一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐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耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统和处理水的方法，所述水处理系统包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、pH调节模块、微生物处理模块；所述降解槽包括电芬顿反应器、紫外线灯、光催化剂、超声波发生器、过过硫酸盐给料器；所述的电芬顿反应器包含阳极、阴极以及亚铁盐，所述紫外线灯直接照射于阳极和阴极；所述光催化剂负载在阳极表面或负载于多孔材料表面并分布于阳极的周围；所述超声波发生器中的超声探头布置在阴极与阳极周围，本发明专利技术将超声催化、光催化、过硫酸盐氧化和电芬顿有机结合，解决了传统电芬顿技术电流效率低、降解速率慢的缺点，实现了各技术之间的协同作用。

【技术实现步骤摘要】
一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统和处理水的方法
本专利技术涉及一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统和处理水的方法，属于水处理

技术介绍
水污染态势日益严峻，已对生态系统健康和人类社会可持续发展带来了巨大的威胁。据世界权威机构调查，随着现代社会经济的飞速发展和科学技术的全面进步，全球范围内每年都有成千上万吨复杂人为有机化学品被消耗和排放到水环境中成为环境有机污染物。部分有机污染物毒性高，难以生化降解，即使在微量水平下也表现出高毒性特征，如酚类、多环芳烃类、苯胺类、氯代苯类、多氯联苯、聚溴二苯醚、全氟辛烷磺酸及其盐和偶氮染料及其中间体等。含这些高毒难降解有机污染物的有机废水通常具有有机物含量高且成分复杂(常伴有色度和异味)、高氨氮量和高含盐量等特点，且来自于各个重大工业生产过程，如化学工业、印染工业、造纸工业、食品工业、冶金工业、制革工业、制药工业及其他行业。工业废水中难降解有机污染物的去除已成为现代工业过程可持续发展的一个主要问题和关键因素。电芬顿法作为一种新型的高级电化学氧化技术，相比于传统的芬顿法和依赖于高氧化电位阳极的传统电化学氧化法，在工业废水中难降解有机污染物的去除方面具有突出优势，由电化学氧化和芬顿反应产生的高活性羟基自由基可使难降解有机污染物无选择性降解，它不需或只需添加少量化学试剂，易于自动化控制，污泥量少，降解速率更快且电流效率更高。但是，如何进一步提高电流效率和降解速率仍然是电芬顿技术在实际工业化应用中的技术难点和研究重点。在电极材料开发、工艺参数优化和电化学反应器设计等方面面对瓶颈的时候，技术耦合成为了提高现有水处理技术降解效率的研究热点。光催化氧化技术是指有机污染物吸收自然环境中的部分近紫外光(290～400nm)，在有活性物质存在时即发生强烈的光化学反应，从而得到降解的过程，并且，在有紫外光的电芬顿体系中，紫外光与铁离子之间、光电化学之间存在着协同效应，可使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。超声催化氧化技术是指在一定功率的超声波辐射水溶液时，水中的微小泡核急剧膨胀、压缩、破裂和崩溃，产生局部高温高压环境，将气泡气液界面的介质裂解产生·OH、·N和·O等强氧化性自由基，使难降解有机物氧化降解，且超声和电化学相互影响、相互促进和相互协同，超声空化作用不仅能增强液相传质，对电极产生去极化和清洗作用，还能相互促进产生更高浓度的活性基团。过硫酸盐高级氧化技术是基于硫酸根自由基的过硫酸盐活化技术，可通过电、热、紫外光、过渡金属离子(Fe2+、Cu2+和Mn2+等)和超声等方式活化过硫酸盐产生更高活性的硫酸根自由基，可明显提高有机物的移除效率。然而现在还没有将超声催化技术、光催化技术、过硫酸盐高级氧化技术和电芬顿技术有机结合的报道
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统和处理水的方法。首先，在电芬顿反应器中引入紫外线灯，构成光电芬顿系统，将光化学氧化和电化学氧化结合起来，利用紫外光与铁离子之间、紫外光与电化学之间的协同催化作用，达到对水体中有机物的协同降解效果。其次，在光电芬顿系统中耦合超声催化氧化技术，利用超声作用于水相体系产生的空化效应、湍动效应、界面效应和聚能效应与电化学反应之间的相互协同作用，提高光电芬顿反应效率，超声耦合光电芬顿技术可进一步提高水中难降解有机污染物的去除效率。最后，向超声耦合光电芬顿体系中引入过硫酸盐，利用电、热、紫外光、Fe2+和超声对过硫酸盐的活化作用，产生氧化性更强的硫酸根自由基，大大提高水体中有机污染物的降解效率。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耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、pH调节模块、微生物处理模块；所述储液槽的出口设置有颗粒过滤板，并通过管道连接至降解槽，降解槽出口连接到pH调节模块；pH调节模块出口连接到微生物处理模块；所述降解槽包括电芬顿反应器、紫外线灯、光催化剂、超声波发生器、过硫酸盐给料器；所述的电芬顿反应器包含阳极、阴极以及亚铁盐，其中阳极选自形稳阳极或掺硼金刚石阳极；阴极选自碳素材料电极；且在阴极周围设置有曝气管道，所述紫外线灯直接照射于阳极和阴极；所述光催化剂负载于阳极表面或负载于多孔材料表面并分布于阳极的周围；所述超声波发生器中的超声探头布置在阴极与阳极周围，所述过硫酸盐给料器用于向降解槽投入过硫酸盐。本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，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。颗粒过滤板用于过滤水体中的泥沙、铁锈、悬浮物和胶体等颗粒杂质。本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，所述阳极和阴极由相互平行但互不接触的一组或多组平板电极配合组成，或者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。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。本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，所述阳极和阴极通过导线与电源连接；所述电源选自可线性调控直流稳压电源、中频电源、脉冲电源中的一种，优选为可线性调控直流稳压电源，可线性调控直流稳压电源的电流可根据水质在线监测模块提供的数据，能够以时间为变量按照线性函数、正弦函数或方波函数组合设置，通过电源调制，优化能源配置，降低能耗，提高电流效率。本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，所述阴极选自石墨电极、网状多孔碳电极、碳－聚四氟乙烯充氧阴极、活性炭纤维电极中的一种。本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，所述形稳阳极以金属钛为基底，基底表面涂覆有一层由铂族金属氧化物和钛氧化物的混晶结构的涂层，所述铂族金属氧化物选自铂、钯、铱、钌、锑、锡中的至少一种。本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，所述掺硼金刚石电极包含衬底以及设置于衬底表面的硼掺杂金刚石层，所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。在本专利技术中，对于衬底材料的选择不受限制，现有技术中报道的衬底材料均适合作为本专利技术的衬底。作为优选，本专利技术一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，所述掺硼金刚石电极的衬底为陶瓷衬底，所述硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石过渡层、硼掺杂金刚石外层，其中硼掺杂金刚石底层中，采用均一硼含量，按原子比计，B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，其特征在于：包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、pH调节模块、微生物处理模块；所述储液槽的出口设置有颗粒过滤板，并通过管道连接至降解槽，降解槽出口连接到pH调节模块；pH调节模块出口连接到微生物处理模块；/n所述降解槽包括电芬顿反应器、紫外线灯、光催化剂、超声波发生器、过硫酸盐给料器；所述的电芬顿反应器包含阳极、阴极以及亚铁盐，其中阳极选自形稳阳极或掺硼金刚石阳极；阴极选自碳素材料电极；且在阴极周围设置有曝气管道，所述紫外线灯直接照射于阳极和阴极；所述光催化剂负载在阳极表面或负载于多孔材料表面并分布于阳极的周围；所述超声波发生器中的超声探头布置在阴极与阳极周围，所述过硫酸盐给料器用于向降解槽投入过硫酸盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，其特征在于：包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、pH调节模块、微生物处理模块；所述储液槽的出口设置有颗粒过滤板，并通过管道连接至降解槽，降解槽出口连接到pH调节模块；pH调节模块出口连接到微生物处理模块；
所述降解槽包括电芬顿反应器、紫外线灯、光催化剂、超声波发生器、过硫酸盐给料器；所述的电芬顿反应器包含阳极、阴极以及亚铁盐，其中阳极选自形稳阳极或掺硼金刚石阳极；阴极选自碳素材料电极；且在阴极周围设置有曝气管道，所述紫外线灯直接照射于阳极和阴极；所述光催化剂负载在阳极表面或负载于多孔材料表面并分布于阳极的周围；所述超声波发生器中的超声探头布置在阴极与阳极周围，所述过硫酸盐给料器用于向降解槽投入过硫酸盐。


2.根据权利要求1所述的一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，其特征在于：所述阳极和阴极由相互平行但互不接触的一组或多组平板电极配合组成，或者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。


3.根据权利要求1所述的一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，其特征在于：所述阳极和阴极通过导线与电源连接；所述电源选自可线性调控直流稳压电源、中频电源、脉冲电源中的一种；
所述阴极选自石墨电极、网状多孔碳电极、碳－聚四氟乙烯充氧阴极、活性炭纤维电极中的一种；
所述形稳阳极以金属钛为基底，基底表面涂覆有一层由铂族金属氧化物和钛氧化物的混晶结构的涂层，所述铂族金属氧化物选自铂、钯、铱、钌、锑、锡中的至少一种；
所述掺硼金刚石电极包含衬底以及设置于衬底表面的硼掺杂金刚石层，所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。


4.根据权利要求1或3所述的一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，其特征在于：所述掺硼金刚石电极的衬底为陶瓷衬底，所述硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石过渡层、硼掺杂金刚石外层，其中硼掺杂金刚石底层中，采用均一硼含量，按原子比计，B/C为46666-60000ppm，硼掺杂金刚石外层中，采用均一硼含量，按原子比计，B/C为26666-40000ppm，而所述硼掺杂金刚石过渡层中的硼含量由下至上线性递减，以硼掺杂金刚石底层的硼含量为最大值按线性递减至硼掺杂金刚石外层的硼含量。


5.根据权利要求4所述的一种超声耦合光电芬顿活化过硫酸盐水处理系统，其特征在于：所述陶瓷衬底选自碳化物陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、MAX相陶瓷、BaPO3陶瓷中的一种；
所述陶瓷衬底形状包括圆柱状、圆筒状和平板状；
所述陶瓷衬底结构包括三维连续网络结构、二维连续网状结构和二维封闭平板结构；
所述碳化物陶瓷选自SiC、B4C、Cr7C陶瓷中的一种；所述氧化物陶瓷选自A12O3、ZrO2中的一种；所述氮化物陶瓷选自Si3N4、BN、AlN、TiN中的一种；所述硼化物陶瓷选自TiB2、FeB中的一种；所述MAX相陶瓷选自Ti2GeC、Ti2AlC和Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3中的一种。


6.根据权利要求4所述的一种超声耦合光电芬顿活化...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏秋平，马莉，周科朝，王立峰，王宝峰，施海平，杨万林，陈尹豪，
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