CN108285231B - 一种去除反渗透浓水中有机物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种去除反渗透浓水中有机物的装置及方法，所述装置包括：反应容器、正极板、负极板、阳离子交换膜、阴离子交换膜、臭氧催化剂床层及曝气头；阴、阳离子交换膜将反应容器分成三个室，正极室、处理室和负极室；正极室内装有正极板，顶部设有正极进水口和正极排气口，底部设有正极排液口；负极室内有负极板，顶部设有负极进水口和负极排气口，底部设有负极排液口；臭氧催化剂床层位于处理室，内装有臭氧催化剂；处理室底部设有出水口，顶部设有臭氧排气口和进水口；曝气头安装于处理室底部，与臭氧进气口相通。采用所述装置处理反渗透浓水，可以增加臭氧在其中的溶解度，提高·OH生成率，实现高效去除反渗透浓水中的有机物。

Description

一种去除反渗透浓水中有机物的装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种去除反渗透浓水中有机物的装置及方法。

背景技术

反渗透技术广泛应用于海水和苦咸水淡化、硬水软化、中水回收、工业废水处理和超纯水制备等领域。反渗透技术处理污水产水率约50-75％，产生反渗透浓水约占50-25％。反渗透浓水中含有大量的难降解的有机物，主要包括高级脂肪烃、多环芳烃、多环芳香化合物等，直接外排污染地表水、土壤，危害周边环境、人群。

臭氧催化氧化法已经成为去除水中高稳定性、难降解有机污染物的关键技术之一。利用固体催化剂协同臭氧氧化可以达到深度氧化、最大限度地去除有机污染物的目的。但是反渗透浓水盐分含量高，富含Na⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-等，盐分不仅影响臭氧的溶解度，而且易使·OH淬灭，从而影响了臭氧催化去除反渗透浓水中有机物的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去除反渗透浓水中有机物的装置及方法，在阴阳离子交换膜之间形成一个低盐环境，解决高盐条件下臭氧溶解度低，·OH易淬灭的技术问题。具体技术方案如下：

本发明第一方面提供了一种去除反渗透浓水中有机物的装置，包括：反应容器、正极板、负极板、阳离子交换膜、阴离子交换膜、臭氧催化剂床层及曝气头；阴离子交换膜与阳离子交换膜将反应容器分成三个室，阴离子交换膜与反应容器壁间为正极室，阳离子交换膜与反应容器壁间为负极室，两膜之间为处理室；其中正极板位于正极室，正极室顶部设有正极进水口和正极排气口，底部设有正极排液口；负极板位于负极室，负极室顶部设有负极进水口和负极排气口，底部设有负极排液口；所述臭氧催化剂床层置于处理室中，臭氧催化剂床层中装有臭氧催化剂；所述处理室底部设有出水口，顶部设有臭氧排气口和进水口；所述曝气头安装于处理室底部，与臭氧进气口相通。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述正极板是钛板，其表面镀有钌、铂、铱中的至少一种，所述负极板是316L不锈钢或双相不锈钢，所述正极板和负极板通过绝缘支架固定在反应容器中，正极板和负极板连接12～16V直流电源。

在本发明第一方面的另一些实施方式中，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜是亲水性均相或半均相膜片，其中阴离子交换膜与正极板平行放置，两者间距为100-200mm，阳离子交换膜与负极板平行放置，间距为100-200mm，且阴离子交换膜、阳离子交换膜与对应正极板、负极板间距离相等。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述处理室中安装有床层支架，所述臭氧催化剂床层固定于所述床层支架上。所述床层支架上设置有不同高度的固定点，通过所述固定点，所述臭氧催化剂床层可以固定于所述床层支架上的不同高度。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述曝气头是钛金曝气头。

在本发明第一方面的另一些实施方式中，所述的曝气头位于臭氧催化剂床层的正下方。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述处理室内顶部设置有布水器，所述布水器与所述进水口连通；优选地，所述布水器安装于处理室顶部中央。

本发明第二方面提供了一种采用本发明第一方面所述的去除反渗透浓水中有机物的装置，去除反渗透浓水中有机物的方法。

本发明实施例提供的去除反渗透浓水中有机物的装置及方法，通过电化学技术和臭氧催化氧化技术的结合，在所述阴离子交换膜和阳离子交换膜之间形成低盐溶液区，可增加臭氧在其中的溶解度，进而提高·OH生成率，而且还可以有效抑制盐离子引起的·OH淬灭，实现高效去除反渗透浓水中的有机物。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种去除反渗透浓水中有机物的装置结构示意图；

图2为图1所示去除反渗透浓水中有机物的装置结构示意图的A-A剖面图；

图中各标号对应的部件为：1-进水口；2-反应容器；3-布水器；4-正极排气口；5-负极排气口；6-正极板；7-阴离子交换膜；8-床层支架；9-阳离子交换膜；10-负极板；11-臭氧催化剂；12-臭氧催化剂床层；13-负极排液口；14-出水口；15-臭氧进气口；16-曝气头；17-正极排液口；18-绝缘支架；19-臭氧排气口；20-正极进水口；21-负极进水口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明第一方面提供了一种去除反渗透浓水中有机物的装置，如图1、图2所示，包括：反应容器2、正极板6、负极板10、阳离子交换膜9、阴离子交换膜7、臭氧催化剂床层12及曝气头16；阴离子交换膜7与阳离子交换膜9将反应容器分成三个室，所述三个室中，阴离子交换膜7与反应容器壁间为正极室，阳离子交换膜9与反应容器壁间为负极室，两膜之间为处理室；其中正极板6位于正极室，正极室顶部设有正极进水口20和正极排气口4，底部设有正极排液口17；负极板10位于负极室，负极室顶部设有负极进水口21和负极排气口5，底部设有负极排液口13；所述臭氧催化剂床层12置于处理室中，臭氧催化剂床层12中装有臭氧催化剂11；所述处理室底部设有出水口14，顶部设有臭氧排气口19和进水口1；所述曝气头16安装于处理室底部，与臭氧进气口15相通。

本发明所述的反应容器2可以是不锈钢或双相不锈钢材质的反应釜、反应塔等本领域常用的密封反应容器，反应容器的体积和容量也可根据实际需要自由选择。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述正极板6采用长方形的钛板，其表面镀有钌、铂、铱中的至少一种，所述负极板10采用长方形的316L不锈钢或双相不锈钢，所述正极板和负极板均可购自商业途径。所述正极板6和负极板10通过绝缘支架18固定在反应容器2中，不与反应容器壁直接接触，正极板6和负极板10连接12～16V直流电源。本发明所述正极板、负极板与直流电源之间的连接方式为本领域公知的常用连接方式，在此不做赘述。

本发明所述的“绝缘支架”为可实现电极板与反应容器壁间绝缘的支架，在本发明第一方面的一些实施方式中，所述绝缘支架可以为金属支架，一端通过焊接、卡扣连接或螺栓连接的方式固定在反应容器2上，另一端设有螺孔，正极板或负极板与金属支架间放置一个绝缘垫片，通过绝缘螺栓将正极板或负极板固定在金属支架上。在本发明第一方面的另一些实施方式中，所述绝缘支架为使用绝缘材料制作的支架，正极板或负极板通过所述支架固定在反应容器中。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述阳离子交换膜9和阴离子交换膜7是抗氧化的亲水性均相或半均相膜片，孔径为15-20nm，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜均可购自商业途径。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述阴离子交换膜7与正极板6平行放置，两者间距为100-200mm，阳离子交换膜9与负极板10平行放置，间距为100-200mm，且阴离子交换膜、阳离子交换膜与对应正极板、负极板间距离相等。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜固定于长方形塑料框架中，所述塑料框架的材质可为聚乙烯塑料(PE)、硬聚氯乙烯(U-PVC)、交联聚乙烯(PEX)、氯化聚氯乙烯(PVC-C)等。反应容器壁上通过焊接或螺栓连接的方式固定有U形槽。U形槽与固定离子交换膜的塑料框架形状、尺寸相对应，阴离子交换膜或阳离子交换膜和固定框架一起沿U形槽插入到反应容器中，将反应容器分成三个室。

在本发明第一方面的一些实施方式中，阴离子交换膜7与阳离子交换膜9竖直放置，且两者相互平行，将反应容器2依次分为三个室：一侧的反应容器壁与阴离子交换膜7围成的空间为正极室，阴离子交换膜7、阳离子交换膜9之间为处理室；阳离子交换膜9与另一侧的反应容器壁围成的空间为负极室。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述处理室中安装有床层支架8，所述臭氧催化剂床层12固定于所述床层支架8上。示例性地，所述床层支架8可以为4根双相不锈钢支架，通过焊接、螺栓连接或卡扣连接等方式固定于反应容器2中，所述床层支架8上设置有不同高度的固定点，例如螺孔，所述臭氧催化剂床层12可以通过螺栓固定于所述床层支架8上不同高度的螺孔中。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述的臭氧催化剂床层12可以包括一个或多个覆盖网状面的圆柱体或长方体框架，所述框架和网状面可以是由双相不锈钢制作的不锈钢框架和不锈钢网，所述网状面的网眼孔径为2-3mm，所述臭氧催化剂床层中装有臭氧催化剂。本发明所述臭氧催化剂为本领域常用臭氧催化剂，可购于商业途径；所述臭氧催化剂床层的数量和尺寸，本领域技术人员可根据实际需要进行调整，在此不做限定。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述的阳离子交换膜9和阳离子交换膜7与所述臭氧催化剂床层12间的最短距离相等，所述最短距离为100-200mm。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述曝气头16是钛金曝气头。

在本发明第一方面的另一些实施方式中，所述的曝气头16位于臭氧催化剂床层12的正下方。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述处理室内顶部设置有布水器3，如穿孔管、喷头等，所述布水器3与所述进水口1连通；优选地，所述布水器3安装于处理室顶部中央。

本发明第二方面提供了一种采用本发明第一方面所述的去除反渗透浓水中有机物的装置，去除反渗透浓水中有机物的方法；该装置可以如图1、图2所示。

在本发明第二方面的一些实施方式中，反渗透浓水从进水口1进入反应容器2的处理室内，优选经布水板3均匀分布在反应容器2的处理室内并向下流动；正极室从正极进水口20注水；负极室从负极进水口21注水；三个室内液面同步上升至没过阴离子交换膜和阳离子交换膜，但不充满于整个反应容器。装置通电后，在正极板6和负极板10间产生极间电场，推动阳离子和阴离子分别透过阳离子交换膜7或阴离子交换膜9，在阳离子交换膜7和阴离子交换膜9之间形成低盐的反渗透水，臭氧从反应容器2底部的臭氧进气口15进入，经曝气头16后形成微小气泡均匀分散在低盐反渗透水中，在臭氧催化剂11的作用下生成·OH，与低盐反渗透水中的有机物发生氧化反应，将水中的有机物去除，未反应的臭氧及臭氧还原后的气体从臭气排气口19排出去，进入臭氧破坏装置。在阳离子交换膜9、阴离子交换膜7上会粘附少量有机物，臭氧的氧化作用可将有机物剥离，清洁膜表面。在正极板6周围聚集阴离子，产生Cl₂，向上移动，经正极排气口4排出，在正极室形成的酸液，经正极排液口17排出；在负极板10周围聚集阳离子，产生H₂，向上移动，经负极排气口5排出，在负极室形成的碱液，经负极排液口13排出。处理后的净化水经出水口14从反应容器中排出。

本发明中所述的焊接、螺栓连接、卡扣连接等连接方式均为本领域公知的常用连接方式，在此不做赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种去除反渗透浓水中有机物的装置，其特征在于，包括：反应容器、正极板、负极板、阳离子交换膜、阴离子交换膜、臭氧催化剂床层及曝气头；

阴离子交换膜与阳离子交换膜将反应容器分成三个室，阴离子交换膜与反应容器壁间为正极室，阳离子交换膜与反应容器壁间为负极室，两膜之间为处理室；其中正极板位于正极室，正极室顶部设有正极进水口和正极排气口，底部设有正极排液口；负极板位于负极室，负极室顶部设有负极进水口和负极排气口，底部设有负极排液口；所述臭氧催化剂床层置于处理室中，臭氧催化剂床层中装有臭氧催化剂；所述处理室底部设有出水口，顶部设有臭氧排气口和进水口；所述曝气头安装于处理室底部；

所述阴离子交换膜与正极板平行放置，间距为100-200mm；阳离子交换膜与负极板平行放置，间距为100-200mm；所述阴离子交换膜、阳离子交换膜与对应正极板、负极板间距离相等；

所述处理室内顶部设置有布水器，所述布水器与所述进水口连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述正极板是钛板，其表面镀有钌、铂、铱中的至少一种，所述负极板是316L不锈钢或双相不锈钢，所述正极板和负极板通过绝缘支架固定在反应容器中，正极板和负极板连接12～16V直流电源。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜是亲水性均相或半均相膜片。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理室中安装有床层支架，所述臭氧催化剂床层固定于所述床层支架上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述床层支架上设置有不同高度的固定点；通过所述固定点，所述臭氧催化剂床层可以固定于所述床层支架上的不同高度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气头是钛金曝气头。

7.根据权利要求1或6所述的装置，其特征在于，所述的曝气头位于臭氧催化剂床层的正下方。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述布水器安装于处理室顶部中央。

9.采用权利要求1-8中任一项所述的去除反渗透浓水中有机物的装置去除反渗透浓水中有机物的方法。