CN109264906A - 一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置。被处理的有机实验室废水依次通过大孔树脂吸附装置、铁碳微电解装置、BDD电解装置以及光催化装置共四个圆柱体型的净化装置；其中大孔树脂吸附装置内设置包裹大孔树脂的圆柱体进行吸附；装置包括废水进水口、净化水出水口、控制进水口和出水口水流通断的阀门；铁碳微电解装置包括铸铁电极、碳棒；BDD电解装置包括掺硼金刚石薄膜电极板（BDD），电源插头；光催化装置包括光催化剂、紫外光灯、石英玻璃保护罩；其中BDD电极和所述紫外光灯均连接着实验室电源。本发明在进行对有机实验室废水处理时具有操作简单、维护简便、节能廉价、科学高效等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置。
背景技术
有机化学实验室产生的化学废弃物主要是有机废液，这些有机废液有些是有毒性的，如含浓度较大的二甲苯、氯仿等能破坏人体免疫***，造成人体机能失调。有些有机废液因为其含浓度较大的废酸、废碱而具有很强的腐蚀性。如果随意排放这些废液，不仅会对环境以及人类健康造成严重威胁，而且会对学生产生不良的示范作用。与工业废水相比，有机实验室废水具有种类多、易发生化学反应等特性。正因为这些特性，给后续处理带来了不少麻烦。使用传统的水处理方法显然不能满足需要。
采用传统的水处理方法 (如物理法、化学法、生物法) 在一定程度上能改善废水水质情况，但都有各自的不足或缺点。其中，物理法利用吸附、沉淀或阻隔等方式将杂质排除在外。如经典的活性炭吸附可有效净化水体，但随着时间的延长炭吸附能力将不断减弱，需定期进行清洗和更换，而且它并不能将有机污染物降解氧化，由此可能导致相转移，使问题进一步恶化。化学法包括氧化处理、中和处理、混凝处理等，拥有快速有效地去除污染物的能力，然而在实际操作中可能出现回收困难、很容易产生二次污染等问题。相比之下，生物法以其经济性和绿色环保性成为目前最受欢迎的水处理技术之一，但当废水中存在难降解有机物或含生物毒性污染物时，单一地采用生物法处理该废水难以得到理想的降解效果。而且生物处理效果提升难以掌握且不确定性很高。
大孔吸附树脂是一类不含交换基团且有大孔结构的高分子吸附树脂，具有良好的大孔网状结构和较大的比表面积，可以有选择地通过物理吸附的方式吸附水溶液中的有机物，是20世纪60年代发展起来的新型有机高聚物吸附剂。大孔吸附树脂是通过物理吸附从溶液中有选择地吸附有机物质，从而达到分离提纯的目的。其理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有机物选择性好，不受无机盐类及强离子、低分子化合物存在的影响，在水和有机溶剂中可吸附溶剂而膨胀。大孔树脂吸附技术工艺操作简便，难度不大，并且树脂可多次使用，也可再生反复使用，成本不是很高，设备较简单，而且这种工艺可以节约大量的能耗、辅料、包装材料、贮藏等费用。
铁碳微电解是利用金属腐蚀原理来降解污染物，通过金属腐蚀形成原电池对废水进行处理的一种工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等。在铁碳电极之间形成的电场作用于废水中的带电胶体粒子，促使这些胶体粒子定向迁移，从而促进废水中污染物质的富集与去除。铁屑能够吸附多种金属离子，从而将金属离子置换成单质并除去，铁屑中的碳微粒和活性炭对金属离子均有较强的吸附作用。而且铸铁作为一种多孔物质，和活性碳一样有吸附能力，可以吸附水中的有机物。
以掺硼金刚石薄膜电极（BDD）为核心的净化设备，作为新一代的用于电化学法水处理的电极材料，与贵金属和钛基涂层电极（DSA）等传统材料相比，BDD电极具有最好的阳极氧化能力，最宽的电位窗口和最高的电流密度。金刚石稳定的sp3结构使其具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化和抗污染性等优良特点。在电场作用下，BDD电极表面能够连续不断产生具有超强氧化性的自由态羟自由基•OH（标准氧化电位为2.80V，接近单质氟气的2.87V）、过氧自由基•HO2、臭氧O3和过氧化氢H2O2等氧化物种，在与废液反应的同时，还对各种微生物，包括细菌和病毒有着强烈的杀灭作用。
光催化技术原理是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。具有新颖性、高效性、对废水无选择性等优点，尤其适合于不饱合烃的降解，且反应条件也比较温和，无二次污染，具有很好的应用前景。当有机废水中存在半导体粉末催化剂时，经过一定强度的紫外光照射后，体系中便能产生一定量的、多种形式的活性氧和自由基，由于这些活性氧和自由基具有较高的氧化电位，所以能和有机物作用并使其降解，进而矿化为水和二氧化碳，从而达到治理的目的。光催化过程采用半导体材料作为光催化剂，在常温常压下即可进行反应。更主要的是，光催化技术可将污染物降解为无毒的无机小分子物质如CO2、H2O及各种相应的无机离子而实现无害化，为治理水污染提供了一条新的、有潜力的途径。
由于有机实验室废水相对比较复杂、排放量小、排放周期不定、瞬时排放浓度较高，不可能只用一种方法就能把所有污染物去除殆尽。因此处理有机实验室废水往往需要几种方法组合，才能达到较好的处理效果。本实验新型拟将物理吸附（大孔树脂）、铁碳微电解技术、化学降解技术以及光催化技术相组合，建立高效可靠的净化模块。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
为了解决上述现有存在的问题，本发明提供一种能够对有机化学实验室废水进行处理并且达到能直接排放的要求。在本方法中将传统的水处理方法与铁碳微电解技术、化学降解技术以及光催化技术相组合，提供一种操作简便、清洁环保、高效科学的有机化学实验室废水处理装置。
2.技术方案：
一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：被处理的有机实验室废水依次通过大孔树脂吸附装置、铁碳微电解装置、BDD电解装置以及光催化装置。
所述大孔树脂吸附装置包括第一圆柱体外壳、设置在第一圆柱体外壳侧壁的有机废水进水口、设置在第一圆柱体顶面的出水孔以及从出水孔***到第一圆柱体外壳内腔的大孔树脂结构；所述大孔树脂圆柱结构的底部接触到第一圆柱体的底面；所述大孔树脂圆柱结构的表面为PP棉包裹结构，PP棉内部填充大孔树脂；第一圆柱体的出水孔与水管连接将处理过的处理水输入到铁碳微电解装置的第二进水口。
所述铁碳微电解装置包括第二圆柱体外壳、第二进水口、第二出水口、N块圆形铸铁板以及多根碳棒；其中N为大于等于1的整数；所述第二入水口设置在第二圆柱体的顶盖上；所述第二出水口设置在第二圆柱体的底部；所述N块圆形铸铁板将第二圆柱体内腔由上到下依次分为N+1个平行空间；所述每个圆形铸铁板为半径与第二圆柱体外壳的内径相同的圆形薄膜；所述每个圆形铸铁板表面均匀打上多个圆形通孔且同一根碳棒能够贯穿***上下N层的圆形铸铁板的同一位置的通孔；且***圆形通孔的碳棒的数目比没有***碳棒的圆形通孔的数目少；经过铁碳微电解装置处理后的处理水通过第二出水口传输入水管后进入BDD电解装置的第三进水口。
所述BDD电解装置包括第三圆柱体外壳、第三进水口、第三出水口、M个BDD电极板；其中M为大于等于1的整数；所述第三进水口设置第三圆柱体外壳的底面上；所述第三出水口设置在第三圆柱体外壳的顶盖上；所述BDD电极板将第三圆柱体由上到下分为M+1个平行空间；所述每个BDD电极板的形状与圆形铸铁板相同；所述每个BDD电极板均与电源相连。
所述光催化装置包括第四圆柱体外壳、第四进水口、净化水出水口、设置在第四圆柱体内腔中的光电催化装置；所述第四进水口设置在第四圆柱体的顶盖上；净化水出水口设置在第四圆柱体外壳的底面；所述光电催化装置包括紫外灯、包裹紫外灯的石英玻璃管以及涂在石英玻璃管内壁上的光催化剂；所述光催化剂为TiO2。
进一步地，所述第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体以及第四圆柱体的直径与高度相同，且放在同一个平面上。
进一步地，所述有机废水进水口处设置进水阀门；所述净化水出水口处设置出水阀门。
进一步地，被处理的有机实验室废水的PH值为3-6.5。
进一步地，所述光催化装置中投入碱。
进一步地，所述铁碳微电解装置为能够拆卸设置。
进一步地，所述铁碳微电解装置中圆形铸铁板为4个；所述碳棒为28根。
进一步地，所述BDD电解装置中的BDD电极板为10个。
3.有益效果：
（1）本装置中有机废水经过由PP棉包裹的大孔树脂结构，通过大孔树脂结构对有机废水进行简单的预处理，能够有效的吸附回收有机溶剂，同时减轻后续处理负荷。并且本装置中的大孔树脂结构吸附饱和后，可以直接取出进行更换。
（2）本装置中采用铁碳微电解装置对废水进行第二道的处理，铁碳微电解技术会产生大量的铁离子和亚铁离子，有助于后续催化工艺。
（3） 本装置中第三道处理是采用BDD电极进行处理废水，BDD电极具有极强的抗腐蚀性、抗污染能力及自我净化与修复能力，所以它具有极长的工作寿命与极强的工作能力。
（4）本装置中第四道处理是采用光催化装置进行处理。石英玻璃将紫外光灯与废水很好的阻隔开，且其具有极高的光谱透射，不会因辐射线损伤，保证紫外光光源能足够多的照射到废水，提高催化效率。
综上所述。本装置的模块结构简单，使用方便，在进行有机实验室废水净化处理时，操作简便、省时省力、科学有效。净化完全的水可以直接排放，对环境水资源保护具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明中铸铁板和BDD电极板打孔位置示意图；
图3为本发明中碳棒穿过铸铁板上圆孔的位置示意图。
附图标记说明：第一圆柱体外壳A1；第二圆柱体外壳A2；第三圆柱体外壳A3；第四圆柱体外壳A4；有机废水进水口1；大孔树脂圆柱结构2；大孔树脂3；铸铁板4；碳棒5；BDD电极板6；BDD电极板连接实验室电源的接口7；紫外光灯8；石英玻璃管9；净化水出水口10；进水口阀门11；出水口阀门12。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明。
如附图1为本发明的整体结构图，如图可以看出一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置中包括依次相连的大孔树脂吸附装置、铁碳微电解装置、BDD电解装置以及光催化装置；大孔树脂吸附装置、铁碳微电解装置、BDD电解装置以及光催化装置均采用圆柱体形状并且放置在同一个水平面上。为了美观而且安装时方便，上述四个装置采用了一样大小的圆柱体并列排作为处理废水的空间。
为了表示清楚，在图中铁碳微电解装置具体采用的是四块铸铁板4，BDD电解装置具体采用的是10块BDD电极板6；在实际应用中，铸铁板与BDD电极板均采用的是半径50mm，厚度为2.0 mm的圆形薄膜；附图2标出了本实施例中采用的铸铁板和BDD电极板打圆形通孔的位置示意图，图3为本发明中碳棒穿过铸铁板上圆孔的位置示意图，其中有花纹的圆孔是***碳棒的圆孔。图2，图3中的打孔以及***碳棒的方式更加具体情况进行调节。
一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：被处理的有机实验室废水依次通过大孔树脂吸附装置、铁碳微电解装置、BDD电解装置以及光催化装置。
所述大孔树脂吸附装置包括第一圆柱体外壳A1、设置在第一圆柱体外壳侧壁的有机废水进水口1、设置在第一圆柱体顶面的出水孔以及从出水孔***到第一圆柱体外壳内腔的大孔树脂圆柱结构2；所述大孔树脂圆柱结构的底部接触到第一圆柱体的底面；所述大孔树脂结构的表面为PP棉包裹结构，PP棉内部填充大孔树脂3；第一圆柱体的出水孔与水管连接将处理过的处理水输入到铁碳微电解装置的第二进水口。
所述铁碳微电解装置包括第二圆柱体外壳A2、第二进水口、第二出水口、N块圆形铸铁板4以及多根碳棒5（图中只画出一根）；其中N为大于等于1的整数；所述第二入水口设置在第二圆柱体的顶盖上；所述第二出水口设置在第二圆柱体的底部；所述N块圆形铸铁板将第二圆柱体内腔由上到下依次分为N+1个平行空间；所述每个圆形铸铁板为半径与第二圆柱体外壳的内径相同的圆形薄膜；所述每个圆形铸铁板表面均匀打上多个圆形通孔且同一根碳棒能够贯穿***上下多层的圆形铸铁板的同一位置的通孔；且***圆形通孔的碳棒的数目比没有***碳棒的圆形通孔的数目少；经过铁碳微电解装置处理后的处理水通过第二出水口传输入水管后进入BDD电解装置的第三进水口。其中N的数目根据具体情况进行调节；碳棒的根数以及***的孔的分布如附图3所示为效果比较好的***方式。
所述BDD电解装置包括第三圆柱体外壳A3、第三进水口、第三出水口、M个BDD电极板6；所述第三进水口设置第三圆柱体外壳的底面上；所述第三出水口设置在第三圆柱体外壳的顶盖上；所述BDD电极板将第三圆柱体由上到下分为M+1个平行空间；所述每个BDD电极板的形状与圆形铸铁板相同；所述每个BDD电极板均与电源相连。其中M的数目根据具体情况进行调节。
所述光催化装置包括第四圆柱体外壳A4、第四进水口、净化水出水口、设置在第四圆柱体内腔中的光电催化装置；所述第四进水口设置在第四圆柱体的顶盖上；净化水出水口设置在第四圆柱体外壳的底面；所述光电催化装置包括紫外灯8、包裹紫外灯的石英玻璃管9以及涂在石英玻璃管内壁上的光催化剂；所述光催化剂为TiO2。
进一步地，所述第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体以及第四圆柱体的直径与高度相同，且放在同一个平面上。
进一步地，所述有机废水进水口处设置进水阀门11；所述净化水出水口处设置出水阀门12。
进一步地，被处理的有机实验室废水的PH值为3-6.5。
进一步地，所述光催化装置中投入碱。
进一步地，所述铁碳微电解装置为能够拆卸设置。
进一步地，所述铁碳微电解装置中圆形铸铁板为4个；所述碳棒为28根。
进一步地，所述BDD电解装置中的BDD电极板为10个。
本装置可以安装在有机化学实验室的水池下方，所述废水进水口连接着水池的出口。
使用上述一种用于有机化学实验室废水处理的组合技术装置的步骤：
1）本装置在开始往水池里倒有机废水时即可运行。打开废水进水口处的阀门11，废水进入第一个圆柱体型装置。在水压的作用下，废水经过PP棉渗透到装有大孔树脂圆柱结构中。
2）随后经过水管废水进入铁碳微电解装置即第二圆柱体中，进行有机废水的高效预处理，处理后的废水通过设置在底面的第二出水口输出。
3）接着废水通过设置在第三圆柱体的底部的第三进水口进入BDD电解装置，BDD电极板接通电源。在电场的作用下，废水在BDD电极表面得到进一步的净化降解；净化降解后的废水通过设置在第三圆柱体的顶盖上从第三出水口传输至光催化装置。
4）最后废水到达光催化装置，接通紫外光灯电源，在TiO2催化剂的催化作用下，废水得到进一步的净化。净化完全的净化水从设置在第四圆柱体的底部净化水出水口流出。
5）打开出水口阀门，净化完全的水从出水口排出。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (8)
1.一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：被处理的有机实验室废水依次通过大孔树脂吸附装置、铁碳微电解装置、BDD电解装置以及光催化装置；
所述大孔树脂吸附装置包括第一圆柱体外壳、设置在第一圆柱体外壳侧壁的有机废水进水口、设置在第一圆柱体顶面的出水孔以及从出水孔***到第一圆柱体外壳内腔的大孔树脂圆柱结构；所述大孔树脂圆柱结构的底部接触到第一圆柱体的底面；所述大孔树脂结构的表面为PP棉包裹结构，PP棉内部填充大孔树脂；第一圆柱体的出水孔与水管连接将处理过的处理水输入到铁碳微电解装置的第二进水口；
所述铁碳微电解装置包括第二圆柱体外壳、第二进水口、第二出水口、N块圆形铸铁板以及多根碳棒；其中N为大于等于1的整数；所述第二入水口设置在第二圆柱体的顶盖上；所述第二出水口设置在第二圆柱体的底部；所述N块圆形铸铁板将第二圆柱体内腔由上到下依次分为N+1个平行空间；所述每个圆形铸铁板为半径与第二圆柱体外壳的内径相同的圆形薄膜；所述每个圆形铸铁板表面均匀打上多个圆形通孔且同一根碳棒能够贯穿***上下N层的圆形铸铁板的同一位置的通孔；且***圆形通孔的碳棒的数目比没有***碳棒的圆形通孔的数目少；经过铁碳微电解装置处理后的处理水通过第二出水口传输入水管后进入BDD电解装置的第三进水口；
所述BDD电解装置包括第三圆柱体外壳、第三进水口、第三出水口、M个BDD电极板；M为大于等于1的整数；所述第三进水口设置第三圆柱体外壳的底面上；所述第三出水口设置在第三圆柱体外壳的顶盖上；所述BDD电极板将第三圆柱体由上到下分为M+1个平行空间；所述每个BDD电极板的形状与圆形铸铁板相同；所述每个BDD电极板均与电源相连；
所述光催化装置包括第四圆柱体外壳、第四进水口、净化水出水口、设置在第四圆柱体内腔中的光电催化装置；所述第四进水口设置在第四圆柱体的顶盖上；净化水出水口设置在第四圆柱体外壳的底面；所述光电催化装置包括紫外灯、包裹紫外灯的石英玻璃管以及涂在石英玻璃管内壁上的光催化剂；所述光催化剂为TiO2。
2.根据权利要求1所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：所述第一圆柱体、第二圆柱体、第三圆柱体以及第四圆柱体的直径与高度相同，且放在同一个平面上。
3.根据权利要求1所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：所述有机废水进水口处设置进水阀门；所述净化水出水口处设置出水阀门。
4.根据权利要求1所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：被处理的有机实验室废水的PH值为3-6.5。
5.根据权利要求1所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：所述光催化装置中投入碱。
6.根据权利要求1所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：所述铁碳微电解装置为能够拆卸设置。
7.根据权利要求1所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：所述铁碳微电解装置中圆形铸铁板为4个；所述碳棒为28根。
8.根据权利要求1或7所述的一种用于有机化学实验室废水处理的组合装置，其特征在于：所述BDD电解装置中的BDD电极板为10个。
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