CN205258206U - 组合式高效高难废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种组合式高效高难废水处理装置，其包括沿液体流通路径依次连接的一级过滤区、一级光电-Fenton组合区、二级过滤区及紫外光系统区，其中一级光电-Fenton组合区内设有阴极板、阳极板及感应电极，且一级光电-Fenton组合区与二级过滤区均设有用于提供氧气的曝气装置，所述紫外光系统区通过透光密封部件设置在所述一级光电-Fenton组合区一侧。通过向液体中充入O2，使O2与液体中的H+结合生成反应所需的H2O2，同时通过感应电极铁电极板生成Fe2+，不仅在线生成Fenton试剂，还有效缓解了pH升高与H2析出副反应，H2O2更增强了水处理氧化效果，且Fe2+的适量生成，维持稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种组合式高效高难废水处理装置。
背景技术
近年来，伴随着我国经济的腾飞，与水质监控力度的加重，具有高COD、高色度、高毒性且难生物降解的高难废水成为了现在水处理行业的难点。在高难废水处理工艺中，具有高效、易操作、无选择性的高效催化氧化技术与电化学法受到广泛的关注，其中应用最广的为光催化氧化、芬顿氧化、电氧化。但光催化氧化由于吸收波长范围过窄,能耗高,电子-孔穴复合率高,量子产率不足等原因等受到了一定的限制；芬顿氧化中需要大量的Fe2+与H2O2试剂，不仅使得试剂成本高，运输风险大，且会产生大量含铁离子的污泥，使得后续处理复杂；简单电极氧化法成本高且处理效果有限。单一处理技术无法实现处理效率高、成本低、操作简便、运行管理方便、无二次污染的高效无害化目标，因而可以同时发挥各工艺优点的同时，弥补各自缺陷，实现协同作用的组合式工艺成为现在研究热点。
电-Fenton乃是应用氧气在阴极表面还原产生的H2O2与溶液中Fe2+发生Fenton反应从而对有机物进行降解，因其无需投加任何氧化剂而受到广泛关注。但无论电-Fenton反应中Fe2+是源于预先加入或牺牲阳极的产生，都会给实际水处理带来pH升高，H2析出副反应发生等问题，影响其处理效果。于电-Fenton反应中阴阳极间引入一不接通电源的消耗铁电极构成感应电-Fenton法，能同时在线生成Fenton反应所需的Fe2+与H2O2，感应电-Fenton法引起了研究热潮。专利CN204400669U公开了一种包含感应电-Fenton技术的高效自控电芬顿除污设备，该设备结构安排合理，安装拆卸方便，高效自控，应用范围广。
电-Fenton技术并不能完全将废水矿化，且处理效果仍有待提高。将紫外辐射引入电-Fenton反应中的光电-Fenton组合技术，不仅可以降低Fe2+的用量，使H2O2保持较高的利用率，且紫外线和Fe2+对H2O2的催化分解起到协同效应，远远大于二者的加和，其中铁的某些羟基化合物可发生光敏反应生成羟基自由基发挥氧化作用，既加强了对污水的处理效果，又减少了污泥产量。专利CN1789150A公开了一种应用光电芬顿反应高效去除水中有机物的装置，该装置将密闭在石英管中的低压泵灯置于DSA阳极与活性炭纤维阴极简，在pH＝3左右的有机废水中加入少量亚铁盐作为催化剂，在通电下去除污染物，实现了光化学反应与电-Fenton的协同作用。此类传统光电-Fenton组合技术，虽然可以同时保持各工艺的优点，但仍存在一些不足：第一，铁盐的外部加入，会引入其它离子，影响处理效果，且用量不易控制；第二，处理量小，若装置放大，会使得极板间距变大，导致电氧化效率低；且现有高难废水处理技术少有能有机的将电催化氧化、光催化氧化、感应Fenton法组合的装置，即不能对高难废水的处理做到既可控制成本、处理高效、完全矿化且又无二次污染。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种集吸附过滤预处理、光-感应电Fenton、膜过滤深度处理于一体组合式高效高难废水处理装置，其生产制造成本低廉，废水处理效果高、无二次污染，且能够实现完全矿化。
一种组合式高效高难废水处理装置，其包括储液槽、进水蠕动泵与废水处理反应器，所述进水蠕动泵的进水口与所述储液槽的出水口连接，所述进水蠕动泵的出水口与所述废水处理反应器的进水口连接；
所述废水处理反应器还包括一级过滤区、至少一个光电-Fenton组合区、二级过滤区及紫外光系统区，其中一级过滤区内放置吸附材料，光电-Fenton组合区内设有阴极板、阳极板及感应电极，二级过滤区设有膜组件，紫外光系统区设有紫外灯管组，且光电-Fenton组合区与二级过滤区均设有用于提供氧气的曝气装置；
所述一级过滤区、光电-Fenton组合区、二级过滤区沿液体流通路径依次连接，所述光电-Fenton组合区环绕所述紫外光系统区设置。
一种组合式高效高难废水处理装置，其包括储液槽、进水蠕动泵与废水处理反应器，所述进水蠕动泵的进水口与所述储液槽的出水口连接，所述进水蠕动泵的出水口与所述废水处理反应器的进水口连接；
所述废水处理反应器还包括一级过滤区、一级光电-Fenton组合区、二级过滤区及紫外光系统区，其中一级过滤区内放置吸附材料，一级光电-Fenton组合区内设有阴极板、阳极板及感应电极，二级过滤区设有膜组件，紫外光系统区设有紫外灯管组，且一级光电-Fenton组合区与二级过滤区均设有用于提供氧气的曝气装置；
所述一级过滤区、一级光电-Fenton组合区、二级过滤区沿液体流通路径依次连接，所述一级光电-Fenton组合区设置在所述紫外光系统区的光路发散区域。
一种组合式高效高难废水处理装置，其包括储液槽、进水蠕动泵与废水处理反应器，所述进水蠕动泵的进水口与所述储液槽的出水口连接，所述进水蠕动泵的出水口与所述废水处理反应器的进水口连接；
所述废水处理反应器还包括一级过滤区、一级光电-Fenton组合区、二级过滤区、二级光电-Fenton组合区、三级过滤区及紫外光系统区，其中一、二级过滤区均放置吸附材料，一、二级光电-Fenton组合区内设有阴极板、阳极板及感应电极，三级过滤区设有膜组件，紫外光系统区设有紫外灯管组，且一、二级光电-Fenton组合区与三级过滤区均设有管式曝气装置；
所述一级过滤区、一级光电-Fenton组合区、二级过滤区、二级光电-Fenton组合区、三级过滤区沿液体流通路径依次连接，所述紫外光系统区通过透光密封部件设置在所述一级光电-Fenton组合区与二级光电-Fenton组合区之间。
本实用新型所述组合式高效高难废水处理装置，其通过曝气板向光电-Fenton组合区内的反应液体中充入O2，使O2与液体中的H+结合生成反应所需的H2O2，同时通过感应电极铁电极板生成Fe2+，不仅在线生成Fenton试剂，避免试剂运输中的安全隐患与试剂加入的不方便问题，及成本问题，还有效缓解了pH升高与H2析出副反应发生，H2O2更增强了水处理氧化效果，且Fe2+的适量生成，维持了处理的稳定性，电化学阳极氧化同时对有机物产生降解，实现了电化学与Fenton法的协同作用。
附图说明
图1为本实用新型所述组合式高效高难废水处理装置的主剖视图；
图2为本实用新型所述组合式高效高难废水处理装置中废水处理反应器的一种横剖视图；
图3为本实用新型所述组合式高效高难废水处理装置中废水处理反应器的另一优选方案的横剖视图；
图4为图3的侧剖视图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型提供一种组合式高效高难废水处理装置，其包括储液槽1、进水蠕动泵2与废水处理反应器3，所述进水蠕动泵2的进水口与所述储液槽1的出水口连接，所述进水蠕动泵2的出水口与所述废水处理反应器3的进水口连接；
所述废水处理反应器3还包括一级过滤区31、至少一个光电-Fenton组合区、二级过滤区33及紫外光系统区34，其中一级过滤区31内放置吸附材料301，光电-Fenton组合区内设有阴极板321、阳极板322及感应电极323，二级过滤区33设有膜组件302，紫外光系统区34设有紫外灯管组341，且光电-Fenton组合区与二级过滤区33均设有用于提供氧气的曝气装置35；
所述一级过滤区31、光电-Fenton组合区、二级过滤区33沿液体流通路径依次连接，所述光电-Fenton组合区环绕所述紫外光系统区34设置。
具体的，如图2所示，所述组合式高效高难废水处理装置，其包括储液槽1、进水蠕动泵2与废水处理反应器3，所述进水蠕动泵2的进水口与所述储液槽1的出水口连接，所述进水蠕动泵2的出水口与所述废水处理反应器3的进水口连接；
所述废水处理反应器3还包括一级过滤区31、一级光电-Fenton组合区32、二级过滤区33及紫外光系统区34，其中一级过滤区31内放置吸附材料301，一级光电-Fenton组合区32内设有阴极板321、阳极板322及感应电极323，二级过滤区33设有膜组件302，紫外光系统区34设有紫外灯管组341，且一级光电-Fenton组合区32与二级过滤区33均设有用于提供氧气的曝气装置35；
所述一级过滤区31、一级光电-Fenton组合区32、二级过滤区33沿液体流通路径依次连接，所述一级光电-Fenton组合区32设置在所述紫外光系统区34的光路发散区域。
其中，所述一级过滤区31的吸附材料301为多孔陶瓷、卵石滤料、活性炭颗粒中任意一种或多种的组合。所述二级过滤区33中膜组件302为中控纤维或平板膜，且所述膜组件302中膜元件为微滤、超滤或纳滤膜中任意一种。
所述一级光电-Fenton组合区32的阴极板321为活性炭纤维板，所述一级光电-Fenton组合区32的阳极板322为以镍网、铁网、铝网、铜网等金属网中任意一种为基体，且表面镀有光催化剂二氧化钛的极板；所述一级光电-Fenton组合区32的感应极板为铁棒或铁板，用于产生Fe2+。所述一级光电-Fenton组合区32内的阳极板322连接直流电源4的正极，阴极板321连接直流电源的负极，各极板之间呈并联关系。
通过采用具有高比表面积和强吸附的活性炭纤维板作为阴极，不仅可以使氧气分子可在其表面进行高效还原，又可提高羟基自由基的氧化效率，所述紫外光系统区34产生的低压紫外光能够促进Fe3+的还原与H2O2的分解，紫外光照到镀有光催化剂二氧化钛的阳极板322表面，产生空穴和电子，提高了量子效率，从而可以提高高难废水处理效果。
所述一级光电-Fenton组合区32内的阴极板321、阳极板322交替平行排列，形成多组反应电磁场，增加了反应区域的面积，从而提高了单次废水处理的体积和效率。且所述各级板的排列方向与紫外光系统区34的光路发散方向之间形成一倾斜夹角，使各级板在紫外光系统区34的光路发散方向的正向投影之间不会相互重叠，进而使各级板能够全面的接受到紫外光的照射。优选的，所述倾角的角度为45°-60°。
同时，所述各极板与组合区内壁之间设有液体流通通道324，且液体流通通道324相互交错设置，形成反复迂回的液体流通路径，使液体的流通路径能够经过所有阴极板321、阳极板322组成的反应电磁场，让废液得到充分的反应处理。
同时，为避免废液流入紫外光系统区34，造成紫外光系统区34内电路系统的短路，所述紫外光系统区34的透光密封部件342的高度要高于液体液面高度设置。
液体由一级过滤区31进入一级光电-Fenton组合区32时，其在重力的作用下涌入的速度较快，为避免液体速度过快而略过一级光电-Fenton组合区32内的第一组反应电磁场而直接进入第二组反应电磁场，使所述一级过滤区31与一级光电-Fenton组合区32之间通过一底部隔网形成液体流通通道324，即所述废液通过一底部隔网进入一级光电-Fenton组合区32，因此，所述废液必须需要克服重力自下往上流动，从而其涌入的速度减小，同时还消除了液体涌入时装置需要承受的冲击力，保障了装置的使用寿命。
本实用新型所述组合式高效高难废水处理装置，其通过曝气板向液体中充入O2，使O2与液体中的H+结合生成反应所需的H2O2，同时通过感应电极323铁电极板生成Fe2+，不仅在线生成Fenton试剂，避免试剂运输中的安全隐患与试剂加入的不方便问题，及成本问题，还有效缓解了pH升高与H2析出副反应发生，H2O2更增强了水处理氧化效果，且Fe2+的适量生成，维持了处理的稳定性，电化学阳极氧化同时对有机物产生降解，实现了电化学与Fenton法的协同作用。
所述储液槽1用于储存废液，其内设有搅拌器11，当需要进行废水处理时，向储液槽1中的废液与加入的电解质、酸、碱并搅拌均匀，之后废液经由蠕动泵自储液槽1底部泵入一级过滤区31进行初级过滤，初级过滤后的滤液经过一级过滤区31与一级光电-Fenton组合区32之间的底部隔网流入一级光电-Fenton组合区32，在一级光电-Fenton组合区32内废水沿多极板折流流动，在曝气条件下进行光电-Fenton协同处理后流入二级过滤区33，最后经膜分离后通过抽滤泵分离排出。
通过在光-感应电Fenton处理前设有一级过滤区31，有效避免废水的直接引入，带入大量固体悬浮物对电极板造成的伤害，对处理效果的降低，对极板使用寿命的缩短等危害，且在光-感应电Fenton处理后设有膜过滤区，这样可真正实现废水无害化，高效，彻底的处理，且底部曝气与上端进水对膜组件302进行上下冲涮可以有效缓解膜污染。
进一步的，为得到更加优化的废水处理效果，并提高紫外光的使用效率，本实用新型还提供另一优选方案，即对所述装置中的废水处理反应器3进行改进，如图3和图4所示，改进后的废水处理反应器3包括一级过滤区31、一级光电-Fenton组合区32、二级过滤区33、二级光电-Fenton组合区36、三级过滤区37及紫外光系统区34，其中一、二级过滤区31、33均放置吸附材料301，一、二级光电-Fenton组合区32、36内设有阴极板321、阳极板322及感应电极323，三级过滤区37设有膜组件302，紫外光系统区34设有紫外灯管组341，且一、二级光电-Fenton组合区32、36与三级过滤区37均设有管式曝气装置35。
所述一级过滤区31、一级光电-Fenton组合区32、二级过滤区33、二级光电-Fenton组合区36、三级过滤区37沿液体流通路径依次连接，所述紫外光系统区34通过透光密封部件设置在所述一级光电-Fenton组合区32与二级光电-Fenton组合区36之间。
具体的，所述二级光电-Fenton组合区36与一级光电-Fenton组合区32相同，所述一、二级光电-Fenton组合区32、36阴极板321为活性炭纤维板；阳极板322为以镍网、铁网、铝网、铜网等金属网中任意一种为基体，且表面镀有光催化剂二氧化钛的极板；所述感应极板为铁棒或铁板。
所述二级光电-Fenton组合区36的阴极板321、阳极板322交替平行排列，所述各级板的排列方向与紫外光系统区34的光路发散方向之间形成一倾斜夹角，且所述各极板与组合区内壁之间设有一液体流通通道324，所述液体流通通道324交错设置，形成反复迂回的液体流通路径。优选的，所述倾角的角度为45°-60°。
所述一、二级过滤区31、33的吸附材料301为多孔陶瓷、卵石滤料、活性炭颗粒中任意一种或多种的组合。所述三级过滤区37中膜组件302为中控纤维或平板膜；且所述膜组件302中膜元件为微滤、超滤或纳滤膜中任意一种。
储液槽1中的废液与加入的电解质、酸、碱经搅拌均匀后，废水经蠕动泵从底部泵入一级过滤区31过滤，滤液经过一级过滤区31与一级光电-Fenton组合区32之间的底部隔网流入一级光电-Fenton组合区32，在一级光电-Fenton组合区32内，废水沿多极板折流流动，在曝气条件下进行光电-Fenton协同处理后流入二级过滤区33，经再次过滤后流入二级光电-Fenton组合区36，并经二级光电-Fenton协同处理后进入膜过滤区，最后经膜分离后通过抽滤泵分离排出。
上述优选方案通过在紫外光系统区34两侧均设置光电-Fenton组合区，提高了紫外光系统区34的利用率，且能根据具体情况增减灯管数量，打破了传统一个紫外灯管于一组阴极板321、阳极板322间的局限性。同时经过多级过滤，亦使废液中的杂质充分的滤除。
本实用新型所述组合式高效高难废水处理装置，其将光-感应电Fenton法、电化学与Fenton法进行联合，通过利用H+与充入的O2生成H2O2，感应电极323铁电极板生成Fe2+，不仅在线生成Fenton试剂，避免试剂运输中的安全隐患与试剂加入的不方便问题，及成本问题，还有效缓解了pH升高与H2析出副反应发生，H2O2更增强了水处理氧化效果，且Fe2+的适量生成，维持了处理的稳定性，电化学阳极氧化同时对有机物产生降解，实现了电化学与Fenton法的协同作用；光催化与感应电Fenton的组合。
同时，将具有高比表面积和强吸附的活性炭纤维板作为阴极，不仅可以使氧气分子可在其表面进行高效还原，又可提高羟基自由基的氧化效率，而且感应电Fenton中引入低压紫外光，可以促进Fe3+的还原与H2O2的分解，紫外光照到镀有光催化剂二氧化钛的阳极板322表面，产生空穴和电子，提高了量子效率，从而可以提高高难废水处理效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，包括储液槽(1)、进水蠕动泵(2)与废水处理反应器(3)，所述进水蠕动泵(2)的进水口与所述储液槽(1)的出水口连接，所述进水蠕动泵(2)的出水口与所述废水处理反应器(3)的进水口连接；
所述废水处理反应器(3)还包括一级过滤区(31)、至少一个光电-Fenton组合区、二级过滤区(33)及紫外光系统区(34)，其中一级过滤区(31)内放置吸附材料，光电-Fenton组合区内设有阴极板(321)、阳极板(322)及感应电极(323)，二级过滤区(33)设有膜组件(331)，紫外光系统区(34)设有紫外灯管组(341)，且光电-Fenton组合区与二级过滤区(33)均设有用于提供氧气的曝气装置(35)；
所述一级过滤区(31)、光电-Fenton组合区、二级过滤区(33)沿液体流通路径依次连接，所述光电-Fenton组合区环绕所述紫外光系统区(34)设置。
2.根据权利要求1所述组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，所述光电-Fenton组合区的阴极板(321)为活性炭纤维板；阳极板(322)为以镍网、铁网、铝网、铜网中任意一种为基体，且表面镀有光催化剂二氧化钛的极板；所述感应电极(323)为铁棒或铁板。
3.根据权利要求1所述组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，所述光电-Fenton组合区的阴极板(321)、阳极板(322)交替平行排列，所述各极板的排列方向与紫外光系统区(34)的光路发散方向之间形成一倾斜夹角，且所述各极板与组合区内壁之间设有一液体流通通道(324)，所述液体流通通道(324)交错设置，形成反复迂回的液体流通路径。
4.一种组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，包括储液槽(1)、进水蠕动泵(2)与废水处理反应器(3)，所述进水蠕动泵(2)的进水口与所述储液槽(1)的出水口连接，所述进水蠕动泵(2)的出水口与所述废水处理反应器(3)的进水口连接；
所述废水处理反应器(3)还包括一级过滤区(31)、一级光电-Fenton组合区(32)、二级过滤区(33)及紫外光系统区(34)，其中一级过滤区(31)内放置吸附材料，一级光电-Fenton组合区(32)内设有阴极板(321)、阳极板(322)及感应电极(323)，二级过滤区(33)设有膜组件(331)，紫外光系统区(34)设有紫外灯管组(341)，且一级光电-Fenton组合区(32)与二级过滤区(33)均设有用于提供氧气的曝气装置(35)；
所述一级过滤区(31)、一级光电-Fenton组合区(32)、二级过滤区(33)沿液体流通路径依次连接，所述一级光电-Fenton组合区(32)设置在所述紫外光系统区(34)的光路发散区域。
5.一种组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，包括储液槽(1)、进水蠕动泵(2)与废水处理反应器(3)，所述进水蠕动泵(2)的进水口与所述储液槽(1)的出水口连接，所述进水蠕动泵(2)的出水口与所述废水处理反应器(3)的进水口连接；
所述废水处理反应器(3)还包括一级过滤区(31)、一级光电-Fenton组合区(32)、二级过滤区(33)、二级光电-Fenton组合区(36)、三级过滤区(37)及紫外光系统区(34)，其中一、二级过滤区(33)均放置吸附材料，一、二级光电-Fenton组合区(36)内设有阴极板(321)、阳极板(322)及感应电极(323)，三级过滤区(37)设有膜组件(331)，紫外光系统区(34)设有紫外灯管组(341)，且一、二级光电-Fenton组合区(36)与三级过滤区(37)均设有管式曝气装置(35)；
所述一级过滤区(31)、一级光电-Fenton组合区(32)、二级过滤区(33)、二级光电-Fenton组合区(36)、三级过滤区(37)沿液体流通路径依次连接，所述紫外光系统区(34)通过透光密封部件(342)设置在所述一级光电-Fenton组合区(32)与二级光电-Fenton组合区(36)之间。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，所述一、二级过滤区(31、33)的吸附材料为多孔陶瓷、卵石滤料、活性炭颗粒中任意一种或多种的组合。
7.根据权利要求5中任意一项所述组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，所述三级过滤区(37)中膜组件(331)为中控纤维或平板膜。
8.根据权利要求7中任意一项所述组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，所述膜组件(331)中膜元件为微滤、超滤或纳滤膜中任意一种。
9.根据权利要求4至5中任意一项所述组合式高效高难废水处理装置，其特征在于，所述一级过滤区(31)与一级光电-Fenton组合区(32)之间通过一底部隔网形成液体流通通道(324)。
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| CN107265557A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-20 | 天津大学 | 基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统 |
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| CN105330072A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-02-17 | 长江大学 | 组合式高效高难废水处理装置 |
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| CN107265557A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-20 | 天津大学 | 基于光催化及电解技术的串并联结合含油污水净化系统 |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20160525 Effective date of abandoning: 20180921 |