本发明专利技术提供了一种自清洁光电一体化污水处理装置，包括反应罐，位于反应罐内的螺旋形压电旋流管阳极、环状曝气阴极和光源，还包括电源和曝气设备；螺旋形压电旋流管阳极由螺旋管及其内壁上的疏水压电光催化内衬层组成，螺旋形压电旋流管阳极导电且透光，其入口与反应罐上的进水口连通、出口位于反应罐壳体内的下部；环状曝气阴极包括环状导电管道和若干与环状导电管道连通的曝气盘，环状曝气阴极环绕螺旋形压电旋流管阳极设置；螺旋形压电旋流管阳极与环状曝气阴极分别与电源的阳极和阴极连接。以上述装置为基础本发明专利技术还提供了一种污水处理方法。本发明专利技术将光催化、电催化与压电催化甚至是臭氧氧化结合，具有工艺简单、对污水处理效率高的特点。理效率高的特点。理效率高的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种自清洁光电一体化污水处理装置及污水处理方法
[0001]本专利技术属于污水处理领域，涉及一种污水处理装置及污水处理方法，更具体地，涉及一种自清洁光电一体化污水处理装置及污水处理方法。
技术介绍
[0002]随着我国工业化进程的加速，工业废水量和污染物种类迅猛增加，给生态环境安全和人类健康带来了严峻的挑战。工业废水中的难降解有机物和有毒物质无法通过传统的生物法去除。高级氧化技术(AOP)如电化学氧化法、光催化氧化法、Fenton法、化学氧化法等，因能产生强氧化性自由基(ROS)，无选择性地将有机物降解为CO2和H2O，从而成为工业废水处理最具普适性和前景的技术。然而，单一的高级氧化技术往往存在局限性，例如电化学氧化法能耗高，电极易腐蚀和钝化；Fenton法必须在酸性pH条件下进行，二价铁的循环反应速率低造成Fenton处理效率低，且反应后不可避免产生大量铁泥；光催化氧化法产生的电子
‑
空穴对分离效率低，光能利用率低，处理效果受水质透光度的影响，且光催化剂难以回收；化学氧化法需不断额外投加大量药剂造成二次污染；此外，单一的AOP技术产生的ROS虽然氧化性很强，但寿命很短，如羟基自由基的寿命仅为10
‑9s，受限于污染物的传质，往往难以彻底降解污染物。
[0003]将多种高级氧化技术串联使用，是强化废水处理的有效手段之一。然而，多种AOP技术联用工艺流程复杂，容易造成占地大，设备投资大，能耗大、运行和维护成本高等问题，限制了高级氧化技术在实际废水处理中的推广。鉴于此，发展高效低耗、占地小、无二次污染的废水处理技术，对环境保护产业发展具有重大价值和现实意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自清洁光电一体化污水处理装置，并以该一体化污水装置为基础提供了一种污水处理方法，以减小设备占地面积、降低设备和运行维护成本的基础上提高对污水的降解效率和降解效果，同时简化污水处理工艺。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种自清洁光电一体化污水处理装置，包括反应罐，位于反应罐内的螺旋形压电旋流管阳极、环状曝气阴极和光源，还包括电源、曝气设备；
[0007]所述反应罐的壳体上设有进水口、出水口以及循环水出口，进水口和出水口位于反应罐壳体的上部、循环水出口位于反应罐壳体的下部，循环水出口通过回流泵和循环水管与进水口连通，反应罐的壳体不导电；
[0008]所述螺旋形压电旋流管阳极由螺旋管以及附着在螺旋管内的疏水压电光催化内衬层组成，螺旋形压电旋流管阳极导电且透光，螺旋形压电旋流管阳极是出口端位于入口端下方的螺旋管道，螺旋形压电旋流管阳极的入口与进水口连通，螺旋形压电旋流管阳极的出口位于反应罐壳体内的下部；
[0009]所述环状曝气阴极至少为一个，包括环状导电管道和若干分布在环状导电管道上
并与环状导电管道连通的曝气盘，环状导电管道通过曝气管与位于反应罐外的曝气设备连通，环状曝气阴极环绕螺旋形压电旋流管阳极设置；
[0010]所述螺旋形压电旋流管阳极与环状曝气阴极分别通过导线与电源的阳极和阴极连接；所述光源发出的光线的照射范围覆盖螺旋形压电旋流管阳极，光源发出的光线的波长在80～2000nm范围内。
[0011]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，反应罐内还设有斜板用于斜板沉淀，所述斜板位于螺旋形压电旋流管阳极出口的下方。所述斜板的作用是在污水处理过程中，高效沉淀固态的压电强化材料，从而实现固态的压电强化材料的高效循环利用。这里的斜板是指一组相互平行、间隔均匀的平板组成的组合结构，即污水处理领域的斜板沉淀池中的常用结构。
[0012]进一步地，上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，反应罐内设置的斜板的高度为螺旋形压电旋流管阳极的高度的10％～40％。
[0013]更进一步地，上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，所述斜板的倾斜度范围为35
°
～50
°
，即所述斜板与水平面之间的夹角为35
°
～50
°
。
[0014]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，所述螺旋形压电旋流管阳极的螺旋升角为20
°
～45
°
。
[0015]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，所述螺旋形压电旋流管阳极的高度为反应罐内部高度的30％～70％；进一步地，为了使螺旋形压电旋流管阳极中水流的流速逐渐增加，即水流流速从螺旋形压电旋流管阳极的入口端到出口端逐渐增大，进而强化压电催化作用，优选地，螺旋形压电旋流管阳极的螺旋环绕直径从上至下依次减小。
[0016]进一步地，上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，所述螺旋形压电旋流管阳极的轴线优选与反应罐的轴线重合。
[0017]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，所述疏水压电光催化内衬层为含有压电光催化材料的透光疏水薄膜，所述透光疏水薄膜可以为聚酰亚胺薄膜或聚四氟乙烯薄膜，例如可行的聚酰亚胺薄膜可以是商品名为Kapton的薄膜，也可以是PTFE薄膜，所述压电光催化材料为钙钛矿、铁氧化物、铋氧化物、钛酸盐等光响应催化剂中的至少一种，或者是钙钛矿、铁氧化物、铋氧化物、钛酸盐中的至少一种与二氧化钛或氧化锌的复合物，常见的压电光催化材料包括铁酸镧、锶铋氧化物、二氧化钛复合钛酸铋等。
[0018]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，螺旋形压电旋流管阳极导电，是因为附着在螺旋管内的疏水压电光催化内衬层导电，疏水压电光催化内衬层导电是因为透光疏水薄膜中的压电光催化材料导电，因此，透光疏水薄膜中的压电光催化材料的含量应确保疏水压电光催化内衬层能够连续、均匀导电。
[0019]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，所述螺旋管是由透光材质制作的螺旋管，可行的制作螺旋管的材质包括石英、软玻璃或透光玻璃等。
[0020]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，当所述环状曝气阴极超过一个时，各环状曝气阴极布置在反应罐内壁的不同高度位置，环状曝气阴极的设置位置不低于螺旋形压电旋流管阳极的出口端、不高于螺旋形压电旋流管的入口端，例如，可以将环状曝气阴极环绕螺旋形压电旋流管阳极的中下部设置，即可以将环状曝气阴极设置在螺旋形压电旋流管阳极的出口端与螺旋形压电旋流管阳极的1/2高度之间。
[0021]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，环状曝气阴极的环状导电管道通过设置在反应罐内壁上的固定卡固定在反应罐内壁上。
[0022]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，环状曝气阴极的环状导电管道的导电组分通常为不锈钢、钛、石墨等，例如不锈钢管道、钛管道、石墨烯管道等。
[0023]上述自清洁光电一体化污水处理装置的技术方案中，环状导电管道上设置了若干曝气盘，优选地，相邻的曝气盘之间的距离优选为1～50cm。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自清洁光电一体化污水处理装置，其特征在于，包括反应罐(1)，位于反应罐(1)内的螺旋形压电旋流管阳极(2)、环状曝气阴极(3)和光源(4)，还包括电源(5)、曝气设备(6)；所述反应罐(1)的壳体上设有进水口(1
‑
1)、出水口(1
‑
2)以及循环水出口(1
‑
3)，进水(1
‑
1)口和出水口(1
‑
2)位于反应罐壳体的上部、循环水出口(1
‑
3)位于反应罐壳体的下部，循环水出口(1
‑
3)通过回流泵(1
‑
4)和循环水管与进水口(1
‑
1)连通，反应罐的壳体不导电；所述螺旋形压电旋流管阳极(2)由螺旋管以及附着在螺旋管内的疏水压电光催化内衬层组成，螺旋形压电旋流管阳极(2)导电且透光，螺旋形压电旋流管阳极(2)是出口端位于入口端下方的螺旋管道，螺旋形压电旋流管阳极(2)的入口与进水口(1
‑
1)连通，螺旋形压电旋流管阳极(2)的出口位于反应罐壳体内的下部；所述环状曝气阴极(3)至少为一个，包括环状导电管道(3
‑
1)和若干分布在环状导电管道上并与环状导电管道连通的曝气盘(3
‑
2)，环状导电管道通过曝气管(3
‑
3)与位于反应罐外的曝气设备(6)连通，环状曝气阴极(3)环绕螺旋形压电旋流管阳极(2)设置；所述螺旋形压电旋流管阳极(2)与环状曝气阴极(3)分别通过导线与电源(5)的阳极和阴极连接；所述光源(4)发出的光线的照射范围覆盖螺旋形压电旋流管阳极(2)，光源(4)发出的光线的波长在80～2000nm范围内。2.根据权利要求1所述自清洁光电一体化污水处理装置，其特征在于，反应罐内(1)还设有斜板(7)，所述斜板(7)位于螺旋形压电旋流管阳极(2)出口的下方。3.根据权利要求2所述自清洁光电一体化污水处理装置，其特征在于，反应罐内设置的斜板(7)的高度为螺旋形压电旋...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢汝桢，张维娟，王崟旭，晏媛，刘锐，吴俭，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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