CN110921785A - 一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备及利用其处理水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备，包括储液装置、过硫酸盐投加装置和电化学过滤装置；所述电化学过滤装置内部设置有平行的阳极和阴极，将其内部空间分割为位于阴极下方的下腔室、位于阳极上方的上腔室和位于两个电极之间的中间室，并且两个电极的边缘与电化学过滤装置的内壁呈密封状态；储液装置与电化学过滤装置的上腔室连通并形成循环通路，过硫酸盐投加装置与上腔室的进液通路连接；电化学过滤装置的下腔室底部设有出水口。本发明还提供了利用该设备处理水的方法。本发明水处理设备设计巧妙，能够有效促进反应体系传质，水处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保进行水处理。

Description

一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备及利用其处理水的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备及利用其处理水的方法。
背景技术
随着工农业经济的发展和人们生活水平的提高，环境污染问题也日益突出。水污染控制对水环境生态安全和人类健康至关重要。现有的水处理技术和设施能够将水源水和废水中的常规污染物去除降解，满足一定的供水和排水要求。然而，对于一些难降解污染物和新型污染物，传统的水处理工艺尚无法达到对其的有效去除，处理后水体中残存的污染物可对水环境安全和人类健康造成潜在威胁。
高级氧化被认为是具有应用价值的高效水处理技术。传统的高级氧化技术通过化学反应生成羟基自由基来氧化去除水中的污染物。近年来基于硫酸根自由基的水处理高级氧化工艺因其处理高效且适用于宽泛的pH使用条件而受到人们的青睐。目前，生成硫酸根自由基的方法主要是通过活化过硫酸盐。在众多的过硫酸盐活化技术中，电化学技术因其良好的可操控性和经济性而受到关注。然而，传统的电化学工艺受到水体导电性和体系传质的限制，处理装置和效率有待改进和提高。如何有效强化液相体系和电极的接触传质、促进电极界面反应，是提高电助过硫酸盐活化生成硫酸根自由基效率的关键。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供了一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备及利用其处理水的方法。
技术方案：为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备，包括储液装置、过硫酸盐投加装置和电化学过滤装置；所述电化学过滤装置内部设置有平行的(且能够透气过水的)阳极和阴极，将其内部空间分割为位于阴极下方的下腔室、位于阳极上方的上腔室和位于两个电极之间的中间室，并且两个电极的边缘与电化学过滤装置的内壁呈密封状态；储液装置与电化学过滤装置的上腔室连通并形成循环通路，过硫酸盐投加装置与上腔室的进液通路连接；电化学过滤装置的下腔室底部设有出水口。
作为优选，所述储液装置与电化学过滤装置的上腔室连通并形成循环通路的方式如下：
储液装置侧壁的储液装置回流出水口与上腔室侧壁的上腔室回流进水口相连，上腔室侧壁的上腔室回流出水口与储液装置侧壁的储液装置回流进水口相连，过硫酸盐投加装置与储液装置回流出水口和上腔室回流进水口中间的通路连接。
作为改进，所述阳极和阴极中间设置有绝缘密封环，将二者分隔并起到电化学过滤装置的密封作用；所述阳极和阴极为碳基、金属或金属氧化物制成的膜电极。
作为改进，所述上腔室的进水端连接有管式混合器，其位于过硫酸盐投加装置与上腔室的进液通路连接点之后。
作为改进，所述储液装置的出水端连接有循环水泵，其位于过硫酸盐投加装置与上腔室的进液通路连接点之前，下腔室底部的出水口连接有抽滤泵。
作为改进，还包括压力传感器和一号液体流量计，所述压力传感器置于下腔室底部出水口之后，抽滤泵的进水端之前；所述一号液体流量计置于抽滤泵的出水端之后。
作为改进，还包括电源，其正、负极分别与阳极和阴极相连接。
作为改进：
还包括二号液体流量计，其与上腔室的出液通路连接；
还包括溶解氧传感器，其置于储液装置侧壁；
还包括反冲洗进水口、反冲洗排水口和反冲洗泵，所述反冲洗进水口设于下腔室底部，反冲洗排水口设于上腔室顶部，反冲洗泵出水端与反冲洗进水口相连接，反冲洗泵将反冲洗水泵入电化学过滤装置后，对其膜电极进行反冲洗后，反冲洗水从电化学过滤装置的反冲洗排水口排出；
还包括进水泵和预处理装置，储液装置侧壁设有储液装置进水端，所述进水泵的出水端与预处理装置的进水端相连接，预处理装置的出水端与储液装置进水端相连接。所述进水泵能够将待处理原水泵入预处理装置，经预处理后送至储液装置；所述预处理装置的预处理工艺可为混凝絮凝、pH调节、粗过滤、生化降解等常用水处理工艺的一种或多种。
还包括自控单元，其能够接收所连接部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的工作，例如水体流速、电源电流大小等。
所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备进行水处理的方法，包括以下步骤：
(a)储液装置内待处理水与过硫酸盐投加装置投加的过硫酸盐溶液混合均匀后，一并进入电化学过滤装置，并将阳极和阴极与电源相连通；
(b)在电化学过滤装置内，电化学催化过硫酸盐生成高活性自由基，电化学过滤装置内的部分溶液回流至储液装置，形成循环回路，并将氧化物和氧化基团带入储液装置内，使污染物得到一定的降解；
(c)电化学过滤装置内的另一部分溶液，依次通过阳极和阴极，经过自由基氧化、电化学氧化还原、滤膜截留等多重处理后，经过出水口出水，即得净化水。
作为改进，所述上腔室的进水端连接有管式混合器，其位于过硫酸盐投加装置与上腔室的进液通路连接点之后，在管式混合器中，待处理水与过硫酸盐投加装置投加的过硫酸盐溶液能够进一步混合均匀。
有益效果：本发明提供的电过滤催化过硫酸盐水处理设备结构紧凑、操作简便、处理成本低廉，利用电化学氧化还原和催化过硫酸盐生成高活性自由基的特性，有效降解水中的污染物，过流式设计有效提高了体系传质和处理能效。
具体而言，本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
一、利用反应装置过流结构设计，使处理流体穿透流过电极，有效促进电极和反应物的接触传质，提高了电极界面的反应效率，从而提高水处理效率。
二、基于过流式接触传质，通过调节电化学反应参数，可对电极附近的液相体系中溶解氧等水质参数进行有效调节，因而具备潜在的降低硫酸根自由基降解污染物所需反应能的优势。
三、将电催化过硫酸盐体系与膜过滤体系相结合，在膜电极界面生成高活性自由基，可消减膜电极表面的污染，使膜电极保持较好的膜通量，从而实现氧化还原降解与膜过滤之间的互补互促。
四、利用各传感监测探头和自控单元，可实现处理过程的全自动、智能化控制。
本发明提供的处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保进行水处理。
附图说明
图1是实施例1的电过滤催化过硫酸盐水处理设备的结构示意图。
图2是实施例2的电过滤催化过硫酸盐水处理设备的结构示意图。
图3是实施例3的电过滤催化过硫酸盐水处理设备的结构示意图。
图4是实施例4的电过滤催化过硫酸盐水处理设备的结构示意图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
电过滤催化过硫酸盐水处理的设备，见图1，包括储液装置1、过硫酸盐投加装置3和电化学过滤装置4；电化学过滤装置4内部设置有平行的且能够透气过水的阳极5和阴极7，将其内部空间分割为位于阴极7下方的下腔室41、位于阳极5上方的上腔室42和位于两个电极之间的中间室43，并且两个电极的边缘与电化学过滤装置4的内壁呈密封状态；储液装置1与电化学过滤装置4的上腔室42连通并形成循环通路，过硫酸盐投加装置3与上腔室42的进液通路连接；电化学过滤装置4的下腔室41底部设有出水口4-3。
储液装置1与电化学过滤装置4的上腔室42连通并形成循环通路的方式如下：
储液装置1侧壁的储液装置回流出水口1-1与上腔室42侧壁的上腔室回流进水口4-1相连，上腔室42侧壁的上腔室回流出水口4-2与储液装置1侧壁的储液装置回流进水口1-2相连，过硫酸盐投加装置3与储液装置回流出水口1-1和上腔室回流进水口4-1中间的通路连接。
阳极5和阴极7中间设置有绝缘密封环6，将二者分隔并起到电化学过滤装置的密封作用；还包括电源8，其正、负极分别与阳极5和阴极7相连接。本发明实施例中，阳极5为石墨网电极，阴极7为铂网电极，电源8为直流稳压电源。
上腔室42的进水端连接有管式混合器10，其位于过硫酸盐投加装置3与上腔室42的进液通路连接点之后。
储液装置1的出水端连接有循环水泵2，其位于过硫酸盐投加装置3与上腔室42的进液通路连接点之前，下腔室41底部的出水口4-3连接有抽滤泵9。
具体工作原理如下：
(1)通过循环水泵2将储液装置1内待处理水泵入管式混合器10，在管式混合器10中与过硫酸盐投加装置3投加的过硫酸盐溶液进一步混合均匀后，一并进入电化学过滤装置4，并将阳极5和阴极7与电源8相连通；
(2)在电化学过滤装置4内，电化学催化过硫酸盐生成高活性自由基。电化学过滤装置4内的部分溶液回流至储液装置1，形成循环回路，并将氧化物和氧化基团带入储液装置1内，使污染物得到一定的降解。
(3)电化学过滤装置4内的另一部分溶液，在抽滤泵9的抽滤作用下通过错流过滤，透过膜电极，经过自由基氧化、电化学氧化还原、滤膜截留等多重处理后出水，即得净化水。
实施例2
电过滤催化过硫酸盐水处理的设备，见图2，与实施例1基本相同，不同之处仅在于：还包括压力传感器11、一号液体流量计12和二号液体流量计13，压力传感器11置于下腔室41底部出水口4-3之后，抽滤泵9的进水端之前；一号液体流量计12置于抽滤泵9的出水端之后。二号液体流量计13与上腔室42的出液通路连接，即位于上腔室回流出水口4-2与储液装置回流进水口1-2之间；
压力传感器11用于监测抽滤压力，一号液体流量计12用于监测处理后出水流量，二号液体流量计13用于监测循环流量。
实施例3
电过滤催化过硫酸盐水处理的设备，见图3，与实施例2基本相同，不同之处仅在于：还包括溶解氧传感器14、反冲洗进水口4-4、反冲洗排水口4-5和反冲洗泵15。溶解氧传感器14置于储液装置1侧壁。反冲洗进水口4-4设于下腔室41底部，反冲洗排水口4-5设于上腔室42顶部，反冲洗泵15出水端与反冲洗进水口4-4相连接，反冲洗泵15将反冲洗水泵入电化学过滤装置4后，对其膜电极进行反冲洗后，反冲洗水从电化学过滤装置4的反冲洗排水口4-5排出。
具体工作原理如下：
当净化水出水变小、压差变大时，可停止水净化处理，启动反冲洗泵15，进行膜电极的反冲洗，待反冲洗结束后，重新启动净水处理。
实施例4
电过滤催化过硫酸盐水处理的设备，见图4，与实施例3基本相同，不同之处仅在于：还包括进水泵16、预处理装置17和自控单元18。所述进水泵16的出水端与预处理装置17的进水端相连接，所述预处理装置17的出水端与储液装置1的进水端1-3相连接。自控单元18与循环水泵2、电源8、抽滤泵9、压力传感器11、一号液体流量计12、二号液体流量计13、溶解氧传感器14和反冲洗泵15连接。
具体工作原理如下：
所述进水泵16能够将待处理原水泵入预处理装置17，经预处理后送至储液装置1；所述预处理装置17的预处理工艺可为混凝絮凝、pH调节、粗过滤、生化降解等常用水处理工艺的一种或多种。自控单元18能接收所连接各部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的水体流速、电源电流大小等。
对四环素废水进行处理，进水污染物浓度约为20mg/L。处理效果见表1。
表1利用电过滤催化过硫酸盐水处理效率
Figure BDA0002271234370000061

Claims (10)

1.一种电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，包括储液装置(1)、过硫酸盐投加装置(3)和电化学过滤装置(4)；所述电化学过滤装置(4)内部设置有平行的阳极(5)和阴极(7)，将其内部空间分割为位于阴极(7)下方的下腔室(41)、位于阳极(5)上方的上腔室(42)和位于两个电极之间的中间室(43)，并且两个电极的边缘与电化学过滤装置(4)的内壁呈密封状态；储液装置(1)与电化学过滤装置(4)的上腔室(42)连通并形成循环通路，过硫酸盐投加装置(3)与上腔室(42)的进液通路连接；电化学过滤装置(4)的下腔室(41)底部设有出水口(4-3)。
2.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，所述储液装置(1)与电化学过滤装置(4)的上腔室(42)连通并形成循环通路的方式如下：
储液装置(1)侧壁的储液装置回流出水口(1-1)与上腔室(42)侧壁的上腔室回流进水口(4-1)相连，上腔室(42)侧壁的上腔室回流出水口(4-2)与储液装置(1)侧壁的储液装置回流进水口(1-2)相连，过硫酸盐投加装置(3)与储液装置回流出水口(1-1)和上腔室回流进水口(4-1)中间的通路连接。
3.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，所述阳极(5)和阴极(7)中间设置有绝缘密封环(6)；所述阳极(5)和阴极(7)为碳基、金属或金属氧化物制成的膜电极。
4.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，所述上腔室(42)的进水端连接有管式混合器(10)，其位于过硫酸盐投加装置(3)与上腔室(42)的进液通路连接点之后。
5.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，所述储液装置(1)的出水端连接有循环水泵(2)，其位于过硫酸盐投加装置(3)与上腔室(42)的进液通路连接点之前，下腔室(41)底部的出水口(4-3)连接有抽滤泵(9)。
6.根据权利要求5所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，还包括压力传感器(11)和一号液体流量计(12)，所述压力传感器(11)置于下腔室(41)底部出水口(4-3)之后，抽滤泵(9)的进水端之前；所述一号液体流量计(12)置于抽滤泵(9)的出水端之后。
7.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，还包括电源(8)，其正、负极分别与阳极(5)和阴极(7)相连接。
8.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，还包括二号液体流量计(13)，其与上腔室(42)的出液通路连接；还包括溶解氧传感器(14)，其置于储液装置(1)侧壁；还包括反冲洗进水口(4-4)、反冲洗排水口(4-5)和反冲洗泵(15)，所述反冲洗进水口(4-4)设于下腔室(41)底部，反冲洗排水口(4-5)设于上腔室(42)顶部，反冲洗泵(15)出水端与反冲洗进水口(4-4)相连接；还包括进水泵(16)和预处理装置(17)，储液装置(1)侧壁设有储液装置进水端(1-3)，所述进水泵(16)的出水端与预处理装置(17)的进水端相连接，预处理装置(17)的出水端与储液装置进水端(1-3)相连接。
9.根据权利要求1所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备，其特征在于，还包括自控单元(18)，其能够接收所连接部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的工作。
10.利用权利要求1至9任一项所述的电过滤催化过硫酸盐水处理设备进行水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)储液装置(1)内待处理水与过硫酸盐投加装置(3)投加的过硫酸盐溶液混合均匀后，一并进入电化学过滤装置(4)，并将阳极(5)和阴极(7)与电源相连通；
(b)在电化学过滤装置(4)内，电化学催化过硫酸盐生成高活性自由基，电化学过滤装置(4)内的部分溶液回流至储液装置(1)，形成循环回路，并将氧化物和氧化基团带入储液装置(1)内，使污染物得到一定的降解；
(c)电化学过滤装置(4)内的另一部分溶液，依次通过阳极(5)和阴极(7)，经过自由基氧化、电化学氧化还原、滤膜截留等多重处理后，经过出水口(4-3)出水，即得净化水。
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