一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统和处理水的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统和处理水的方法；所述水处理系统包括储液槽、降解槽；储液槽的出水口设置颗粒过滤板，并通过循环管道连接至降解槽，所述降解槽包括电化学降解模块，超声波发生模块，光催化降解模块，气体控制模块；其中电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元包括阳极和阴极，所述阳极为圆筒状或圆柱状，所述超声发生模块包含内置于阳极空心处的超声发射头，所述光催化降解模块包括分散于阳极和阴极之间的光催化剂；所述气体控制模块包含气体注入单元用于向降解槽注入臭氧。本发明专利技术中，通过电化学催化作用、光催化作用、臭氧、超声四者协同实现对水的高效降解。

【技术实现步骤摘要】
一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统和处理水的方法
本专利技术涉及一种超声臭氧耦合电催化水处理系统和处理水的方法，属于环保水处理

技术介绍
重金属污染无具有高毒性及不可被降解等特点，工业生产中产生的含重金属有机水对人类生存环境造成极大的威胁。传统处理重金属污水，先离线储存水，再分步处理，使得在重金属水处理上耗费很大的成本，处理周期长，往往效果也不尽理想。目前，采用电催化处理含重金属离子有机水的系统较少。中国专利技术专利CN201620358044.6公布了一种重金属水电沉积循环处理系统。该专利技术的水处理系统包括过滤装置、液体PH调配仓、电沉积槽和液体缓存仓。过滤装置底部通过管道连通所述液体PH调配仓的进水端，液体PH调配仓的出水端通过管道连通电沉积内部，电沉积槽上设有连通内部的导液口，导液口通过管道连通液体缓存仓，液体缓存仓设有重金属浓度检测仪与循环出水口，循环出水口通过管道连通液体PH调配仓内部。该装置结构简单，使用方便，有效解决了工业生产中重金属排放污染严重的问题，通过循环处理，有效保证最终排除的水中重金属含量符合标准。但是该装置着重强调重金属离子的沉积，对于水中有机分子没有特意处理，这样经过该系统循环处理后的水依旧要经过二次处理才能达到污水排放标准。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统和处理水的方法。在电场作用下有机分子会在电化学阳极发生氧化被降解，溶液中的重金属离子在阴极上沉积，通过调控溶液pH值与温度优化重金属沉积条件，此外超声波促进废水中污染物的传质，臭氧具有强氧化性气体，能辅助降解水中有机污染物，提高电化学降解效率，适合于处理高浓度的重金属离子有机废水。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，包括储液槽、降解槽；所述储液槽的出水口设置颗粒过滤板，并通过循环管道连接至降解槽，所述降解槽包括电化学降解模块，超声发生模块，光催化降解模块，气体控制模块；其中电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元包括阳极和阴极，所述阳极为空心多孔圆筒状或圆柱状，所述超声发生模块包含内置于阳极空心处的超声发射头；所述光催化降解模块包括分散于阳极和阴极之间的光催化剂；所述气体控制模块包含气体注入单元用于向降解槽注入臭氧。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述颗粒过滤板选自石英砂过滤板，PP棉过滤板，孔隙率大于35PPI的微孔泡沫陶瓷板中的至少一种。所述孔隙率大于35PPI的微孔泡沫陶瓷板优选为孔隙率大于35PPI的微孔泡沫Al2O3陶瓷板、孔隙率大于35PPI的微孔泡沫ZrO2陶瓷板、孔隙率大于35PPI的微孔泡沫SiC陶瓷板中的一种。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述阳极和阴极由中心同轴但互不接触的空心多孔圆柱状电极与圆筒状电极组成，或者由两组不同直径的同轴空心多孔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。在本专利技术中，蜂窝煤结构和圆柱状阵列配合是指阳极材料为蜂窝煤结构的多孔结构，即圆柱体中阵列排布若干直孔，而阴极为棒状材料，可插入阳极材料孔道内部，实现电解池作用。电化学降解模块在外加电场作用下，有机分子会在电化学阳极发生氧化被降解，溶液中的重金属(Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pd等)离子在电场作用下向电化学阴极迁移。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述阳极和阴极通过导线与可线性调控直流稳压电源连接。可线性调控直流稳压电源的电流能够以时间为变量按照线性函数设置，降低降解能耗，提高电化学系统的电流效率。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述阳极选自硼掺杂金刚石电极、形稳性阳极中的一种，所述阴极选自不锈钢电极、石墨电极中的一种。作为优选，本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述阳极为硼掺杂金刚石电极。作为优选，所述硼掺杂金刚石电极的电极工作层为表面分布微孔和或尖锥的掺硼金刚石层。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述阳极为硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石电极的润湿角θ<40°；所述硼掺杂金刚石电极的电极工作层为梯度硼掺杂金刚石层；所述梯度硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼含量梯度增加的梯度硼掺杂金刚石底层、梯度硼掺杂金刚石中层、梯度硼掺杂金刚石顶层。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述梯度硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为3333～33333ppm；优选为3333～10000ppm；所述梯度硼掺杂金刚石中层中，按原子比计，B/C为10000～33333ppm；优选为13332～20000ppm；所述梯度硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为16666～50000ppm；优选为26664～50000ppm。电化学氧化降解模块降解机理通常分为有机污染物在电极表面的直接氧化与电极表面产生的强氧化性的活性物质(如羟基自由基，活性氯，活性硫酸基团等)间接氧化污染物两种途径，其中以间接氧化为主导。因此降解效率很大程度上受到电极材料本征特性(比表面积，sp3/sp2，硼掺杂浓度等)的影响，这是由于电极材料本征特性决定了活性物质产率。本专利技术中采用梯度硼掺杂高比表面积电极材料综合电极材料优势，能大幅提高电化学降解模块的降解矿化效率。在本专利技术中，掺硼含量由薄膜底部至顶部硼逐渐提升，底层高附着力层采用极低硼掺杂浓度，以保证薄膜结合性与稳定性，这是由于底层直接与电极基体按触的，在沉积初期金刚石相形核较为容易，缺陷较少，sp2相碳较少。能够进一步提升形核面的sp3含量与晶格稳定性，从而增强与电极基体的附着力，而中间层作用为耐腐蚀，采用中等硼含量(即硼含量高于底层且低于顶层)，由于中间层中硼含量仍然较低，因此可以保证sp3相纯度(即金刚石致密连续)，而同时由于具有一定的掺硼量，因此又可以保证该层的导电性能。而顶层硼掺杂含量高，可提高材料的导电性与电化学活性，使得顶层电势窗口宽、析氧电位高、背景电流低，该金刚石顶层可以大幅提升该电极的电催化活性和降解效率；同时亲水性也会随着硼含量的增加而提升，而亲水性的提升又可大幅提升电极在电化学氧化过程中的氧化效率。总之利用底层高附着力层、中间高致密耐腐蚀层与顶层高硼掺杂浓度催化层组成的长寿命，高催化活性电极材料，能有效降低系统实际应用过程中降解效率及维护成本。本专利技术的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，所述梯度硼掺杂金刚石层的厚度为5μm～2mm；所述梯度硼掺杂金刚石中层的厚度占梯度硼掺杂金刚石层厚度的50％～90％；所述梯度硼掺杂金刚石顶层的厚度占梯度硼掺杂金刚石层厚度≤40％。由于本专利技术梯度硼掺杂金刚石底层、梯度硼掺杂金刚石中层、梯度硼掺杂金刚石顶层分工不同，底层与顶层分别起到提升衬底/薄膜结合性与具有高电化学活性(高催化性)作用及提升亲水性。因此薄膜材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，其特征在于：包括储液槽、降解槽；所述储液槽的出水口设置有颗粒过滤板，并通过循环管道连接至降解槽，所述降解槽包括电化学降解模块，超声波发生模块，光催化降解模块，气体控制模块；/n其中电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元包括阳极和阴极，所述阳极为空心多孔圆筒状或圆柱状，所述超声发生模块包含内置于阳极空心处的超声发射头；所述光催化降解模块包括分散于阳极和阴极之间的光催化剂；所述气体控制模块包含气体注入单元用于向降解槽注入臭氧。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，其特征在于：包括储液槽、降解槽；所述储液槽的出水口设置有颗粒过滤板，并通过循环管道连接至降解槽，所述降解槽包括电化学降解模块，超声波发生模块，光催化降解模块，气体控制模块；
其中电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元包括阳极和阴极，所述阳极为空心多孔圆筒状或圆柱状，所述超声发生模块包含内置于阳极空心处的超声发射头；所述光催化降解模块包括分散于阳极和阴极之间的光催化剂；所述气体控制模块包含气体注入单元用于向降解槽注入臭氧。


2.根据权利要求1所述的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，其特征在于：所述颗粒过滤板选自石英砂过滤板，PP棉过滤板，孔隙率大于35PPI的微孔泡沫陶瓷板中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，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。


4.根据权利要求1所述的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，其特征在于：所述阳极和阴极通过导线与可线性调控直流稳压电源连接；所述阳极选自硼掺杂金刚石电极、形稳性阳极中的一种，所述阴极选自不锈钢电极、石墨电极中的一种。


5.根据权利要求1所述的一种超声臭氧耦合光电催化水处理系统，其特征在于：所述阳极为硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石电极的润湿角θ<40°；所述硼掺杂金刚石电极的电极工作层为梯度硼掺杂金刚石层；所述梯度硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼含量梯度增加的梯度硼掺杂金刚石底层、梯度硼掺杂金刚石中层、梯度硼掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏秋平，周科朝，马莉，王宝峰，王立峰，施海平，刘芳牡，
申请(专利权)人：南京岱蒙特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32