[实用新型]一种高效处理难降解有机废水的处理装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种污水处理装置，特别是涉及一种难降解有机废水的处理装置。

背景技术

日前，生活污水和工业废水的种类和排放量日益增多，成分更加复杂，其中含有许多难降解有机物，如酚、烷基苯磺酸、氯苯酚、农药、多氯联苯、多环芳烃、硝基芳烃化合物、染料及腐殖酸等。其中有些有机物具有致癌、致畸、致突变等作用，对环境和人类有巨大的危害；因此，处理这类难以生物降解的有机废水成为我们面临的严峻挑战。

目前，国内外对难降解有机物废水的处理方法，主要有湿式氧化、光化学氧化、光催化氧化、电催化氧化等；其中，光催化氧化和电催化氧化能产生强氧化剂羟基自由基快速彻底降解有机污染物，因而在难降解废水的处理方面显示了较好的应用前景；但这些处理方法单一使用时均存在一定的处理局限性。

光化学氧化是在光的作用下发生的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激发、产生分子激发态，之后才会发生化学变化到另外一个稳态，或者变成引发热反应的中间化学产物；在紫外光照射下，某些有机物能直接分解成小分子有机物或者是二氧化碳和水；但这一方式存在的问题是只能针对少部分有机物才有效；降解效率较低；通常需要加入臭氧、过氧化氢等作为氧化剂，使污染物在紫外光照射下氧化分解，使用较为不方便。

光催化氧化是利用光催化材料的特色性质进行有机物的氧化降解。光催化材料在受到一定波长的光辐照后，光催化材料中价带中电子跃迁至导带，在价带留下空穴，从而形成“电子-空穴对”，利用光生“电子-空穴”进行有机物的还原或氧化处理，光生电子具有很强的还原性能，能将水中的溶解氧还原；光生空穴具有很强的氧化性，能将水或者氢氧根离子氧化成羟基自由基；强氧化剂羟基自由基快速彻底降解有机污染物。其优点是能将有机物彻底氧化成二氧化碳和水；但是需要通入空气或者氧气或加入电子捕获剂，用于捕获光生电子，才能有效快速氧化降解有机物；使用也不便。

电催化氧化是指在外加电场下具有电催化活性的电极材料表面发生快速的氧化或还原反应，电催化材料的作用是加速反应的进行；有机物可以直接在阳极表面被氧化降解，或者被是阳极反应生成的氧化剂如分子氧、羟基自由基氧化降解；电催化过程必可避免有氧气的析出，在单一的电催化氧化降解有机物中，氧气的析出被认为是副反应，会浪费电能；因为阳极电解析出的氧气的氧化能力不如羟基自由基、双氧水和臭氧，因此，阳极析出的氧气大大部分析出到空气中，这就是等于浪费电能。为了抑制析氧副反应的发生，通常采用高析氧过电位的电极材料，如没有电催化活性的二氧化锡/钛基阳极，二氧化铅阳极，或者是掺杂硼的金刚石电极材料，这类材料的析氧过电位高，因此能有效减少析氧副反应发生，提高了电解效率。但这类阳极的使用导致槽压高，实际能耗还是很高，因此并没有根本上解决能耗的问题。另外，电催化主要是将有机物降解成小分子的有机物，很难将有机物彻底降解成二氧化碳和水。

因此，如何将各氧化技术联合应用并形成协同效应，保证水质处理效果,是当今难降解有机物废水处理的研究方向。

现市出上出现了采用光化学氧化和电催化氧化协同处理的装置，如中国发明专利，2004年2月25日公开的公开号为CN1477061A的光电协同高效净化饮用水的技术及装置，其包括有集成的光解电解的一体化反应器、紫外灯、作为电解阳板的网孔材料的内筒筒体和作为电解阴极的反应器的外筒筒体，利用紫外灯发出的紫外光的光解和电极电解的联合作用，通过产生具有协同增效作用的净水效应，可迅速有效降解水中的有机污染物。然而，受该装置的整体结构限制，存在以下几个技术问题：(1)采用圆筒套圆筒的结构，单个电解槽中能够受到光照的阳极面积受限，仅为圆柱形阳极的内表面；(2)所选用的阳极材料为单一功能的材料，如二氧化钌/钛基电极、二氧化铅/钛基电极为电催化阳极，不具有光催化性能；二氧化钛/钛基电极为惰性电极，具有光催化性能，而不具备电催化性能；(3)阴极采用不锈钢或石墨材料，均没有光催化性能。因此公开号为CN1477061A的专利所公开的该设备仅仅是将光化学氧化+电催化氧化集成于一体的设备，而不同于光催化氧化+电催化降解集成设备。然而，即使是将阴极更换成有光催化效果的材料，虽然阳极为网状结构，但大部分光源仍被阳极阻挡，阴极的光照效果仍然很差。

不论是光催化过程还是电催化过程，其污水降解效果均与有电极材料的有效面积成正比。因此，在有限的设备中同时集成光催化降解和电催化降解功能时，增大光催化材料的受光照面积、设备结构设计、电极材料的设计都是提高光电催化设备的设计与开发中的关键技术问题。