CN220845800U - 一种o3-eprb装置 - Google Patents
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- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
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Abstract
本实用新型公开了一种O3‑EPRB装置，包括格栅层、阳极板、阴极板、PRB填料层、臭氧发生器和光伏太阳能电池板，其特征在于，所述PRB填料层两侧分别连接有阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板外侧分别连接有格栅层；所述阳极板的一侧通过管道连接有臭氧发生器，所述阳极板另一侧并处于PRB填料层的下端设置有臭氧曝气孔；所述阴极板外侧设置有尾气收集装置。本实用新型采用O3发生器，可以快速降低污染水体的COD，增加溶解氧，形成具有高氧化性的羟基自由基分解难降解的溶解态有机物，O3氧化给电解过程中提供曝气，PRB填料电化学过程中对O3氧化进行催化作用，三者共同作用，实现污水处理效率的同时，提高填料的再生作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水处理技术领域，具体涉及一种O3-EPRB装置。
背景技术
生活污水、工业废水、医疗废水和水产养殖废水等不完全处理的排放导致河道N、P污染严重，水环境的恶化同样威胁人体健康，废水中有机物含量高，可生化性差，主要污染物为有机物和氮磷等营养盐，对生态环境有较大的危害。为了改善生态环境及水体安全，研究人员采取各类生态化措施削减氮磷和有机物污染，目前大多采用可渗透反应墙(即PRB)和电化学氧化技术。
可渗透反应墙一般安装在地下含水层，垂直于地下水流方向，随着地下水流经此反应墙，利用反应介质通过物理、化学及生物降解等作用使污染体中的污染组分转化为环境可以接受的形式，从而达到地下水污染治理的目的。由于各种污染物自身的比重不同，特别是在流速均匀的流道中，各种污染物容易产生沉降过程，导致各种不同的污染物在水流中处于不同高度位置，在处理时流经多层渗透反应层，使得对单一的渗透反应层而言，某一区域的填料总是优先进行反应，使得该区域填料很快失效，在后续的时间内污染物虽然会因为扩散而得到部分处理，但相对初始状态，处理率有较大的下降，使得对污染物的处理失效，导致大量填料无法接触到污染物被浪费，并且由于装置位于地下，单一区域的填料失效难以对该区域的填料进行更换，使得填料得不到及时修复，不利于长期污染物的处理。
电化学氧化技术主要是利用氧化还原反应使污染物产生氧化去除，臭氧氧化技术主要是利用氧气或空气放电产生臭氧，再利用臭氧氧化有机物。而目前由于臭氧发生器制备臭氧的效率有限，产生的臭氧和氧气混合气体中，氧气含量占比高达90％以上，而氧气对废水中有机物的去除作用较小，从而造成了氧气的浪费。
因此，传统的PRB技术使用周期短且效果不显著，对PRB填料得不到及时更换或更换较频繁影响河流底泥分布，电化学电解技术处理效率低且氧气利用率低，亟需一种处理污水效率高、并且能够持续使用的污水处理装置。
实用新型内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种O3-EPRB装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种O3-EPRB装置，包括格栅层、阳极板、阴极板、PRB填料层、臭氧发生器和光伏太阳能电池板，所述PRB填料层两侧分别连接有阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板外侧分别连接有格栅层；所述阳极板的一侧通过管道连接有臭氧发生器，所述阳极板另一侧并处于PRB填料层的下端设置有臭氧曝气孔，所述阴极板另一侧设置有尾气收集装置；所述PRB填料层上端并处于阳极板和阴极板之间设置有两个支撑柱，两个所述支撑柱顶部设置有光伏太阳能电池板，所述光伏太阳能电池板下端并处于支撑柱之间设置有蓄电池，所述蓄电池和所述阳极板、所述阴极板电性连接。
O3-EPRB装置即臭氧耦合电化学反应墙装置，采用臭氧耦合电化学氧化技术，再结合可渗透反应墙而成。
所述阳极板、所述阴极板与反应装置上方的蓄电池相连接，该蓄电池用于电池板的储电和电极板的供电。在PRB填料层的下端设置有臭氧曝气孔，O3可以快速降低污染水体的COD，增加溶解氧，通入的O3可直接与污染水体的有机物直接反应，也可溶于水后形成具有高氧化性的羟基自由基分解难降解的溶解态有机物为小分子有机物，改善水体环境，研究发现O3可去除水体中99.9％的细菌。
优选地，PRB填料层由沸石、铁和生物炭组成，所述沸石、铁和生物炭的质量比为1～2:4～7:3～5。所述的铁为零价铁粉，零价铁发生氧化还原反应同时降低氧化还原电位为厌氧微生物提供生存环境，同时零价铁内部会形成多个微观原电池促进对水体中有机污染物的降解，沸石对氨氮有很好的吸附性能可达到90.1％的吸附效果，零价铁粉、生物炭和沸石配比为4～7:3～5:1～2,填充量占反应装置的30％-60％，放置于阴极板和阴极板之间。
优选地，所述阳极板和所述阴极板为可拆卸式电极板；所述电极板为网状结构、矩阵式管状结构、板式结构或柱状结构的任一种。通过将电极板设置为网状结构或矩阵式管状电极，增加水体与电极板的接触面积，降低水体流动阻力，提高处理效率，并且在装置通电后，电极之间会产生电场，PRB填料中的生物炭颗粒作为第三电极在电场的作用下，成为具有复极性的粒子电极，电解效应增强。生物炭为农业废弃生物质，两端电荷的聚拢，溶液中的带电离子在库仑力的作用下向粒子电极的相反电荷方向移动，产生电吸附。协同O3的高级氧化作用有效促进有机物的降解，提高污水中有机物的去除效率。管状电机呈现简单的圆柱体结构中心是一根柱状阴极，外围由具有一定透水性的填料包裹，最外围是有透水孔的阳极。
优选地，所述臭氧发生器和阳极板连接的管道上设置有气体流量计。
优选地，所述阳极板外侧的格栅层设置有进水口，所述阴极板的格栅层设置有出水口。
优选地，所述出水口和所述尾气收集装置连接。
优选地，所述格栅层设有多个过水孔，阴极板和阳极板两侧的格栅层均设置有多个过水孔，如此可截留废水排水中的大粒径的悬浮颗粒物，对水体进行简单预处理。
优选地，所述光伏太阳能电池板和蓄电池电性连接。
本实用新型的技术效果和优点：
1、本实用新型采用光伏太阳能电池板作为电源供电降低能耗、节能减排，使装置无需额外动力，降低对场地要求，实现连续性进水，提高处理效率。
2、本实用新型采用光伏太阳能电池保证了电源能够持续供电，无需额外连通电源，降低电源的要求，并且由于PRB填料中含有生物炭层，与阴阳极形成三维电极，形成立体电场，提高污水的处理效率，并且促进填料再生，延长填料的使用时间，实现可持续使用。
3、本实用新型采用O3发生器，可以快速降低污染水体的COD，增加溶解氧，形成具有高氧化性的羟基自由基分解难降解的溶解态有机物，O3氧化给电解过程中提供曝气，PRB填料电化学过程中对O3氧化进行催化作用，三者共同作用，实现污水处理效率的同时，提高填料的再生作用。
4.本实用新型在电极板外层安装格栅层，可降低废水排水中大粒径的悬浮颗粒物，减少颗粒物对设备的破坏，电极板为网状结构、矩阵式管状结构、板式结构或柱状结构，增加污水水体与电极板的接触面积，增加反应面积，降低电极板对水流的阻力，提高了污染物的处理效果。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图。
图2为本实用新型矩阵式管状电极板平面分布图。
图3为本实用新型管状电极板剖面图。
附图标记为：1、格栅层；21、阳极板；22、阴极板；3、PRB填料层；41、臭氧曝气孔；42、臭氧发生器；43、气体流量计；44、尾气收集装置；51、光伏太阳能电池板；52、蓄电池；53、支撑柱。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在实施例中，如附图1-3所示的一种O3-EPRB装置，包括格栅层1、阳极板21、阴极板22、PRB填料层3、臭氧发生器42和光伏太阳能电池板51，PRB填料层3两侧分别连接有阳极板21和阴极板22，阳极板21和阴极板22外侧分别连接有格栅层1，通过设置格栅层1减少废水中大颗粒物质对电极板的冲击；阳极板21的一侧通过管道连接有臭氧发生器42，臭氧发生器42和阳极板21连接的管道上设置有气体流量计43，气体流量计43便于控制臭氧发生器通过管道的臭氧流量，进而控制反应速率；阳极板21另一侧并处于PRB填料层3的下端设置有臭氧曝气孔41，阴极板22另一侧设置有尾气收集装置44；PRB填料层3上端并处于阳极板21和阴极板22之间设置有两个支撑柱53，两个支撑柱53顶部设置有光伏太阳能电池板51，光伏太阳能电池板51下端并处于支撑柱53之间设置有蓄电池52，蓄电池53和阳极板21、阴极板22电性连接。PRB填料层3内部设置有生物炭层，PRB填料层3由零价铁粉、生物炭和沸石组成，零价铁发生氧化还原反应同时降低氧化还原电位为厌氧微生物提供生存环境，同时零价铁内部会形成多个微观原电池促进对水体中有机污染物的降解，沸石对氨氮有很好的吸附性能可达到90.1％的吸附效果，对硝酸盐、总氮、总磷的去除率均在85％以上。零价铁粉、生物炭和沸石配比为4～7:3～5:1～2,填充量占反应装置的30％-60％，放置于阴阳极电极板之间，生物炭层内的生物炭颗粒作为第三电极在电场的作用下成为具有复极性的粒子电极，显著增强电解效果。
PRB填料层3中的生物炭为农业废弃生物质，两端电荷的聚拢，溶液中的带电离子在库仑力的作用下向粒子电极的相反电荷方向移动，产生电吸附。协同O3的高级氧化作用有效促进有机物的降解，提高污水中有机物的去除效率。
根据上述结构在使用时，阳极板21和阴极板22为可拆卸式电极板；所述电极板为网状结构、矩阵式管状结构、板式结构、管状结构或柱状结构的任一种。由于场地实际情况，采用管状结构电极时，管状电极呈现简单的圆柱体结构中心是一根柱状阴极，外围由有一定透水性的填料包裹，最外围是有透水孔的阳极。阳极板21外侧的格栅层1设置有进水口，阴极板22的格栅层1设置有出水口，格栅层1设有多个过水孔，利用格栅层将颗粒物质截留后，水能通过格栅层1进入下一步反应，阴极板22的格栅层1出水口和尾气收集装置44连接，便于将反应墙装置中未反应的臭氧收集，经过循环回收到臭氧发生器42中反应，光伏太阳能电池板51和蓄电池52电性连接，阳极板21和阴极板22的间距占O3-EPRB装置的23-30％。阳极板21和阴极板22之间的电压为30-36V。
本实用新型反应墙装置处理污水原理是：污染水体进出，首先经过装置格栅层1截留悬浮颗粒，减少悬浮颗粒对阳极板21的干扰，再通过阳极板21后到达PRB填料层3和臭氧曝气孔41，控制臭氧发生器42通过管道将臭氧通过臭氧曝气孔41释放处理，污染物与PRB填料层3发生氧化还原、吸附、离子交换等反应，并与部分臭氧直接反应有机物被降解溶解氧增加，待O3溶解于水体形成强氧化剂羟基自由基降解更多的溶解态有机物，降低COD和氮磷，阳极板21和阴极板22接通光伏太阳能电池板51，协同PRB填料层3内的生物炭层内的生物炭颗粒形成三维电场发生反应，电荷移动污染物富集发生电解反应，有机物被分解氮磷被氧化释放，O3可以快速降低污染水体的COD，分解难降解的大分子有机物，O3氧化给电解过程中提供曝气，在电解条件下发生器0.18g/(L·h)处理COD为30000mg/L水产养殖废水4h后，去除率为59％，优于传统的化学氧化工艺。当PRB填料层3吸附饱和后，阳极板21和阴极板22接通光伏太阳能电池板51的作用下水分子分解成H+、OH-将饱和填料再生，填料恢复一定的吸附性能延长使用周期，并且光伏太阳能电池板51和蓄电池52连接，将光伏太阳能电池板51的电能贮蓄在蓄电池52内，在无太阳时，也可以使用，促进装置的使用范围。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，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 (7)
1.一种O3-EPRB装置，包括格栅层、阳极板、阴极板、PRB填料层、臭氧发生器和光伏太阳能电池板，其特征在于，所述PRB填料层两侧分别连接有阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板外侧分别连接有格栅层；所述阳极板的一侧通过管道连接有臭氧发生器，所述阳极板另一侧并处于PRB填料层的下端设置有臭氧曝气孔；所述阴极板外侧设置有尾气收集装置，所述PRB填料层上端并处于阳极板和阴极板之间设置有两个支撑柱，两个所述支撑柱顶部设置有光伏太阳能电池板，所述光伏太阳能电池板下端并处于支撑柱之间设置有蓄电池，所述蓄电池和所述阳极板、所述阴极板电性连接。
2.根据权利要求1所述一种O3-EPRB装置，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板为可拆卸式电极板；所述电极板为网状结构、矩阵式管状结构、板式结构或柱状结构的任一种。
3.根据权利要求1所述一种O3-EPRB装置，其特征在于，所述臭氧发生器和阳极板连接的管道上设置有气体流量计。
4.根据权利要求1所述一种O3-EPRB装置，其特征在于，所述阳极板外侧的格栅层设置有进水口，所述阴极板的格栅层设置有出水口。
5.根据权利要求4所述一种O3-EPRB装置，其特征在于，所述出水口和所述尾气收集装置连接。
6.根据权利要求1所述一种O3-EPRB装置，其特征在于，所述格栅层设有多个过水孔。
7.根据权利要求1所述一种O3-EPRB装置，其特征在于，所述光伏太阳能电池板和蓄电池电性连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |