一种基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置

摘要

本发明公开了一种基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置，包括壳体，所述壳体安装在内部设置有电磁感应线圈一的底座上，所述壳体内腔底侧设置有与壳体内腔连通的曝气管，所述曝气管通过管道与气泵连通，所述壳体侧壁外侧设置有电磁感应线圈二，所述壳体侧壁上端设置有电极板支架，所述电极板支架下侧位于壳体内腔中设置有偶数个电极板，所述电极板按阴极-阳极交替排列，所述电极板支架和底座之间竖向设置有石英玻璃灯罩，所述石英玻璃灯罩内部安装有紫外灯。本发明具有如下特点：设计合理，结构简单，使用方便，体积小巧，便于搬运，降解方式可调整，降解有机污染物效率高，生产成本低，便于推广使用。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种环保废物处理装置，具体涉及一种处理水体中有机污染物的基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置。

背景技术

自从人类进入工业化时代以来，生产力极大地提高，然而工业废水、废渣、废气的大量排放，造成了地球水污染、土壤污染、大气污染、温室效应等污染问题，使人类面临地球环境恶化和可用淡水资源缺乏的难题。地球水资源虽丰富，但其中海水约占97％，冰川水约占2％，地面和地下淡水的总量仅占总水量的0.63％。世界许多地方淡水资源贫乏，而水污染进一步减少了可用淡水资源，特别是水体中的有机污染物的污染严重威胁人类的生存和发展。为了降低水体中有机污染物的危害，改善和保护环境，我们一般采用物理、化学、生物的方法对污水进行处理，尽量做到综合利用。因此研究发明一种新型、高效的水污染处理装置已势在必行。

目前水体中的有机污染物处理装置有如下几种：

一、光催化降解有机污染物反应器

光催化技术于1967年提出后，被广泛应用于处理水体中的有机污染物，根据反应器中光催化剂的存在形式及应用情况，可将反应器分为悬浮式、负载式和耦合式三大类，其光源多以单一线性发射光源为主，光利用率低、能耗高。另外，为了提高光催化效率，光催化剂一般做成细颗粒，甚至是纳米级颗粒，在降解反应后难以分离回收、易造成二次污染。

二、电催化降解有机污染物反应器

电催化氧化技术是通过阳极反应直接降解有机物，或通过阳极反应产生羟基自由基(·OH)、臭氧一类的氧化剂降解有机物，这种降解途径使有机物分解更加彻底，不易产生毒害中间产物，更符合环境保护的要求。目前电催化氧化技术以直流、高电脉冲、低压脉冲为主，电解氧化降解有机物的过程中电流效率很低、电耗很高，难以实用化，所以，成功研究开发和利用低压脉冲电解技术降解有机污染物已逐渐成为目前研究的重点。

三、磁强化降解有机污染物反应器

有机物在磁场力的作用下，共价键(C-C、C-N、C-H等)可能会产生变形、松弛、断裂，形成低能量的小分子碎片或部分无机化，从而使耗氧性降低；另外，磁化可引起电子的激发，改变物质的电荷和等电点、凝聚性，从而使部分污染物之间发生抵消效应或凝聚沉降效应，使污水耗氧性减弱，从而更易于降解。基于该原理进行废水处理称为磁处理技术，目前磁处理技术以磁场强化、高梯度磁分离、内加磁种技术为主，但是存在内加磁种难以回收、高梯度磁场能耗较高、催化降解有机污染物效率低等弊端。因此，开发一种能耗低、催化效率高的磁强化降解有机污染物反应器正在逐渐引起人们的关注，相信在不远的将来，磁处理技术可能在污水处理中广泛应用。

四、耦合式降解有机污染物反应器

随着对催化降解有机污染物技术的深入研究，单一利用某种技术降解水体中有机污染物的方法，无论从降解效果还是降解成本方面，都已不能够完全满足现阶段的需要，因此各种处理技术已经开始相互集成、共同作用，以强化作用效果，近几年涌现出的光电催化反应器、磁场协同交变电流脉冲催化反应器、光助-Fenton法催化反应器及电-Fenton法催化反应器等，都属于此类耦合式降解有机污染物反应器，但是基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解反应器还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置，其设计合理，结构简单，使用方便，体积小巧，便于搬运，降解方式可调整，降解有机污染物效率高，生产成本低，便于推广使用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置，包括带有进液口和出液口的壳体，其特征在于：所述壳体安装在内部设置有电磁感应线圈一的底座上，所述壳体内腔底侧设置有与壳体内腔连通的曝气管，所述曝气管通过管道与气泵连通，所述壳体侧壁外侧设置有电磁感应线圈二，所述壳体侧壁上端开有凹槽，所述凹槽内设置有电极板支架，所述电极板支架下侧位于壳体内腔中设置有偶数个电极板，所述电极板按阴极-阳极交替排列，所述电极板支架和底座之间竖向设置有石英玻璃灯罩，所述石英玻璃灯罩内部安装有紫外灯。

所述壳体上部和下部之间设置有循环管道，所述循环管道上设置有水泵，所述壳体上侧设置有上盖。

所述壳体内侧设置有紫外光反射镜。

所述上盖中部安装有把手，所述上盖上设置有放气孔。

所述壳体为ABS工程塑料。

所述电极板的材料为石墨、Pt、Ti/TiO₂、Cu、Al或Fe。

所述电极板的阳极材料为Ti/TiO₂，所述电极板的阴极材料为不活泼金属铜。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)该基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置设计合理，结构简单，操作人员只需将废水从进液口泵入该装置，该装置即可自动完成操作，使用非常方便。

(2)该基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置体积小、重量轻，非常便于运输。

(3)该基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置可根据废水中有机污染物的浓度选择光降解、电降解、磁降解单种降解方式和两种或三种组合降解方式，因此其降解方式可调整。

(4)该基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置采用光降解、电降解和磁降解组合使用的降解方式，三种方式协同降解时，比单种降解方式的降解效率之和高。

(5)该基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置的很多部件都非常便于生产、购买，因而其生产成本很低，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明电极板支架和电极板的安装示意图。

图3为图2的俯视图。

附图标记说明：

1-壳体；         1-1-进液口；          1-2-出液口；

2-底座；         3-电磁感应线圈一；    4-曝气管；

5-气泵；         6-电磁感应线圈二；    7-电极板支架；

8-电极板；       9-石英玻璃灯罩；      10-紫外灯；

11-循环管道；    12-水泵；             13-1-把手；

13-2-放气孔。

具体实施方式

如图1-图3所示的一种基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置，包括带有进液口1-1和出液口1-2的壳体1，所述壳体1为具有较低介电常数和介电损耗的ABS工程塑料。所述壳体1安装在内部设置有电磁感应线圈一3的底座2上，所述壳体1内腔底侧设置有与壳体1内腔连通的曝气管4，所述曝气管4通过管道与气泵5连通，所述壳体1侧壁外侧设置有电磁感应线圈二6，所述壳体1侧壁上端开有凹槽，所述凹槽内设置有电极板支架7，所述电极板支架7下侧位于壳体1内腔中设置有偶数个电极板8，所述电极板8按阴极-阳极交替排列，所述电极板8材料为石墨、Pt、Ti/TiO₂、Cu、Al或Fe，电极板8的阳极材料优选为Ti/TiO₂，电极板8的阴极材料优选为不活泼金属，所述不活泼金属为铜，该装置可在电极板8由Ti/TiO₂制作的阳极上施加偏电压，实现电催化降解，加速催化降解效率。所述电极板支架7和底座2之间竖向设置有石英玻璃灯罩9，所述石英玻璃灯罩9内部安装有紫外灯10。

如图1所示，所述壳体1上部和下部之间设置有循环管道11，所述循环管道11上设置有水泵12，水泵12可以使溶液和催化剂在该降解装置内部进行循环，从而达到二者在该降解装置内部均匀分布的目的。所述壳体1上侧设置有上盖。

所述壳体1内侧设置有紫外光反射镜，紫外光反射镜为铝材经覆膜制成，对紫外线有很好的反射作用。

如图1所示，所述上盖中部安装有把手13-1，把手13-1可方便地将上盖提起。所述上盖上设置有放气孔13-2，放气孔13-2可使该降解装置内部降解所产生的气体和曝气管排入的气体快速排出。

本发明基于光-电-磁协同作用的有机污染物降解装置的工作过程是：首先将配制好的4L浓度为5mg/L的苯酚废水通过进液口1-1泵入壳体1内部，然后在该降解装置中加入5g特制的磁性TiO₂催化剂，调节气泵5使通气量为2L/min，打开水泵12电源，使催化剂和反应溶液在该降解装置内部均匀分布，然后按下面方式分别操作，降解20分钟后，开启电磁感应线圈一3的电源开关，使催化剂快速下沉，取样分析废水中苯酚的浓度，计算降解率。

方式1：打开紫外灯10电源开关，仅进行光催化降解。

方式2：电极板8安装石墨电极，打开电极电源开关，仅进行低压脉冲降解。

方式3：打开电磁感应线圈二6电源开关，仅进行磁催化降解。

方式4：阳极电极板8安装Ti/TiO₂电极，阴极电极板8安装Cu电极，打开电极电源和紫外灯电源开关，进行偏压电催化降解和光催化降解。

方式5：阳极电极板8安装Ti/TiO₂电极，阴极电极板8安装Cu电极，打开电极电源、紫外灯以及电磁感应线圈I电源开关，进行光-电-磁协同降解。

上述五种降解方式的降解率实验数据见表1：

表1降解率实验数据

  处理方式 方式1 方式2 方式3 方式4 方式5  降解率 41％ 26％ 6％ 69％ 82％

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。