适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备的制作方法

1.本实用新型涉及环保技术领域，具体涉及一种适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备。


背景技术：

2.近年来，随着海洋经济的发展，近岸海域海水养殖业迅猛发展起来，成为海洋经济发展的重要产业之一。海水所蕴含的丰富资源，使得海水养殖业有着巨大前景。然而海水养殖废水中含有大量有机污染物，随着工厂化海水养殖产业的发展，出现了养殖区高密度养殖，养殖废水排放量与日俱增，使得养殖水域自净调节能力下降，近海水域环境严重恶化，从而导致了近岸海域生态系统失衡、富营养化严重、赤潮频发。同时近海水体富营养化、海水赤潮、病害滋长又反过来制约着海水养殖业的发展，导致养殖品种退化、减产乃至大面积死亡。以海洋中具有代表性的有机污染物苯酚为例，苯酚易溶于水、油和大多数有机溶剂(例如酒精，醚，酮等)，具有特殊的臭味和燃烧味，有毒，有强腐蚀性，会对海洋生物和人体造成严重危害。养殖废水的处理将直接关系到水产生物的健康养殖和环境资源的可持续利用，因此养殖水体的净化处理和循环利用是可持续绿色养殖的重要课题之一。
3.水产养殖污染通常可以通过物理、化学及生物的修复方法进行处理。但处理技术仍有局限性。物理修复容易引起二次污染，化学修复受环境条件影响较大，且投入的化学物质本身存在污染问题。另外，由于海水盐度问题导致器械海水腐蚀，生物耐受性差，使得这些处理方法都并不完善，在电极研发方面还有继续探索的空间。在污水处理方面，光电化学处理有较为广阔的适用范围，装置结构简单紧凑，运转方便且在性能方面优于传统化学处理法。在海水基质中，电化学技术还可以充分利用海水盐度作为电解质，海水中的氯离子在氧化过程中产生次氯酸盐，具有高氧化性，同时电极两端形成电化学反应，分别进行污染物氧化、还原反应，能对废水中的有机物质进行处理，同时能进行藻类杀菌灭活等作用，具有绿色环保无二次污染的特点。但是一般的电极材料仍然会受海水腐蚀以及次氯酸盐的强氧化性影响，对电极材料的寿命影响很大，因此寻找高耐盐新型电极材料充分利用海水高盐度环境是目前电极材料研发需要解决的关键问题。
4.在电化学催化氧化技术中，ti金属因其有着良好的防腐性和低廉的价格，是最常用的电极基体材料。与传统的贵金属(铂、金、钯、铱)电极、石墨电极、铅电极等相比，tio2电极在电化学氧化活性cl体系中，以其良好的稳定性和催化活性，能产生大量clo-氧化剂以及高电流效率等特点，迅速获得人们的青睐，被广泛的应用在以nacl为电解质的氨氮、染料、苯酚等污染物的电化学处理以及杀菌灭活过程中。
5.公开号为cn 109569684 a的专利说明书公开了一种等离子体改性金属氧化物和g-氮化碳共修饰二氧化钛纳米棒复合光催化剂，可用于苯酚降解。然而，如何能有效地将tio2纳米电极用于光电化学氧化是光电催化技术发展的一个重要方向，也是进行海水污染物降解的另一有效的新方法。


技术实现要素：

6.针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本实用新型提供了一种适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备，该设备可借助浮力组件长时间停留在需处理的养殖海水区域，减少人工控制的繁琐和人工费用的消耗。设备的发电设备采用太阳能板发电，充分利用海洋可获取的清洁能源，减少电能消耗。本实用新型中的阳极可采用现有技术，如抗腐蚀光电极，具体可以是公开号为cn 109569684 a的专利技术所公开的金属氧化物/g-c3n4/tio2电极，形成多元活性物质掺杂，提高活性氧化物-中间层-tio2之间的结合力，既克服了tio2基底氧化的问题，又提高电极导电性能，延长电极使用寿命，将其稳定高效地应用于海水高盐度环境条件下。本实用新型可以太阳光为光源，海水为电解质，利用光电催化技术进行处理，为海洋污染处理提供了一种新的高效稳定的光电化学技术构思。
7.一种适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备，包括：
8.反应室，包括可供海水流通的腔体，所述腔体内自上而下设有若干对水平布置的电极对，每对电极对包括位于上方的阳极和位于下方的阴极；
9.与所述反应室连接、用于使所述反应室漂浮于水面的浮力组件，其上设有与所述阳极、阴极电连接的太阳能电池板。
10.所述太阳能电池板用于提供设备所需用电。本实用新型可利用太阳能发电，将太阳能转化为电能，阴雨天气则可通过储备的电能进行反应，无需额外电源。反应室腔体内的电极对都浸没在水中。对于广域海水，可以设计大范围的处理浮板，形成大面积利用太阳光处理过程。对于深层海水，由于太阳光无法直接照射，则主要利用电化学反应进行处理，这样可以形成有深度、有广度的处理方式，同时在阴雨天气无法利用太阳光时也可以采用电化学反应的形式进行有效处理。
11.上述适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备用于处理废水时，具体过程和原理如下：
12.本设备最上方为太阳能电池板，太阳能电池板下设有浮力机构，保证设备能浮于水面，避免太阳能电池板进水。污染水体在反应室腔体内进行降解，也方便处理后的海水流动。反应室腔体内存在若干对电极对，当电极对不小于2对时可通过并联的方式与太阳能电池相连，其中最上方的电极对可最大程度地利用太阳光进行光电催化降解，下方的电极对则主要进行电化学处理。
13.作为优选，所述浮力组件包括分别设置于所述反应室顶部相对两侧的两块浮板，所述太阳能电池板设于所述浮板上。支撑太阳能电池板的浮板材料可采用eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)泡沫浮力板，色彩明艳，后期可以加入外观改进设计，美化环境。所述浮板可与所述反应室固定连接。
14.作为优选，所述电极对至少为2对。
15.相邻两个电极对之间的距离优选为15～20mm。此处所述相邻两个电极对之间的距离指的是位于上方的电极对的阴极与位于下方的电极对的阳极之间的距离。
16.进一步优选，所述电极对通过并联的方式与所述太阳能电池板电连接。
17.作为优选，所述电极对中的阳极和阴极之间的距离为5～7mm。
18.作为优选，所述反应室为透明的网格箱式结构，顶部敞口，网格箱式结构可保证反应电极的稳定，同时便于海水流动，反应室顶部敞口可以直接接受阳光照射，进行光电化学
反应。所述反应室具体可由透明有机玻璃制成。反应室无进水口与出水口之分，海水养殖废水可随海水波动随意通过网格箱小孔进入反应室内，也可经任意小孔流出，由此可实现海水养殖废水的二次处理以及多次处理，提高处理效率。
19.作为优选，所述反应室还带有密闭的、用于存放电线的隔室，可保证连接线路的防水防腐。
20.本实用新型中的阴极电极材料可采用现有常用的阴极材料，包括但不限于铂片、钛片、不锈钢片、石墨等。
21.本实用新型目的在于改善海水养殖废水等高盐度废水中有机物的处理效果，同时考虑资源的有效节约以及环境污染的减少。
22.与现有技术相比，本实用新型主要优点包括：
23.1)本实用新型设备以太阳能为能源，最上方的电极对可同时进行光电催化反应，下方的电极对以电化学反应为主，节能绿色，反应处理过程清洁无污染，并且能为海水养殖废水的处理节省大量成本。利用太阳光结合电化学技术处理海水养殖废水的成本约为0.713元/m3废水。采用臭氧进行深度处理，需耗电约17kw，按作用lh计算，成本为8.415元/m3废水。本实用新型采用太阳能供电，减少能耗，装置顶部装有浮力组件可以长时间停留在处理区域，无需人工控制，节省大量资金，为实际海洋养殖废水的处理应用提供良好的参考依据。
24.2)本实用新型设备以海水养殖废水为处理背景，具有广阔的应用前景，也可应用于其他高盐度的废水的处理中，如食品生产工业(鱼类加工、菜蔬腌制、制造肉类罐头行业由于干燥盐或盐溶液的使用而产生了大量的高有机物含盐废水)、制革工业(鞣革加工过程需要添加盐同时产生大量的废水，例如浸泡兽皮的溶液中nacl含量高达80g/l)等。
附图说明
25.图1为实施例的适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备的主视结构示意图；
26.图2为实施例的适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备的左视结构示意图；
27.图3为实施例的适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备的俯视结构示意图；
28.图中：1-太阳能电池板，2-浮板，3-腔体，4-网格箱，5-隔室，6-阴极，7-阳极，8-反应室。
具体实施方式
29.下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
30.如图1～3所示，本实施例的适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备包括反应室8和分别设置于反应室8顶部相对两侧的两块浮板2，整体形状类似于一个倒置的“帽子”。
31.浮板2与反应室8固定连接，用于使反应室8漂浮于水面。浮板2上设有用于提供设备所需用电的太阳能电池板1。浮板2材料可采用eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)泡沫浮力板，色彩明艳，后期可以加入外观改进设计，美化环境。
32.反应室8为透明的网格箱式结构，顶部敞口，包括网格箱4和位于浮板2所在的两侧的两个密闭的、用于存放电线的隔室5。网格箱4围成区域即为腔体3，可供海水流通。隔室5可保证连接线路的防水防腐。网格箱式结构可保证反应电极的稳定，同时便于海水流动，反应室8顶部敞口可以直接接受阳光照射，进行光电化学反应。反应室8具体可由透明有机玻璃制成。反应室8无进水口与出水口之分，海水养殖废水可随海水波动随意通过网格箱4小孔进入反应室8的腔体3内，也可经任意小孔流出，由此可实现海水养殖废水的二次处理以及多次处理，提高处理效率。
33.腔体3内自上而下设有5对水平布置的电极对，每对电极对包括位于上方的阳极7和位于下方的阴极6。阳极7、阴极6均通过电线与太阳能电池板1连接，且各电极对通过并联的方式与太阳能电池板1电连接。
34.相邻两个电极对之间的距离优选为18mm。此处所述相邻两个电极对之间的距离指的是位于上方的电极对的阴极6与位于下方的电极对的阳极7之间的距离。
35.每个电极对中的阳极7和阴极6之间的距离为6mm。
36.阴极6、阳极7均为耐腐蚀光电极，尺寸相同，长度为150mm，宽度为4mm。
37.阴极6材料可采用现有常用的阴极材料，包括但不限于铂片、钛片、不锈钢片、石墨等，阳极7可采用公开号为cn 109569684 a的专利技术所公开的金属氧化物/g-c3n4/tio2电极。
38.上述适用于处理海水养殖废水的太阳光协同电化学处理设备用于处理废水时，具体过程和原理如下：
39.本设备最上方为太阳能电池板1，太阳能电池板1下设有浮板2，保证设备能浮于水面，避免太阳能电池板1进水。污染水体在反应室8腔体3内进行降解，也方便处理后的海水流动。反应室8腔体3内存在5对电极对，通过并联的方式与太阳能电池1相连，其中最上方的电极对可最大程度地利用太阳光进行光电催化降解，下方的电极对则主要进行电化学处理。
40.此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。