CN220703385U - 一种多效光电芬顿反应设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多效光电芬顿反应设备，包括电芬顿反应装置、光芬顿反应装置和臭氧发生装置；电芬顿反应装置包括电解池，电解池上设有进水口和出水口，电解池内设有正电极板和负电极板，负电极板为铁电极板，正电极板为多孔碳极板，正电极板和负电极板上下间隔交替设置；光芬顿反应装置设置于电解池内，光芬顿反应装置为UV紫外灯柱，UV紫外灯柱包括UV紫外灯以及设置于UV紫外灯外部的透明保护壳；臭氧发生装置包括臭氧发生器和臭氧发生器接触装置；臭氧发生器位于电解池外，臭氧发生器通过臭氧发生器接触装置与多孔碳极板连接；本实用新型将电芬顿氧化技术、光芬顿氧化技术、臭氧技术，三者有机结合起来，大大提高了反应效率。
Description
技术领域
本实用新型属于污水处理技术领域，涉及一种多效光电芬顿反应设备。
背景技术
电芬顿氧化技术、光芬顿氧化技术、臭氧技术均属于高级氧化技术，可降解废水中的COD。
电芬顿氧化技术作为污水处理的高级氧化技术，利用活性羟基自由基进攻大分子有机物并与之反应，从而破坏有机物分子结构，使难降解有机物转化为CO2、H2O和有机小分子等，达到氧化去除有毒有害污染物的目的，实现对污染物的高效氧化处理。电芬顿系统对污染物的降解去除作用机理基于羟基自由基的强氧化作用，由于电芬顿的形式不一，其次产生羟基的方式也不一样，但在对污染物的降解中，主要是两极作用产生的羟基自由基的强氧化作用氧化分解污染物，同时达到消除污染的目的。
紫外光/芬顿(UV/Fenton)技术是近年来在环保领域发展起来的一项高级氧化工艺，该技术通过产生强氧化件的羟基自由基氧化降解污染物，由于紫外光(UV)的引入，使双氧水分解的活化能大大降低，极大提高芬顿试剂的氧化效果。
臭氧作氧化剂对废水进行净化和消毒处理的方法。臭氧具有很强的氧化能力，因此在环境保护和化工等方面被广泛应用。
但是处理污水中，单一的氧化处理技术，处理效率慢，因此如何将多种氧化技术复合，从而提高处理效率，具有十分重要的意义。
文献1(UV/O3高级氧化法对水中布洛芬降解效果及其动力学[J].工业水处理,2020,40(9):4.DOI:CNKI:SUN:GYSC.0.2020-09-008.)记载在外加UV紫外线条件下，可以促进臭氧产生OH·的效率；文献2(光电芬顿氧化法深度处理垃圾渗滤液研究[J].环境工程学报,2009,3(1):11-16.DOI:http://159.226.240.226/handle/311016/5024.)外加UV紫外线条件下，可以促进电芬顿对于COD、TOC、色度等的去除效率；文献3记载(电场强化的臭氧水处理装置:CN02251073.7[P].CN2589468[2023-08-28].)电场的作用也可加速臭氧在水中产生OH·的速率。
然而上述文献都没有将电芬顿氧化、光芬顿技术与臭氧技术三者有效结合起来，废水处理效率仍有待进一步提升。因此，如何设计一种多效光电芬顿反应设备，让三种氧化处理技术有机的结合，从而更大程度提高废水处理效率，具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种多效光电芬顿反应设备。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种多效光电芬顿反应设备，包括电芬顿反应装置、光芬顿反应装置和臭氧发生装置；
电芬顿反应装置包括电解池，电解池上设有进水口和出水口，电解池内设有正电极板和负电极板，负电极板为铁电极板，正电极板为多孔碳极板，正电极板和负电极板上下间隔交替设置；
光芬顿反应装置设置于电解池内，光芬顿反应装置为UV紫外灯柱，UV紫外灯柱包括UV紫外灯以及设置于UV紫外灯外部的透明保护壳；
臭氧发生装置包括臭氧发生器和臭氧发生器接触装置；
臭氧发生器位于电解池外，臭氧发生器通过臭氧发生器接触装置与多孔碳极板连接，用于将产生的臭氧通过臭氧发生器接触装置输送到多孔碳极板上，从而导入到电解池内；
本实用新型的多孔碳电极板制备方法参照文献2(燃料电池电极用多孔碳板[J].东北大学学报：自然科学版,2000:207-209.)：将碳纤维粉、精制脱脂棉(预先剪碎，过45目标准筛)、酚醛树脂以及甲醇按59:8:18:15的质量比混合均匀，在80℃干燥2h后，进行粉碎过筛(35目标准筛)，把粉料装入模具(100mm×100mm×5mm)，在170℃、9MPa条件下热压5min，制得多孔板前体，然后在氩气气氛下，在1350℃下保持1.5h，烧制成多孔碳极板，最后再浸入35％PTFE(PTFE为聚四氟乙烯，35％为体积分数，溶剂为水)中30min，晾干后在340℃下加热20min，最终得到具有疏水性能的多孔碳电极板。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，电解池为圆柱形凹槽结构，电解池的内壁上设有多个水平放置的圆环形多孔碳极板，圆环形多孔碳极板外边与电解池的内壁固定连接；圆环形多孔碳极板的内边位于电解池内；
UV紫外灯柱上套有多个水平放置的圆环形铁电极板；
圆环形多孔碳极板和圆环形铁电极板间隔交替设置；
所有的圆环形铁电极板等间距排列，所有的圆环形多孔碳极板等间距排列。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，UV紫外灯柱还包括电机；所述透明保护壳为圆筒形，与UV紫外灯旋转连接；电机设置于电解池底部，电机的可旋转的一端与透明保护壳的底部固定连接；
具体地，电机旋转，带动透明保护壳旋转，从而使得圆环形多孔铁极板旋转，进而对电解池内的水进行搅拌。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，UV紫外灯柱的数量为3个，在电解池内呈现“品”字形分布(即分别位于等边3角形的三个顶点)；沿着水平方向，不同UV紫外灯柱的圆环形铁电极板的外接圆不接触。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，多效光电芬顿反应设备还包括电源、PLC中控端、臭氧发生器的控制装置和UV光强控制装置，电源包括正电极和负电极；电解池内安装有COD在线监测装置，出水口上安装有电磁控制阀；COD在线监测装置与PLC中控端连接，PLC中控端与电磁控制阀连接，PLC中控端用于接收COD在线监测装置发送的信息并控制电磁控制阀启闭；臭氧发生器的控制装置和UV光强控制装置分别与臭氧发生器和UV紫外灯柱连接。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，圆环形铁电极板通过铁极板控制装置与UV紫外灯柱连接；铁极板控制装置为上下移动装置，用于带动圆环形铁电极板上下移动。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，所有圆环形多孔碳极板与正电极连接；每个UV紫外灯柱上，相邻圆环形铁电极板之间安装有一个用于实时检测二者间距的电阻式位置传感器，所有的电阻式位置传感器串联后与负电极连接，所有的电阻式位置传感器都同时与一个信号接收与传导装置连接；所有UV紫外灯柱上的信号接收与传导装置同时与PLC中控端连接；
上下移动装置均与PLC中控端连接；
所述PLC中控端还用于接收信号接收与传导装置发送的信息，并与COD在线监测装置发送的信息一起进行分析，判断抑制COD去除率降低所需的上下移动装置移动方向和移动距离，并控制上下移动装置按所述移动方向和移动距离进行运动；根据COD削减率公式ΔCODt＝(COD0-CODt)/COD0进行判断，其中，ΔCODt代表反应t时刻的COD去除率，COD0代表反应开始时的COD值，CODt代表反应t时刻的COD值。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，多效光电芬顿反应设备还包括示数显示器和极板间距控制装置；示数显示器与COD在线监测装置连接，用于实时显示COD在线监测装置发送的信息；极板间距控制装置与上下移动装置连接，用于控制上下移动装置的移动方向和移动距离。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，电解池内安装有pH在线监测装置和pH加药装置，电解池外设有转速控制装置和pH加药控制装置；pH加药控制装置、pH在线监测装置与PLC中控端连接；pH加药控制装置与pH加药装置连接；转速控制装置与电机连接；
具体地：芬顿反应受pH影响，当pH在线监测装置检测到水质的pH不符合要求的时候，pH在线监测装置发送信息给PLC中控端，PLC中控端发送信息给pH加药控制装置，pH加药控制装置控制pH加药装置添加药剂，从而调节pH值。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，还包括备用的H2O2加药装置和H2O2加药控制装置，用于无臭氧时的引发以及装置内反应中后期水体中可能的OH·的不足；H2O2加药装置在电解池内，H2O2加药控制装置在电解池外；H2O2加药控制装置与H2O2加药装置连接，本实用新型中，只有当臭氧发生装置维修时，才会使用H2O2加药装置和H2O2加药控制装置。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，电解池上还设有污泥外排口。
如上所述的一种多效光电芬顿反应设备，铁电极板为多孔铁电极板；
本装置的多孔铁电极板的制备方法参照文献(直接冷压法制备多孔电极极板材料研究[J].昆明理工大学学报(理工版),2002:26-28.)，具体为：将粒度为0.15mm的NaCl与Fe粉以及10％HCl和少量乙醇按75:16.8:8:0.2的质量比均匀混合后，在360MPa的压力下压制成5mm厚度的薄板，然后放入热水中进行超声波浸沥，以加速薄板中的NaCl的溶解，最终得到本实用新型装置所用的多孔铁电极板。
有益效果：
(1)本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备，将电芬顿氧化技术、光芬顿氧化技术、臭氧技术，三者有机的结合起来，提高了反应效率；
(2)本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备中，UV紫外灯柱还包括电机，可以让外壳时刻旋转，从而不断地搅拌污水，使得水中的OH·分布更加均匀，处理效果更好。
(3)本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备的使用过程中，由于装置特点，其会自发产生OH·/Fe2+，以满足芬顿类反应的进程，从而不需外加芬顿试剂。
附图说明
图1为本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备的主视图；
图2为本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备的电解池的主视图；
图3为本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备的电解池的俯视图；
图4为本实用新型的一种多效光电芬顿反应设备的电芬顿极板控制装置原理图；
其中，1-PLC中控端，2-铁极板控制装置，3-转速控制装置，4-UV光强控制装置，5-电机，6-臭氧发生器的控制装置，7-臭氧发生器，8-臭氧发生器接触装置，9-进水口，10-多孔碳极板，11-铁电极板，12-UV紫外灯柱，13-COD在线监测装置，14-pH在线监测装置，15-H2O2加药装置，16-pH加药装置，17-出水口，18-污泥外排口，19-电阻式位置传感器，20-信号接收与传导装置。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种多效光电芬顿反应设备，如图1所示，包括电芬顿反应装置、光芬顿反应装置、电源、PLC中控端1、UV光强控制装置4、示数显示器、极板间距控制装置、臭氧发生装置和臭氧发生器的控制装置6；
如图2～3所示，电芬顿反应装置包括电解池，电解池为圆柱形凹槽结构，电解池的内壁上设有多个水平放置的圆环形多孔碳极板(即正电极板)，圆环形多孔碳极板外边与电解池的内壁固定连接；圆环形多孔碳极板的内边位于电解池内；
光芬顿反应装置为UV紫外灯柱12，数量为3个，在电解池内呈现“品”字形分布；UV紫外灯柱12包括UV紫外灯、电机5以及设置于UV紫外灯外部的透明保护壳；透明保护壳为圆筒形，与UV紫外灯旋转连接；电机5设置于电解池底部，电机5的可旋转的一端与透明保护壳的底部固定连接；UV光强控制装置4与UV紫外灯柱12连接；
UV紫外灯柱12上套有多个水平放置的圆环形多孔铁电极板11(即负电极板)；圆环形多孔铁电极板11通过铁极板控制装置2与UV紫外灯柱12连接；铁极板控制装置2为上下移动装置，用于带动圆环形多孔铁电极板11上下移动；圆环形多孔碳极板和圆环形多孔铁电极板11上下间隔交替设置；所有的圆环形多孔碳极板等间距排列，同一UV紫外灯柱12上，所有的圆环形多孔铁电极板11等间距排列；沿着水平方向，不同UV紫外灯柱12的圆环形多孔铁电极板11的外接圆不接触；
电源包括正电极和负电极；所有圆环形多孔碳极板与正电极连接；如图4所示，每个UV紫外灯柱12上，相邻圆环形多孔铁电极板11之间安装有一个用于实时检测二者间距的电阻式位置传感器19，所有的电阻式位置传感器19串联后与负电极连接，所有的电阻式位置传感器19都同时与一个信号接收与传导装置20连接；所有UV紫外灯柱12上的信号接收与传导装置20同时与PLC中控端1连接；
上下移动装置均与PLC中控端1连接；极板间距控制装置与上下移动装置连接，用于控制上下移动装置的移动方向和移动距离；
电解池上设有进水口9、出水口17和污泥外排口18，电解池内安装有COD在线监测装置13、pH在线监测装置14、pH加药装置16和H2O2加药装置15，电解池外设有转速控制装置3、pH加药控制装置和H2O2加药控制装置；COD在线监测装置13、pH加药控制装置、pH在线监测装置14与PLC中控端1连接；转速控制装置3和电机5连接；pH加药控制装置与pH加药装置16连接；H2O2加药控制装置与H2O2加药装置15连接；
出水口17上安装有电磁控制阀；PLC中控端1与电磁控制阀连接，PLC中控端1用于接收COD在线监测装置13发送的信息并控制电磁控制阀启闭；
示数显示器与COD在线监测装置13连接，用于实时显示COD在线监测装置13发送的信息；
臭氧发生装置包括臭氧发生器7和臭氧发生器接触装置8；
臭氧发生器7位于电解池外，臭氧发生器7通过臭氧发生器接触装置8与多孔碳极板10连接；臭氧发生器的控制装置6与臭氧发生器7连接。
具体使用过程：打开电源，电机5旋转，带动透明保护壳旋转，从而使得圆环形多孔铁极板旋转，进而对电解池内的水进行搅拌；反应伊始，由于设备在无外加芬顿试剂(H2O2/FeSO4)的条件下，此时泵入臭氧，反应釜内主要进行与臭氧相关的高级氧化反应；在通电的情况下，由于电化学反应以及圆环形多孔铁电极板11的存在，Fe2+会不断在铁极板上生成，此时的反应将由单纯的臭氧氧化过渡到臭氧加光电芬顿的模式；当pH在线监测装置14检测到水质的pH不符合要求的时候，pH在线监测装置14发送信息给PLC中控端1，PLC中控端1发送信息给pH加药控制装置，pH加药控制装置控制pH加药装置16添加药剂，从而调节pH值；PLC中控端1用于接收信号接收与传导装置20发送的信息，并与COD在线监测装置13发送的信息一起进行分析，判断抑制COD去除率降低所需的上下移动装置移动方向和移动距离，并通过极板间距控制装置控制上下移动装置按所述移动方向和移动距离进行运动；臭氧发生器7用于将产生的臭氧通过臭氧发生器接触装置输送到多孔碳极板上，从而导入到电解池内；随着臭氧/UV/电场间的相互作用，极大地提高对水中各类污染因子的降解，提高B/C比(即BOD/COD比，是衡量水体生化活性的一个主要参数)，为后续的水处理或达标排放创造了条件。
Claims (10)
1.一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，包括电芬顿反应装置、光芬顿反应装置和臭氧发生装置；
电芬顿反应装置包括电解池，电解池上设有进水口(9)和出水口(17)，电解池内设有正电极板和负电极板，负电极板为铁电极板(11)，正电极板为多孔碳极板(10)，正电极板和负电极板上下间隔交替设置；
光芬顿反应装置设置于电解池内，光芬顿反应装置为UV紫外灯柱(12)，UV紫外灯柱(12)包括UV紫外灯以及设置于UV紫外灯外部的透明保护壳；
臭氧发生装置包括臭氧发生器(7)和臭氧发生器接触装置(8)；
臭氧发生器(7)位于电解池外，臭氧发生器(7)通过臭氧发生器接触装置(8)与多孔碳极板(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，电解池为圆柱形凹槽结构，电解池的内壁上设有多个水平放置的圆环形多孔碳极板，圆环形多孔碳极板外边与电解池的内壁固定连接；圆环形多孔碳极板的内边位于电解池内；
UV紫外灯柱(12)上套有多个水平放置的圆环形铁电极板；
圆环形多孔碳极板和圆环形铁电极板间隔交替设置；
所有的圆环形铁电极板等间距排列，所有的圆环形多孔碳极板等间距排列。
3.根据权利要求2所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，UV紫外灯柱(12)还包括电机(5)；所述透明保护壳为圆筒形，与UV紫外灯旋转连接；电机(5)设置于电解池底部，电机(5)的可旋转的一端与透明保护壳的底部固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，UV紫外灯柱(12)的数量为3个，在电解池内呈现“品”字形分布；沿着水平方向，不同UV紫外灯柱(12)的圆环形铁电极板的外接圆不接触。
5.根据权利要求4所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，多效光电芬顿反应设备还包括电源、PLC中控端(1)、臭氧发生器的控制装置(6)和UV光强控制装置(4)，电源包括正电极和负电极；电解池内安装有COD在线监测装置(13)，出水口(17)上安装有电磁控制阀；COD在线监测装置(13)与PLC中控端连接，PLC中控端与电磁控制阀连接，PLC中控端用于接收COD在线监测装置(13)发送的信息并控制电磁控制阀启闭；臭氧发生器的控制装置(6)和UV光强控制装置(4)分别与臭氧发生器和UV紫外灯柱(12)连接。
6.根据权利要求5所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，圆环形铁电极板通过铁极板控制装置(2)与UV紫外灯柱(12)连接；铁极板控制装置(2)为上下移动装置，用于带动圆环形铁电极板上下移动。
7.根据权利要求6所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，所有圆环形多孔碳极板与正电极连接；每个UV紫外灯柱(12)上，相邻圆环形铁电极板之间安装有一个用于实时检测二者间距的电阻式位置传感器(19)，所有的电阻式位置传感器(19)串联后与负电极连接，所有的电阻式位置传感器(19)都同时与一个信号接收与传导装置(20)连接；所有UV紫外灯柱(12)上的信号接收与传导装置(20)同时与PLC中控端(1)连接；
上下移动装置均与PLC中控端(1)连接。
8.根据权利要求7所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，多效光电芬顿反应设备还包括示数显示器和极板间距控制装置；示数显示器与COD在线监测装置(13)连接，用于实时显示COD在线监测装置(13)发送的信息；极板间距控制装置与上下移动装置连接，用于控制上下移动装置的移动方向和移动距离。
9.根据权利要求8所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，电解池内安装有pH在线监测装置(14)和pH加药装置(16)，电解池外设有转速控制装置(3)和pH加药控制装置；pH加药控制装置、pH在线监测装置(14)与PLC中控端(1)连接；pH加药控制装置与pH加药装置(16)连接；转速控制装置(3)与电机(5)连接。
10.根据权利要求9所述的一种多效光电芬顿反应设备，其特征在于，多效光电芬顿反应设备还包括H2O2加药装置(15)和H2O2加药控制装置；H2O2加药装置在电解池内，H2O2加药控制装置在电解池外；H2O2加药控制装置与H2O2加药装置(15)连接。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202322397665.8U CN220703385U (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 一种多效光电芬顿反应设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN220703385U true CN220703385U (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=90441101
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220703385U (zh) |
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2023
- 2023-09-05 CN CN202322397665.8U patent/CN220703385U/zh active Active
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