CN117756235A - 一种中空板式炭膜水处理装置及其水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中空板式炭膜水处理装置及其水处理方法。中空板式炭膜按阳极和阴极的次序平行组装，膜组件运行时浸没在水槽中。阳极炭膜通过渗透液管与抽水泵连接，阴极炭膜通过曝气管路与曝气装置连接。水处理方法如下：将待处理废水通过进水口加入反应槽，启动电源，打开曝气装置进行阴极炭膜曝气。阴极发生电芬顿反应，生成·OH降解水中的有机污染物。然后启动抽水泵，废水由阳极炭膜表面渗透至通道内，在阳极电催化氧化作用下进一步氧化降解污染物。处理后的水经过过滤从阳极炭膜通道到达出水口。该水处理装置适用于有机废水的深度处理，具有易组装、易清洗和易规模化使用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体公开了一种中空板式炭膜水处理装置及其水处理方法。
背景技术
随着工业、农业和医疗等领域的蓬勃发展，产生大量含有抗生素、染料、酚类等有机污染物的难降解有机废水，而这些废水如果不经有效处理就排放到自然水体中去，势必会造成大范围的水体有机污染现象，对生态环境和人类健康安全造成危害。
而传统的水处理工艺，难以高效的处理难降解有机废水。膜分离技术由于其高效、无化学添加和易于操作等特点，被认为是一种具有前景的水处理技术。单一膜分离技术通常是基于尺寸筛分，难以去除小于膜孔的污染物，且容易造成膜污染现象，限制了其在处理有机污染物废水方面的应用。将膜分离技术与高级氧化技术相结合的催化膜工艺，可实现高效的污染物去除与抗膜污染能力。在高级氧化技术中，电化学高级氧化技术主要包括阳极电化学氧化和阴极电芬顿两种。阳极电化学氧化是通过施加在反应阳极直流电，依靠直接氧化和间接氧化途径来降解有机污染物；阴极电芬顿是通过电化学方法持续产生H2O2和维持Fe3+向Fe2+的持续转换，两者产生后立即作用而生成具有高氧化性的活性物质如羟基自由基(·OH)，使有机污染物得到有效降解。将膜分离技术与电化学高级氧化技术相结合是一种高效且节能的水处理技术，能够降解有机污染物消除其毒性直至完全矿化，在水处理领域具有极大的应用前景。
炭基膜材料兼具炭材料和膜材料的特性，具有良好的导电性、较大的孔隙率、优异的物理和化学稳定性。通过将炭基膜材料功能化分别赋予其阳极电催化氧化能力和阴极电芬顿能力，可以在一个电场体系中实现氧化能力的最大化和电能的有效利用，从而能够高效去除水体中的有机物污染物。而传统的炭膜材料的构型一般为管式或者板式。其中管式炭膜组件容易安装，装置简单，但由于炭材料质地较脆，因此管式炭膜的机械强度较小，此外作为电催化膜时电极布置困难，电场分布不均匀，并且不便于再生清洗；板式炭膜强度较大，电极布置较为方便，容易再生清洗，但是填充密度较小，组件密封较为复杂。
发明内容
本发明针对有机废水的深度处理和回收利用目的，开发了耦合阳极氧化和阴极电芬顿的中空板式炭膜水处理装置及其水处理方法。该水处理装置适用于有机废水的深度处理，具有易组装、易清洗和易规模化使用的特点。
本发明的目的是这样实现的：一种中空板式炭膜水处理装置，主要包括：反应槽、曝气装置、抽水泵和催化模块电源，在反应槽内设有浸没式炭膜组件和搅拌装置，运行时整个膜组件浸没在水槽中；
浸没式炭膜组件中的炭膜为中空板式结构；
所述浸没式炭膜组件中的炭膜可作为阳极和阴极，包括阳极炭膜和阴极炭膜，所述浸没式炭膜组件从上到下按照阳极炭膜、阴极炭膜的顺序依次平行组装，阳极炭膜和阴极炭膜与催化模块化电源的正负极相连；
所述阳极炭膜通过渗透液管与抽水泵相连，用于产出处理后的水；所述阴极炭膜通过曝气管路与曝气装置相连，用于曝气；
基于以上技术方案，进一步的，所述反应槽的一侧设有进水口，抽水泵设有出水口。
基于以上技术方案，进一步的，所述阳极炭膜通过导线与催化模块电源的正极相连，所述阴极炭膜通过导线与催化模块电源的负极相连。
基于以上技术方案，进一步的，所述曝气装置和抽水泵与曝气装置/抽水泵模块电源相连。
基于以上技术方案，进一步的，所述渗透液管与曝气管路分别位于炭膜的两侧。
基于以上技术方案，进一步的，所述浸没式炭膜组件中碳膜可任意拆卸和组装。
基于以上技术方案，进一步的，所述浸没式炭膜组件中阳极炭膜和阴极炭膜之间的间距为5-100mm，单个膜组件单元中炭膜的数量为偶数，其中阳极炭膜和阴极炭膜的数量各占一半，依次排列。
基于以上技术方案，进一步的，所述的炭膜的前驱体为活性炭、石油焦、煤、兰炭、石墨、石墨烯、碳纳米管、MOF和聚合物中的一种或多种的混合物。
基于以上技术方案，进一步的，所述的中空板式炭膜的中空通道数量为2个及以上，为多孔的中空板式炭膜(如图2)，以五孔的中空板式炭膜为例子，其具有五条中空通道，通道的截面为矩形。所述的中空板式炭膜其尺寸：长度为20-5000mm，厚度为4-50mm，宽度为10-1000mm，壁厚为1-20mm，其优选范围如下：长度为100-2000mm，厚度10-40mm，宽度为100-500mm，壁厚为5-15mm。
基于以上技术方案，进一步的，所述的中空板式阳极炭膜和阴极炭膜是分别进行过针对性改性的炭膜；
其中，所述的阳极炭膜是采用溶胶凝胶、电沉积等方式负载活性电催化剂包括BDD(掺硼金刚石)，SnO2-Sb，PbO2，TiO2等的具有高阳极氧化活性的功能炭膜材料；
所述的阴极炭膜是通过活化、负载活性物质等工艺制备的具有高过氧化氢产量和芬顿催化活性的功能炭膜材料。所述的阴极炭膜负载的活性物质包括聚苯胺，聚吡咯，纳米零价铁，氯氧铁、羟基氧化铁以及铁基金属中心MOF等。
基于以上技术方案，进一步的，所述的浸没式炭膜组件，实际运行中膜组件的流量范围为20-500L/(m2·h)，其优选范围为50-300L/(m2·h)。
基于以上技术方案，进一步的，所述的催化模块电源和曝气装置/抽水泵模块电源均由商业途径购买，可提供0-20V/0-220V的电压。其中催化模块电源通过连接模组件两侧的正负极来有效连接作为阴极/阳极的中空板式炭膜。
基于以上技术方案，进一步的，所述搅拌装置为搅拌器。
基于以上技术方案，进一步的，所述搅拌装置靠近曝气管路侧。
基于以上技术方案，进一步的，所述反应槽由中间隔板分为左、右两侧，在左侧的反应槽内设有浸没式炭膜组件和搅拌器，在左侧的反应槽内设有曝气装置和抽水泵，左侧的反应槽的上方设有催化模块电源，右侧的反应槽的上方设有曝气装置/抽水泵模块电源。
基于以上技术方案，进一步的，所述曝气管路通过管路与阴极炭膜连接，所述渗透液管通过管路与阳极炭膜连接。
基于以上技术方案，进一步的，所述渗透液管的底部保持密封，顶部与抽水泵相连。
基于以上技术方案，进一步的，所述的曝气装置和抽水泵均为商业途径购买，能够有效的调节曝气量和运行流速。
基于以上技术方案，进一步的，所述渗透液管与抽水泵之间设有负压表。
基于以上技术方案，进一步的，所述的负压表为商业途径购买，可以提供压力指示。
基于以上技术方案，进一步的，所述膜组件运行时浸没在水槽中。
基于以上技术方案，进一步的，所述的水处理装置中所有的管路、膜组件、反应槽等，均由耐腐蚀性材料构成，如聚四氟乙烯，可由商业途径购买。且各部件结构可采用标准工程接口，便于随时进行拆卸或更换，方便维护。
所述的水处理装置，其左侧有进水口在外置水泵的压力驱动下进入到反应槽中，待溶液完全浸没炭膜组件。此时开启搅拌器，同时运行曝气装置，待曝气装置运行5～30min后进行阳极氧化和阴极电芬顿工艺，与此同时打开抽水泵，以协同去除废水中的有机污染物。处理后的滤液进入到渗透液管，在抽水泵的作用下流向出水口。
上述的中空板式炭膜水处理装置利用耦合阳极氧化和阴极电芬顿的水处理方法，其具体过程如下：首先将待处理废水由进水口加入反应槽中，开启搅拌装置和催化模块电源；浸没式炭膜组件通电后，打开曝气装置向阴极炭膜曝气，在阴极表面发生电芬顿反应，在线生成H2O2后经负载的活性物质活化后生成·OH降解水中的有机污染物；随后打开抽水泵，在压力驱动下，反应槽中的废水穿过阳极炭膜(由阳极炭膜表面渗透至通道内)，在阳极炭膜表面和孔隙中发生电催化氧化反应，将水中污染物进一步氧化降解；过滤后的水浸入阳极炭膜内部的通道中，然后经抽水泵抽出到出水口，得到处理后的渗透液。
基于以上技术方案，进一步的，所述曝气量为10～100L/(m2·h)范围内；
所述炭膜两极的电场强度为2-20V；
所述装置的水处理通量为20-500L/(m2·h)；
所述抽水泵的抽吸压力为5-100kPa；当抽水泵前的负压表高于100kPa时，进行反冲洗再生。
上述的中空板式炭膜水处理方法，主要应用于有机废水(如染料、酚类、抗生素、环境激素、药物等)的深度处理。
有益效果：
(1)通过将炭膜设计成中空板式结构，将阳极和阴极均设置为炭膜，并进行针对性的改性修饰，能够有效的将电催化阳极氧化和阴极电芬顿耦合在一起，提高系统的氧化能力并缓解膜污染，从而有效的处理水体中的难降解有机污染物，以达到无害化排放标准。
(2)装置整体具有结构简洁、易于清洗、占地面积小和电场分布均匀等特点，其适用范围广、便于多场景应用。
附图说明
本附图所绘示的结构、比例与大小，均仅用以配合说明书所揭示的内容，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例或大小的改变与调整，在不影响本发明的功效及所能达成的目的下，均在本发明的涵盖范围内。对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下根据这些附图获得其他的附图，均在本发明的保护范围之内。
图1为耦合阳极氧化和阴极电芬顿的中空板式炭膜水处理装置示意图；
图2为中空板式炭膜示意图；
图3中空板式炭膜组件布置示意图，其中a)膜组件布置正视图；b)电极布置次序图；
图4中空板式炭膜组件各组分示意图，其中a)阴极炭膜；b)阳极炭膜；c)阴极电源连接处；d)阳极电源连接处；e)整体侧面图；f)整体俯视图。
图中相关标记依次如下：1.进水口、2.反应槽、3.催化模块化电源、4.曝气装置/抽水泵模块电源、5.搅拌器、6.浸没式炭膜组件、7.曝气管路、8.曝气装置、9.渗透液管、10.抽水泵、11.负压表、12.出水口。
具体实施方式
对于本发明的具体运行方案，通过附图和文字描述的方式来进行详细说明。以下的列举的实施例只作为列举的最优的实施例，以介绍和指导的功能为主，以便于帮助熟悉本发明运行过程，并不能理解和认为是对本发明的具体限定。在本发明的技术方案的基础上，任何熟悉本领域的技术人员的不需要付出创造性劳动即可做出的各种调整、修改或同等替换，仍在本发明的保护范围以内。
实施例1
如图1-4所示，本实施例中耦合阳极氧化和阴极电芬顿的中空板式炭膜水处理装置，包括反应槽2、曝气装置8、抽水泵10、催化模块电源3、曝气装置/抽水泵模块电源4，反应槽由中间隔板分为左、右两侧，在左侧的反应槽2内设有浸没式炭膜组件6和搅拌器5，在左侧的反应槽2内设有曝气装置8和抽水泵10，左侧的反应槽2的上方设有催化模块电源3，右侧的反应槽2的上方设有曝气装置/抽水泵模块电源4。浸没式炭膜组件6中的炭膜为中空板式结构，浸没式炭膜组件6中的炭膜包括阳极炭膜和阴极炭膜，浸没式炭膜组件6从上到下按照阳极炭膜、阴极炭膜的顺序依次平行组装，阳极碳膜和阴极碳膜数量各占一半，阳极炭膜通过导线与催化模块电源3的正极相连，所述阴极炭膜通过导线与催化模块电源3的负极相连；阳极炭膜通过渗透液管9与抽水泵10相连，阴极炭膜通过曝气管路7与曝气装置8相连；反应槽2的左侧设有进水口1，通过抽水泵10的出水口12出水。曝气装置8和抽水泵10分别与曝气装置/抽水泵模块电源4相连。渗透液管9与曝气管路7位于炭膜的两侧，搅拌器5靠近曝气管路7侧。反应槽2的左侧设有进水口1，抽水泵10设有出水口12。曝气管路7与阴极炭膜通过管路串联，氧气通过曝气装置8经管路与曝气管路连通进行输送。渗透液管9的底部保持密封，顶部与抽水泵10相连，渗透液管9与抽水泵10之间设有负压表11。渗透液管9与阳极炭膜通过管路串联。处理后的水通过渗透液管9、抽水泵10经出水口12出水。
中空板式炭膜水处理装置为串联的六块五孔中空板式石油焦基炭膜，其中中空板式石油焦基炭膜的尺寸为：长度为300mm，厚度为20mm，宽度为150mm，壁厚为10mm。浸没式炭膜组件6中阳极炭膜和阴极炭膜之间的间距为10mm，曝气量为30L/(m2·h)，膜组件的流量为200L/(m2·h)，抽水泵的抽吸压力为25kPa。其中阳极的中空板式炭膜，通过将炭膜浸渍在含有乙二醇、柠檬酸和PbCl2的混合溶液中，其中乙二醇浓度为140mM，柠檬酸为30mM，PbCl2为10mM，浸渍时间1h，干燥后在马弗炉中450℃煅烧1h，从而预修饰了PbO2催化层。而阴极的中空板式炭膜，则通过将炭膜浸渍在0.1g/L的Fe(NO3)3·9H2O溶液中，干燥后在氩气氛围1100℃还原1h，从而预修饰了零价铁，并选择5mg/L的磺胺甲恶唑为目标污染物。
工作进程如下：首先将待处理废水由进水口1)加入反应槽2中，开启搅拌器5和催化模块电源3；浸没式炭膜组件6)通入2.0V电后，打开曝气装置8的电源4)向阴极炭膜曝气，在阴极表面发生电芬顿反应，在线生成H2O2后经负载的活性物质活化后生成·OH降解水中的有机污染物；随后打开抽水泵10，在压力驱动下，反应槽2中的抗生素废水穿过阳极炭膜，在阳极炭膜表面和孔隙中发生电催化氧化反应，将水中污染物进一步氧化降解；过滤后的水浸入阳极炭膜内部的通道中，然后经抽水泵10抽出到出水口2，得到处理后的水，其中磺胺甲恶唑去除率可达到99.5％，TOC去除率为59.8％。
实施例2
如图1-4所示，本实施例中耦合阳极氧化和阴极电芬顿的中空板式炭膜水处理装置，包括反应槽2、曝气装置8、抽水泵10、催化模块电源3、曝气装置/抽水泵模块电源4，反应槽由中间隔板分为左、右两侧，在左侧的反应槽2内设有浸没式炭膜组件6和搅拌器5，在左侧的反应槽2内设有曝气装置8和抽水泵10，左侧的反应槽2的上方设有催化模块电源3，右侧的反应槽2的上方设有曝气装置/抽水泵模块电源4。浸没式炭膜组件6中的炭膜为中空板式结构，浸没式炭膜组件6中的炭膜包括阳极炭膜和阴极炭膜，浸没式炭膜组件6从上到下按照阳极炭膜、阴极炭膜的顺序依次平行组装，阳极碳膜和阴极碳膜数量各占一半，阳极炭膜通过导线与催化模块电源3的正极相连，所述阴极炭膜通过导线与催化模块电源3的负极相连；阳极炭膜通过渗透液管9与抽水泵10相连，阴极炭膜通过曝气管路7与曝气装置8相连；反应槽2的左侧设有进水口1，通过抽水泵10的出水口12出水。曝气装置8和抽水泵10分别与曝气装置/抽水泵模块电源4相连。渗透液管9与曝气管路7位于炭膜的两侧，搅拌器5靠近曝气管路7侧。反应槽2的左侧设有进水口1，抽水泵10设有出水口12。曝气管路7与阴极炭膜通过管路串联，氧气通过曝气装置8经管路与曝气管路连通进行输送。渗透液管9的底部保持密封，顶部与抽水泵10相连，渗透液管9与抽水泵10之间设有负压表11。渗透液管9与阳极炭膜通过管路串联。处理后的水通过渗透液管9、抽水泵10经出水口12出水。
中空板式炭膜水处理装置为串联的六块八孔中空板式活性碳基炭膜，其中中空板式活性碳基炭膜的尺寸为：长度为1000mm，厚度为30mm，宽度为250mm，壁厚为15mm。浸没式炭膜组件6中阳极炭膜和阴极炭膜之间的间距为15mm，曝气量为50L/(m2·h)，膜组件的流量为400L/(m2·h)，抽水泵的抽吸压力为60kPa。其中阳极的中空板式炭膜预修饰了BDD，通过热丝化学气相沉积法，以甲烷为碳源，以氢气为蚀刻气体，以三氧化二硼为硼源，在炭膜上沉积金刚石制成，其中甲烷、氢气和三氧化二硼流的体积比为1：2：0.1，其基底温度为800℃，热丝温度为2200℃，反应压力为80Pa，反应时间为8h。而阴极的中空板式炭膜，则通过将炭膜浸没在含有盐酸(0.50M)、草酸钾(0.25M)和苯胺(0.05M)的混合溶液中，通过电化学聚合(基于循环伏安法，电位窗为-0.2～0.5V，扫描速率为50mV/s)和进一步的900℃氮气氛围下的高温热解处理30min，从而预修饰了热解-聚苯胺，并选择10mg/L的苯酚为目标污染物。
工作进程如下：如图1所示，首先将待处理酚类废水由进水口1倒入反应槽(2)中，开启搅拌装置5和催化模块电源3；浸没式炭膜组件(6)通入3.0V电后，打开曝气装置8的电源4向的阴极炭膜曝气，在阴极表面发生电芬顿反应，在线生成H2O2后经负载的聚苯胺物质无金属Fenton反应活化后生成·OH降解水中的有机污染物；随后打开抽水泵10，在压力驱动下，反应槽2中的酚类废水穿过阳极炭膜，在阳极炭膜表面和孔隙中发生电催化氧化反应，将水中污染物进一步氧化降解；过滤后的水进入阳极炭膜内部的通道中，然后经抽水泵10抽出到出水口2，得到处理后的水，其中苯酚的去除率可达到98.6％，TOC去除率为68.5％。
实施例3
如图1-4所示，本实施例中耦合阳极氧化和阴极电芬顿的中空板式炭膜水处理装置，包括反应槽2、曝气装置8、抽水泵10、催化模块电源3、曝气装置/抽水泵模块电源4，反应槽由中间隔板分为左、右两侧，在左侧的反应槽2内设有浸没式炭膜组件6和搅拌器5，在左侧的反应槽2内设有曝气装置8和抽水泵10，左侧的反应槽2的上方设有催化模块电源3，右侧的反应槽2的上方设有曝气装置/抽水泵模块电源4。浸没式炭膜组件6中的炭膜为中空板式结构，浸没式炭膜组件6中的炭膜包括阳极炭膜和阴极炭膜，浸没式炭膜组件6从上到下按照阳极炭膜、阴极炭膜的顺序依次平行组装，阳极碳膜和阴极碳膜数量各占一半，阳极炭膜通过导线与催化模块电源3的正极相连，所述阴极炭膜通过导线与催化模块电源3的负极相连；阳极炭膜通过渗透液管9与抽水泵10相连，阴极炭膜通过曝气管路7与曝气装置8相连；反应槽2的左侧设有进水口1，通过抽水泵10的出水口12出水。曝气装置8和抽水泵10分别与曝气装置/抽水泵模块电源4相连。渗透液管9与曝气管路7位于炭膜的两侧，搅拌器5靠近曝气管路7侧。反应槽2的左侧设有进水口1，抽水泵10设有出水口12。曝气管路7与阴极炭膜通过管路串联，氧气通过曝气装置8经管路与曝气管路连通进行输送。渗透液管9的底部保持密封，顶部与抽水泵10相连，渗透液管9与抽水泵10之间设有负压表11。渗透液管9与阳极炭膜通过管路串联。处理后的水通过渗透液管9、抽水泵10经出水口12出水。
中空板式炭膜水处理装置为串联的八块七孔中空板式碳纳米管基炭膜(中空板式陶瓷膜为基底)，其中中空板式碳纳米管基炭膜的尺寸为：长度为2000mm，厚度为40mm，宽度为350mm，壁厚为200mm。浸没式炭膜组件6中阳极炭膜和阴极炭膜之间的间距为5mm，曝气量为80L/(m2·h)，膜组件的流量为400L/(m2·h)，抽水泵的抽吸压力为80kPa。其中阳极的中空板式炭膜，通过将炭膜浸渍在含有乙二醇、柠檬酸和SnC14·5H2O和SbCl3的混合溶液中，其中乙二醇浓度为140mM，柠檬酸为30mM，SnC14·5H2O为9mM，SbCl3为1mM，浸渍时间30min，干燥后在马弗炉中500℃煅烧2h，从而预修饰了SnO2-Sb催化层。而阴极的中空板式炭膜，则通过将炭膜浸没在含有盐酸(0.25M)、氯化钾(0.10M)和吡咯(0.10M)的混合溶液中，通过电化学聚合(基于循环伏安法，电位窗为-0.2～0.5V，扫描速率为50mV/s)和进一步的900℃氮气氛围下的高温热解处理60min，预修饰了热解-聚吡咯，并选择10mg/L的罗丹明B为目标污染物。
工作进程如下：如图1所示，首先将待处理染料废水由进水口1加入反应槽2中，开启搅拌装置5和催化模块电源3；浸没式炭膜组件6通入2.5V电后，打开曝气装置8的电源4向的阴极炭膜曝气，在阴极表面发生电芬顿反应，在线生成H2O2后经负载的聚苯胺活性物质无金属Fenton反应活化后生成·OH降解水中的有机污染物；随后打开抽水泵10，在压力驱动下，反应槽2中的染料废水穿过阳极炭膜，在阳极炭膜表面和孔隙中发生电催化氧化反应，将水中污染物进一步氧化降解；过滤后的水浸入阳极炭膜内部的通道中，然后经抽水泵10抽出到出水口2，得到处理后的水，水体澄清，完全脱色，其中罗丹明B去除率可达到100％，TOC去除率为85.3％。
Claims (10)
1.一种中空板式炭膜水处理装置，其特征在于，所述的装置包括反应槽(2)、曝气装置(8)、抽水泵(10)、催化模块电源(3)，在反应槽(2)内设有浸没式炭膜组件(6)和搅拌装置(5)；
所述浸没式炭膜组件(6)中的炭膜为中空板式结构；
所述浸没式炭膜组件(6)中的炭膜包括阳极炭膜和阴极炭膜，所述浸没式炭膜组件按照阳极炭膜、阴极炭膜交替的顺序依次平行组装，阳极炭膜和阴极炭膜分别与催化模块电源(3)的正负极相连；
所述阳极炭膜通过渗透液管(9)与抽水泵相连；所述阴极炭膜通过曝气管路(7)与曝气装置(8)相连。
2.根据权利要求1所述的中空板式炭膜水处理装置，其特征在于：所述浸没式炭膜组件(6)中阳极炭膜和阴极炭膜之间的间距为5-100mm，单个膜组件单元中炭膜数量为偶数，其中阳极和阴极数量各占一半，依次排列。
3.根据权利要求1所述的中空板式炭膜水处理装置，其特征在于，其中所述的炭膜(6)的中空通道数量为2个及以上，炭膜的长度为20-5000mm，厚度为4-50mm，宽度为10-1000mm，壁厚为1-20mm。
4.根据权利要求1所述的中空板式炭膜水处理装置，其特征在于，所述的阳极炭膜和阴极炭膜是分别进行过针对性改性的炭膜；
其中，所述阳极炭膜是采用溶胶凝胶或电沉积方式负载活性电催化剂的功能炭膜材料；所述活性电催化剂包括BDD，SnO2-Sb，PbO2，TiO2中的至少一种；
所述阴极炭膜是通过活化或负载活性物质所制备的功能炭膜材料；所述活性物质包括聚苯胺，聚吡咯，纳米零价铁，氯氧铁、羟基氧化铁以及铁基金属中心MOF中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的中空板式炭膜水处理装置，其特征在于，所述的炭膜的前驱体为活性炭、石油焦、煤、兰炭、石墨、石墨烯、碳纳米管、MOF和聚合物中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的中空板式炭膜水处理装置，其特征在于，所述反应槽(2)的一侧设有进水口(1)，抽水泵(10)设有出水口(12)；
所述曝气装置(8)和抽水泵(10)与曝气装置/抽水泵模块电源(4)相连；
所述渗透液管(9)与抽水泵(10)之间设有负压表。
7.根据权利要求1所述的中空板式炭膜水处理装置，其特征在于，所述阳极炭膜与催化模块电源(3)的正极相连，阴极炭膜与催化模块电源(3)的负极相连；
所述渗透液管(9)与曝气管路(7)位于炭膜的两侧。
8.权利要求1-7中任意一项所述的中空板式炭膜水处理装置的水处理方法，其特征在于，包括下述步骤：
首先将待处理废水由进水口(1)加入反应槽(2)中，开启搅拌装置(5)和催化模块电源(3)；浸没式炭膜组件(6)通电后，打开曝气装置(8)向的阴极炭膜曝气，在阴极表面发生电芬顿反应，生成·OH降解水中的有机污染物；随后打开抽水泵(10)，在压力驱动下，反应槽中的废水穿过阳极炭膜，在阳极炭膜表面和孔隙中发生电催化氧化反应，将水中污染物进一步氧化降解；过滤后的水进入阳极炭膜内部的通道中，然后经抽水泵(10)抽出到出水口(2)。
9.根据权利要求8所述的水处理方法，其特征在于，所述曝气量为10～100L/(m2·h)；
所述炭膜两极的电场强度为2-20V；
所述装置的水处理通量为20-500L/(m2·h)；
所述抽水泵(10)的抽吸压力为5-100kPa；当抽水泵前的负压表(11)高于100kPa时，关闭水处理系统，进行反冲洗再生。
10.根据权利要求8所述的水处理方法，其特征在于，应用于有机废水的深度处理。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118851415A (zh) * | 2024-07-08 | 2024-10-29 | 大连海事大学 | 一种倒极电化学炭膜生物反应器及其应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108744993A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-06 | 大连海事大学 | 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法 |
| CN109517167A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-26 | 西安工程大学 | 一种聚苯胺/活性炭复合材料的制备方法及测试方法 |
| CN109607746A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-12 | 天津工业大学 | 一种基于炭膜的新型电芬顿的装置、方法及其应用 |
| CN111960602A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-20 | 大连理工大学 | 一种电絮凝/电化学氧化耦合工艺处理电镀废水的方法 |
| CN115124122A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-30 | 中国人民解放军总医院 | 臭氧电催化膜联合深度处理医疗污水的工艺和系统 |
| CN115477385A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-12-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于导电颗粒-弱电场协同强化的无清洗型污水处理装置及应用方法 |
| CN116874043A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-10-13 | 天津工业大学 | 电化学双膜反应器及基于电化学双膜反应器的废水处理方法 |
-
2024
- 2024-01-23 CN CN202410093921.0A patent/CN117756235A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108744993A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-06 | 大连海事大学 | 一种动态电化学沉积制备电催化炭膜的方法 |
| CN109517167A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-26 | 西安工程大学 | 一种聚苯胺/活性炭复合材料的制备方法及测试方法 |
| CN109607746A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-12 | 天津工业大学 | 一种基于炭膜的新型电芬顿的装置、方法及其应用 |
| CN111960602A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-20 | 大连理工大学 | 一种电絮凝/电化学氧化耦合工艺处理电镀废水的方法 |
| CN115124122A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-30 | 中国人民解放军总医院 | 臭氧电催化膜联合深度处理医疗污水的工艺和系统 |
| CN115477385A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-12-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于导电颗粒-弱电场协同强化的无清洗型污水处理装置及应用方法 |
| CN116874043A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-10-13 | 天津工业大学 | 电化学双膜反应器及基于电化学双膜反应器的废水处理方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| HONGSEN HUI等: "A three-stage fixed-bed electrochemical reactor for biologically treated landfill leachate treatment", CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, 16 February 2019 (2019-02-16), pages 1 - 4 * |
| XIAOHUI LI等: "An active electro-Fenton PVDF/SS/PPy cathode membrane can remove contaminant by filtration and mitigate fouling by pairing with sacrificial iron anode", JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE, 1 April 2020 (2020-04-01), pages 1 - 11 * |
| YUE YANG等: "Polyaniline derived carbon membrane and its in-situ membrane fouling mitigation performance in MBR based on metal-free electro-Fenton", WATER RESEARCH, 9 May 2022 (2022-05-09), pages 1 - 11 * |
| 周安然等: "膜过滤耦合高级氧化技术去除水中抗生素的研究进展", 膜科学与技术, 28 February 2019 (2019-02-28), pages 110 - 115 * |
| 水工业市场杂志: ""十一五"水处理关键技术与工程应用案例大全", 31 October 2010, pages: 73 - 74 * |
| 潘宗林等: "煤基中空板式炭膜的研制及其在含酚废水处理中的应用", 洁净煤技术, 30 November 2021 (2021-11-30), pages 193 - 199 * |
| 韩倩等: "煤基炭膜处理废水的研究进展", 洁净煤技术, 30 November 2023 (2023-11-30), pages 49 - 57 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118851415A (zh) * | 2024-07-08 | 2024-10-29 | 大连海事大学 | 一种倒极电化学炭膜生物反应器及其应用 |
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