CN105948177A - 一种高通量电化学过滤污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高通量电化学过滤污水处理装置，该污水处理装置包括电化学过滤反应器(1)、循环泵(2)、流量计(3)和直流电源(4)。其中：电化学过滤反应器(1)组件由筒体(5)、支座(6)、碳纳米管膜电极(7)和连接部件(8)、多孔绝缘刚性膜片(9)、多孔绝缘柔性膜片(10)，以及密封部件组成。多孔绝缘柔性膜将两层碳纳米管膜电极分开，两层多孔绝缘刚性膜片作为电极的支撑体，将电极和电极连接部件挤压紧密。在循环泵的抽吸或者压送作用下，水流可以高速垂直通过电化学过滤反应器的碳纳米管膜电极，并将电极上产生的气泡带走，而不至于电极解体或者出现机械性损坏。本发明结构简单、反应速率高、运行费用低廉、操作方便、运行稳定。
Description
技术领域
本发明是一种可以使污废水高流速垂直通过碳纳米管膜的高效电化学过滤反应装置。尤其是一种高通量电化学过滤污水处理装置。
背景技术
随着人口和工业的快速发展，大量的有机污染物被排入了水体中，造成了生态环境破坏。因此有必要发展新型污水处理方法以有效去除污废水中有机污染物，特别是其中有毒有害有机物。
电化学方法可以非常有效地降解污废水中的有机污染物，具有无需添加氧化剂，絮凝剂等化学药品，设备体积小，占地面积小，操作简单灵活，排污量小等优点，因而近年来备受关注。
传统的电极材料，如石墨电极和镍电极，作为阳极不能有效实现电化学降解有机物。金属氧化物电极材料(如PbO2和SnO2)，以及近年来发展起来的硼掺杂金刚石电极(BDD)，可以实现对有机物的氧化降解，但是这些电极材料要么稳定性不够，要么制作工艺复杂，价格高昂，均难以实现推广应用。更重要的是这些电极材料通常为平面材料或者比表面积很小，致使反应器效率低下。
碳纳米管(CNT)具有非常高的比表面积、良好的化学稳定性、高导电性和非常高的机械强度，且可以制作成膜，是电化学氧化电极的良好选择。但用作电化学氧化电极时，由于自身重量轻，不宜简单置于污废水中。且反应器设计时，如果采用传统电化学反应器的搅拌方式，使水流和CNT电极表面呈平行态流过，则碳纳米管膜的三维空间结构的高比表面积特性得不到充分发挥。
当前研究中也有将反应器设计成水流垂直通过碳纳米管膜的电化学过滤反应器，如以PVDF材料作为支撑的5层膜结构电化学过滤反应器、以活性炭纤维作为支撑材料反应器等。但是研究中的反应器通常单位膜面积上过水流量普遍较小或者电流效率低下。特别是当反应器的外加电压较大时，会在阴极和阳极分别产生氢气和氧气，气体不能及时抽吸或者被泵压走，容易在反应器内积气，造成实际过水断面减小，使反应效率降低；且污废水中存在的颗粒物等物质会在电极材料上沉积等造成电化学反应效率降低；此外，还存在碳纳米管电极材料固定不牢、易损坏等问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种高通量电化学过滤污水处理装置，设计了一种可以使污废水高流速垂直通过碳纳米管膜的高效电化学过滤反应装置。该装置可以有效改善普通垂直水流碳纳米管膜电化学过滤反应器，提高污染物和碳纳米管的接触机会，并克服在高电压下容易积气的缺点，从而达提高反应效率，同时解决碳纳米管膜材料固定不牢、易损坏等问题。该反应器具有结构简单、建造成本低、操作方便、运行稳定等优点。
技术方案：本发明的一种高通量电化学过滤污水处理装置包括电化学过滤反应器、循环泵、流量计和直流电源；其中，电化学过滤反应器组件由筒体、支座、电极和连接部件、多孔绝缘刚性膜片、多孔绝缘柔性膜，以及密封部件组成；筒体与支座连接，在筒体与支座之间固定有过滤组件，在该过滤组件中，连接部件的上面设有一层电极，在该电极的上面设有多孔绝缘刚性膜片；在连接部件的下面设有多孔绝缘柔性膜，在多孔绝缘柔性膜的下面设有在该电极，在电极的下面设有多孔绝缘刚性膜片；污废水可以高流速垂直通过电极，使污染物在一定直流电压作用下得到高效降解。电极为碳纳米管膜，连接部件为钛片或不锈钢片，可以为细长条形或P形。
所述的多孔绝缘刚性膜片有两层，为微孔陶瓷膜片，作为碳纳米管膜电极的支撑体，将电极和电极连接部件挤压紧密，保证良好的连接效果。在循环泵的抽吸或者压送作用下，水流以高速垂直通过电化学过滤反应器的碳纳米管膜电极材料时，而电极不至于损坏。
多孔绝缘柔性膜片为脱脂棉布，或聚偏氟乙烯膜(PVDF)膜，或醋酸纤维滤膜。多孔绝缘柔性膜将两层碳纳米管膜电极分开而不至于短路，并具有较大孔隙使水流畅通。
反应器筒体和支座为聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯PE、ABS或PVC-U的耐氧化绝缘类塑料制成，反应器筒体和支座之间通过螺母螺栓紧固装置密封硅胶圈加以连接和密封。
有益效果：
1.本发明可使污废水高流速垂直通过碳纳米管膜电极，提高水中污染物和电极的接触反应机会，提高反应效率。更重要的是，在高电压时电极上产生的氧气和氢气可以随着水流被有效抽吸或者压送走，不会在反应器出现积气现象，从而提高了反应效率。
2.本发明采用无机微孔陶瓷膜片作为碳纳米管膜电极的支撑体，可将电极和电极连接部件挤压紧密，缩小电极距离，提高电流效率。
3.本发明采用无机微孔陶瓷膜片作为碳纳米管膜电极的支撑体，可以有效避免碳纳米管膜电极在高流速下出现机械损坏。
4.本发明采用无机微孔陶瓷膜片作为碳纳米管膜电极的支撑体，将碳纳米管挤压紧密，防止在高电压下出现电极解体。
5.本发明的陶瓷膜片为微滤膜，可以有效截留污废水中的颗粒物、细菌等，一方面提高出水水质，另一方面还可以对碳纳米管电极起到保护作用，不需另外设置预处理装置。
6.本发明可以泵循环方式的批次式间歇运行方式，也可以采用一过式运行方式，因而运行方式灵活。
附图说明
图1为本发明的一种高通量电化学过滤污水处理装置工艺示意图，
图2为本发明的电化学过滤污水处理装置俯视图，
图3为本发明的电化学过滤污水处理装置A-A剖面图，
图4为本发明的电化学过滤污水处理装置A-A剖面局部放大图。
附图中的标号说明如下：
1-电化学过滤反应器，2-循环泵，3-流量计，4-直流电源，5-筒体，6-底座，7-碳纳米管膜电极，8-钛片连接部件，9-无机微孔刚性膜片，10-多孔绝缘柔性膜，11-密封硅胶圈，12-螺栓螺母紧固装置。
具体实施方式
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：整个系统包括电化学过滤反应器、循环泵、流量计和直流电源。其特点是：电化学过滤反应器组件由支座、筒体、碳纳米管电极和连接部件、多孔绝缘刚性膜片、多孔绝缘柔性膜片，以及密封部件组成。反应器筒体和支座为聚四氟乙烯(PTFE)，或聚乙烯(PE)，或ABS，或PVC-U等耐氧化绝缘类塑料制成。反应器筒体和支座之间通过螺母螺栓+硅胶密封垫圈加以连接和密封。多孔绝缘柔性膜将两层碳纳米管膜电极分割开；多孔绝缘柔性膜片为脱脂棉布，或聚偏氟乙烯膜(PVDF)膜，或醋酸纤维滤膜。碳纳米管电极连接部件为钛片。两层多孔绝缘刚性膜片为无机陶瓷膜片，作为碳纳米管膜电极的支撑体，将电极和电极连接部件挤压紧密。在循环泵的抽吸或者压送作用下，水流以高速垂直通过电化学过滤反应器的电极材料，使水中有毒有害污染物得到降解去除。
请参阅附图1-4。本发明整套装置包括电化学过滤反应器1、循环泵2、流量计3、直流电源4。本发明的待处理污废水通过循环泵2在系统内往复循环。本发明的核心为电化学过滤反应器1。电化学过滤反应器1由筒体5、支座6、碳纳米管膜电极7和连接部件8、无机微孔刚性膜片9、多孔绝缘柔性膜片10，以及密封硅胶圈11和螺栓螺母紧固装置12组成。反应器筒体5和支座6为聚四氟乙烯(PTFE)，或聚乙烯(PE)，或ABS，或PVC-U等耐氧化绝缘类塑料制成。反应器筒体5和支座6之间通过螺母螺栓紧固装置12+硅胶密封垫圈11加以连接和密封。多孔绝缘柔性膜10将两层碳纳米管膜电极7分割开；多孔绝缘柔性膜10为脱脂棉布，或聚偏氟乙烯膜(PVDF)膜，或醋酸纤维滤膜。碳纳米管膜电极7和外部导线的连接部件8为钛片。两层无机微孔刚性膜片9为陶瓷片，作为碳纳米管膜电极7的支撑体，将电极7和电极连接部件8挤压紧密。在循环泵2的抽吸或者压送作用下，水流以高速垂直通过电化学过滤反应器1的电极材料，在施加一定直流电压的情况下，使水中有毒有害污染物得到降解去除。
Claims (5)
1.一种高通量电化学过滤污水处理装置，其特征在于：该污水处理装置包括电化学过滤反应器(1)、循环泵(2)、流量计(3)和直流电源(4)；其中，电化学过滤反应器(1)组件由筒体(5)、支座(6)、电极(7)和连接部件(8)、多孔绝缘刚性膜片(9)、多孔绝缘柔性膜(10)，以及密封部件组成；筒体(5)与支座(6)连接，在筒体(5)与支座(6)之间固定有过滤组件，在该过滤组件中，连接部件(8)的上面设有一层电极(7)，在该电极(7)的上面设有多孔绝缘刚性膜片(9)；在连接部件(8)的下面设有多孔绝缘柔性膜(10)，在多孔绝缘柔性膜(10)的下面设有在该电极(7)，在电极(7)的下面设有多孔绝缘刚性膜片(9)；污废水可以高流速垂直通过电极(7)，使污染物在一定直流电压作用下得到高效降解。
2.根据权利要求1所述的一种高通量电化学过滤污水处理装置，其特征在于：电极(7)为碳纳米管膜，连接部件(8)为钛片或不锈钢片，可以为细长条形或P形。
3.根据权利要求1所述的一种高通量电化学过滤污水处理装置，其特征在于：所述的多孔绝缘刚性膜片(9)有两层，为微孔陶瓷膜片，作为碳纳米管膜电极(7)的支撑体，将电极(7)和电极连接部件(8)挤压紧密，保证良好的连接效果。在循环泵(2)的抽吸或者压送作用下，水流以高速垂直通过电化学过滤反应器的碳纳米管膜电极(7)材料时，而电极不至于损坏。
4.根据权利要求1所述的一种高通量电化学过滤污水处理装置，其特征在于：多孔绝缘柔性膜片(10)为脱脂棉布，或聚偏氟乙烯膜(PVDF)膜，或醋酸纤维滤膜。多孔绝缘柔性膜(10)将两层碳纳米管膜电极(7)分开而不至于短路，并具有较大孔隙使水流畅通。
5.根据权利要求1所述的一种高通量电化学过滤污水处理装置，其特征在于：反应器筒体(5)和支座(6)为聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯PE、ABS或PVC-U的耐氧化绝缘类塑料制成，反应器筒体(5)和支座(6)之间通过螺母螺栓紧固装置(12)密封硅胶圈(11)加以连接和密封。
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