本发明属于环保领域，也属于光催化领域，具体涉及一种基于光电协同的废水降解工艺。
背景技术：
工业化进程的不断加深造成了对资源与能源的巨大浪费，水污染，能源危机等问题凸显。开发有效的污水处理工艺一直以来都是环境保护工作的重点。以废水的成分而言，废水一般可以分为无机废水和有机废水，无机废水主要含有重金属、重金属络合物、酸碱、氰化物、硫化物、卤素离子以及其他无机离子等。有机废水含有常用的有机溶剂、有机酸、醚类、多氯联苯、有机磷化合物、石油类、油脂类、酚类、酮等物质，相比而言，有机废水比无机废水的毒性更高，污染的范围更广，带来的危害更严重。然而传统的污水处理工艺如化学法、物理法和生物法等工艺仍然存在高能耗、高成本和工艺复杂等问题。
半导体光催化氧化技术作为高级氧化技术的一种，其可以在室温下将水、空气和土壤中的有机污染物完全氧化，被认为是最具前途的高级氧化技术之一，与传统的污染物处理方法相比具有绿色、节能、高效、无二次污染和污染物降解彻底等优点。光催化氧化反应是光反应和催化反应的有机结合，是在光和催化剂共同作用下的光化学反应，而高效的光催化剂是该技术的关键所在。然而光催化技术来看，催化过程同时产生光生电子和空穴，而二者又极易复合，严重影响光催化降解有机物的效率，这也限制了光催化技术在环保领域的深入应用。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于光电协同的废水降解工艺，解决了现有光催化技术的缺陷，利用光催化为技术核心，辅以电压电容体系特性，形成空穴电子的快速转移，达到快速降解的效果，提高水处理的效果。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种基于光电协同的废水降解工艺，包括如下步骤：
步骤1，将有机废水加入至储液罐中进行过滤处理，利用物理过滤的方式将有机废水中的颗粒物去除；所述过滤处理采用多层微孔过滤板，所述多层过滤板能够有效的利用过滤板本身的细孔结构，确保有机分子过滤的同时，能够保证废液中的颗粒物截留，防止其进入后续的光电协同体系中影响降解效率；
步骤2，将经过过滤的废水通过循环泵引入光电降解装置内进行降解处理，所述光电降装置采用多孔结构的阳极板和阴极板，且多孔结构的孔隙率为100-200ppi，所述阴极板和阳极板表面均设置有光催化薄膜，且所述阳极板和阴极板采用相同材料，所述阳极板和阴极板之间设置有阶梯交变电压，所述阳极板与阴极板之间的间距为40-50mm，所述阳极板和阴极板表面均照射紫外灯；阶梯交变电压能够在阳极板与阴极板间形成电容结构，电容两侧的阳极板和阴极板形成正极板和负极板，负极板表面富集大量电子，形成富电子体系，正极板的电子大量缺失形成缺电子体系,缺电子体系和负电子体系随着交变电压的变化，形成电子的快速转移，形成表面电子结构的变化，结合光催化薄膜的光照激发相结合的方式，特别是二氧化钛在紫外光下产生电子与空穴的结构，缺电子体系以空穴结构为主，而富电子体系以光催化表面的电子结构为主，光催化表面的空穴与电子对有机污染具有良好的降解效果，形成快速降解体系，在此基础上，随着电子在交变电压变化过程中，在阳极板和阴极板之间形成空穴结构与电子结构的转变，并且在每个转变过程中形成快速的整体上的空穴与电子的复合，实现有机物的快速降解效果，提升了光催化的降解效率；
步骤3，经过光电降解后的废水排入至储液罐内中进行过滤处理；
以上述流程为一个循环，将最后排入储液罐内的废水重新排入光电降解装置内进行连续的循环处理,直至cod和bod达到排放标准；
步骤4，将循环处理完成的废水通入膜过滤组件中，将降解产生的盐分去除，最终使处理水的综合水质达到污水排放标准。
进一步地，步骤1中的所述多层过滤板中的微孔孔隙沿着水流方向依次下降，由大至小的孔隙结构，能够形成梯度式过滤效果，依次对不同粒径的颗粒进行梯度过滤，大大增加了过滤效果与过滤效率。
再进一步地，多层过滤板采用重金属吸附材料，能够将有机废水中的金属离子吸收，金属离子在电极板表面能够形成聚集，会大幅度降低光电协同效率。
进一步地，所述步骤2中的梯度交变电压的电压采用20-30v，频率为10-50hz，通过该频率的电压交变，带来电子的快速迁移，形成空穴与电子的有效控制，大大提升了光催化的降解效率；交变电压能够利用电子与空穴本身不同的降解体系，对有机物形成不一样的降解原理，能够解决因有机物浓度问题造成的光催化剂失活问题；同时，交变电压带来的电子迁移形成了对光催化薄膜的内促进效果，有效的保持了光催化薄膜的活性，延长了使用寿命。
进一步地，光催化薄膜采用一氧化钛基二氧化钛光催化薄膜，在紫外光照下，表面的二氧化钛薄膜形成空穴与电子结构，达到光催化降解的效果，同时一氧化钛本身的氧缺性，与二氧化钛结合，形成整体的结构特点，大大提升了光催化性能；再者，一氧化钛在使用过程中被包裹在二氧化钛内，起到良好的电子传递效果，同时在表面二氧化钛颗粒损失时，一氧化钛经过氧化转化为二氧化钛，依然具有良好的光催化性，保证了光催化效率的稳定；所述一氧化钛基二氧化钛光催化薄膜以泡沫镍板为基载体，以一氧化钛为中间层，以二氧化钛为表面光催化涂层。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有光催化技术的缺陷，利用光催化为技术核心，辅以电压电容体系特性，形成空穴电子的快速转移，达到快速降解的效果，提高水处理的效果。
2.本发明利用交变电压的快速转化，形成阳极板与阴极板间的电子循环迁移，达到单面富电子体系和单面空穴电子体系，达到提升光催化电子与空穴结构转换的效果。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
一种基于光电协同的废水降解工艺，包括如下步骤：
步骤1，将有机废水加入至储液罐中进行过滤处理，利用物理过滤的方式将有机废水中的颗粒物去除；所述过滤处理采用多层微孔过滤板，所述多层过滤板能够有效的利用过滤板本身的细孔结构，确保有机分子过滤的同时，能够保证废液中的颗粒物截留，防止其进入后续的光电协同体系中影响降解效率；
进一步地，所述多层过滤板中的微孔孔隙沿着水流方向依次下降，由大至小的孔隙结构，能够形成梯度式过滤效果，依次对不同粒径的颗粒进行梯度过滤，大大增加了过滤效果与过滤效率；
再进一步地，多层过滤板采用重金属吸附材料，能够将有机废水中的金属离子吸收，金属离子在电极板表面能够形成聚集，会大幅度降低光电协同效率；
步骤2，将经过过滤的废水通过循环泵引入光电降解装置内进行降解处理，所述光电降装置采用多孔结构的阳极板和阴极板，且多孔结构的孔隙率为100-200ppi，所述阴极板和阳极板表面均设置有光催化薄膜，且所述阳极板和阴极板采用相同材料，所述阳极板和阴极板之间设置有阶梯交变电压，所述阳极板与阴极板之间的间距为40-50mm，所述阳极板和阴极板表面均照射紫外灯；阶梯交变电压能够在阳极板与阴极板间形成电容结构，电容两侧的阳极板和阴极板形成正极板和负极板，负极板表面富集大量电子，形成富电子体系，正极板的电子大量缺失形成缺电子体系,缺电子体系和负电子体系随着交变电压的变化，形成电子的快速转移，形成表面电子结构的变化，结合光催化薄膜的光照激发相结合的方式，特别是二氧化钛在紫外光下产生电子与空穴的结构，缺电子体系以空穴结构为主，而富电子体系以光催化表面的电子结构为主，光催化表面的空穴与电子对有机污染具有良好的降解效果，形成快速降解体系，在此基础上，随着电子在交变电压变化过程中，在阳极板和阴极板之间形成空穴结构与电子结构的转变，并且在每个转变过程中形成快速的整体上的空穴与电子的复合，实现有机物的快速降解效果，提升了光催化的降解效率；
进一步地，梯度交变电压的电压采用20-30v，频率为10-50hz，通过该频率的电压交变，带来电子的快速迁移，形成空穴与电子的有效控制，大大提升了光催化的降解效率；交变电压能够利用电子与空穴本身不同的降解体系，对有机物形成不一样的降解原理，能够解决因有机物浓度问题造成的光催化剂失活问题；同时，交变电压带来的电子迁移形成了对光催化薄膜的内促进效果，有效的保持了光催化薄膜的活性，延长了使用寿命；
进一步地，光催化薄膜采用一氧化钛基二氧化钛光催化薄膜，在紫外光照下，表面的二氧化钛薄膜形成空穴与电子结构，达到光催化降解的效果，同时一氧化钛本身的氧缺性，与二氧化钛结合，形成整体的结构特点，大大提升了光催化性能；再者，一氧化钛在使用过程中被包裹在二氧化钛内，起到良好的电子传递效果，同时在表面二氧化钛颗粒损失时，一氧化钛经过氧化转化为二氧化钛，依然具有良好的光催化性，保证了光催化效率的稳定；所述一氧化钛基二氧化钛光催化薄膜以泡沫镍板为基载体，以一氧化钛为中间层，以二氧化钛为表面光催化涂层；
步骤3，经过光电降解后的废水排入至储液罐内中进行过滤处理；
以上述流程为一个循环，将最后排入储液罐内的废水重新排入光电降解装置内进行连续的循环处理,直至cod和bod达到排放标准；
步骤4，将循环处理完成的废水通入膜过滤组件中，将降解产生的盐分去除，最终使处理水的综合水质达到污水排放标准。
实施例1
将5l浓度为0.01mmol/l的亚甲基蓝溶液加入至储液罐内，按照上述方法进行处理，其中，流速为100ml/min，所述光电降装置采用多孔结构的阳极板和阴极板，且多孔结构的孔隙率为100ppi，所述阴极板和阳极板表面均设置有光催化薄膜，且所述阳极板和阴极板采用相同材料，所述阳极板和阴极板之间设置有阶梯交变电压，所述阳极板与阴极板之间的间距为40mm，所述阳极板和阴极板表面均照射紫外灯；梯度交变电压的电压采用20v，频率为10hz，紫外在二氧化钛薄膜表面的强度为3mw/cm2，二氧化钛薄膜中二氧化钛的负载量为2g/cm2。经过20min处理后，亚甲基蓝溶液的脱色率为83.22％，与同等光照条件下的光催化降解相比，效率提升了5倍。
实施例2
将cod为108000mg/l的乙酸乙酯废液8l加入至储液罐中，按照上述方法进行处理，其中流速为400ml/min，所述光电降装置采用多孔结构的阳极板和阴极板，且多孔结构的孔隙率为200ppi，所述阴极板和阳极板表面均设置有光催化薄膜，且所述阳极板和阴极板采用相同材料，所述阳极板和阴极板之间设置有阶梯交变电压，所述阳极板与阴极板之间的间距为50mm，所述阳极板和阴极板表面均照射紫外灯，梯度交变电压的电压采用30v，频率为50hz，紫外在二氧化钛薄膜表面的强度为5mw/cm2，二氧化钛薄膜中二氧化钛的负载量为4g/cm2。经过40h处理后，cod降解至75mg/ml，cod去除率为99.91％。
乙酸乙酯废液含有大量难降解物质，导致cod降解困难，如果直接采用光催化材料，光催化材料降解困难，极易出现失活效果。
实施例3
将cod为87000mg/l的生物废液10l加入至储液罐中，按照上述方法进行处理，其中流速为300ml/min，所述光电降装置采用多孔结构的阳极板和阴极板，且多孔结构的孔隙率为150ppi，所述阴极板和阳极板表面均设置有光催化薄膜，且所述阳极板和阴极板采用相同材料，所述阳极板和阴极板之间设置有阶梯交变电压，所述阳极板与阴极板之间的间距为45mm，所述阳极板和阴极板表面均照射紫外灯，梯度交变电压的电压采用25v，频率为40hz，紫外在二氧化钛薄膜表面的强度为4mw/cm2，二氧化钛薄膜中二氧化钛的负载量为3g/cm2。经过28h处理后，cod降解至107mg/ml，cod去除率为98.77％。
所述生物废液以氨基酸为主，包括l-盐酸精氨酸、l-盐酸胱氨酸、l-亮氨酸、l-盐酸赖氨酸、l-甲硫氨酸，该废液中还有edta、邻羟基苯甲醛、邻羟基苯甲、甲醇、乙醇。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明解决了现有光催化技术的缺陷，利用光催化为技术核心，辅以电压电容体系特性，形成空穴电子的快速转移，达到快速降解的效果，提高水处理的效果。
2.本发明利用交变电压的快速转化，形成阳极板与阴极板间的电子循环迁移，达到单面富电子体系和单面空穴电子体系，达到提升光催化电子与空穴结构转换的效果。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。