内设置有过滤膜11，二级过滤区的进口连接光降解单元的出口，其出口连接出水口3，当经过光照区降解后，废水的有机污染物浓度达标后，废水流动至二级过滤区内并通过多层过滤膜11对废水中的重金属离子进行吸附，保证最终排出的废水满足排放要求。但是，现有装置对经过光照降解后有机污染物的浓度往往需要等废水排出后进行检测，不达标再进行二次光催化降解，导致废水处理效率大大降低。

因此，本实施例采取了以下措施。光降解单元的出口连接电磁阀13的入口并装有浓度检测仪12，浓度检测仪12电连接电磁阀13，电磁阀13的一个出口通过循环管14连接光降解单元的入口，另一个出口连接二级过滤区的进口。当浓度检测仪12检测到光降解单元排出的废水的有机污染物浓度不达标时，电磁阀13开启连接循环管14的出口，使废水返回光照区重新进行光降解反应，直至浓度检测仪12检测到废水中的有机污染物浓度达标，电磁阀13开启连接二级过滤区的出口，将废水排入二级过滤区过滤并通过出水口3排放。值得一提的是，本装置还可以在原本的光照区一侧设置另一个光照区，并将循环管14连接另一个光照区的光降解单元的进口，另一个光照区的光降解单元的出口则连接电磁阀13的另一个进口，从而使得两个光照区可以同时进行工作，提高废水处理效率。

下面对本实施例的装置的具体工作过程做一个完整详细的描述：

一、根据所降解废水的特点，在不同段光降解单元选择凸起9或小球10作为催化剂载体，其上涂覆相应的催化剂材料，隔膜6上则设置处理回收上一段光降解单元中剥落的催化剂的滤膜，使得不同段光降解单元中可以采用不同的催化剂材料，且彼此之间互不干扰，保证降解效果。

二、启动装置，打开光源5。将废水从进水口2导入废水处理装置，对废水进行过滤后，废水进入光降解管4进行有机污染物的降解。根据反应进程利用助剂添加器8，向光降解管中可控地注入光催化助剂，增强光催化降解的效果。

例如，其中一段光降解单元中采用二氧化钛、二氧化锡、氧化钨等n型半导体催化膜，在光照下，催化产生氧化能力很强的羟基自由基、超氧离子自由基等活性物种，对污水中的染料、多氯代酚等进行降解，亚甲基蓝、甲基橙等染料降解率达到98％以上，难降解的多氯代酚和少量未降解的染料进入下一段光降解单元。下一段光降解单元采用非金属掺杂的氧化镍/二氧化钛复合催化膜，拓展光催化吸收波长，复合光催化膜具有良好的光响应活性和化学稳定性，可以对有机污染物进行深度降解。同时，利用助剂添加器8向光降解单元中注入助催化剂，进一步将有毒的多氯代酚完全降解为二氧化碳、水和氯离子等。

三、对降解后的废水的有机污染物进行浓度达标检测，若满足达标要求，则将废水从出水口3排出，若不满足达标要求，则通过循环管14将废水再次从光降解单元的入口导入。

综上所述，本实施例的一种废水处理装置，采用串行的光降解单元并在其中设置隔膜，同时在光降解单元中设置增加有机污染物反应面积的涂覆催化材料的凸起或小球，能够高效率地实现对含有复杂有机污染物的废水的处理，处理效果较佳。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种废水处理装置，包括壳体(1)，所述壳体(1)上侧开设有进水口(2)，下侧开设有出水口(3)，所述壳体(1)内设有光照区，其特征在于：所述光照区包括至少一个光降解单元和用于为光降解单元提供光照的光源(5)；所述光降解单元的入口连接进水口(2)，其出口连接出水口(3)；所述光降解单元内设有多个隔膜(6)，所述隔膜(6)将光降解单元分为多段，用于回收处理上一段光降解单元内剥落的催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种废水处理装置，其特征在于：还包括设置在光照区内的外套管(7)，所述外套管(7)内沿其周向环形布置有多个光降解管(4)，所述一个光降解单元包括多个相互连通的光降解管(4)，所述光源(5)设置在多个光降解管(4)之间。

3.根据权利要求2所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述外套管(7)的外侧壁和内侧壁之间具有空腔，所述外套管(7)上设有助剂添加器(8)，所述助剂添加器(8)的出口端连通外套管(7)的空腔，多个所述光降解管(4)分别通过管道连通外套管(7)的空腔。

4.根据权利要求2所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述光降解单元的入口装有浓度检测仪(16)，所述光源(5)外接有光源控制器(17)，所述浓度检测仪(16)电连接光源控制器(17)。

5.根据权利要求4所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述外套管(7)的内侧壁上设有反光膜。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述光降解管(4)的内侧壁上设有多个凸起(9)，所述凸起(9)上涂覆有催化剂。

7.根据权利要求2-5中任意一项所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述光降解管(4)内设有多个小球(10)，所述小球(10)通过杆、线或绳连接光降解管(4)的内侧壁，所述小球(10)外壁涂覆有催化剂。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述光照区的入口，和/或光照区的出口处设有过滤区，所述过滤区内设有用于吸附重金属离子的过滤膜(11)。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种废水处理装置，其特征在于：所述光降解单元的出口连接电磁阀(13)的入口并装有浓度检测仪(12)，所述浓度检测仪(12)电连接电磁阀(13)；所述电磁阀(13)的一个出口通过循环管(14)连接光降解单元的入口，另一个出口连接出水口(3)。

10.一种废水处理方法，采用权利要求1-9中任意一项所述的一种废水处理装置，其过程如下：

一、根据所降解废水的有机污染物的成分，在不同段光降解单元涂覆有相应的催化剂材料，隔膜(6)上设置过滤上一段光降解单元内剥落的催化剂的滤膜；

二、启动装置，打开光源(5)，将废水从进水口(2)导入废水处理装置，对废水进行过滤后，废水进入光降解管(4)进行有机污染物的降解；

三、对降解后的废水进行有机污染物浓度达标检测，若满足达标要求，则将废水从出水口(3)排出，若不满足达标要求，则将废水再次从光降解单元的入口导入。

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