CN119219134B - 一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高盐有机废水处理技术领域，特别涉及一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，包括堆栈系统和直流电源，堆栈系统包括刚性阳极板和刚性阴极板，刚性阴极板与刚性阳极板之间依次排列若干堆栈单元，相邻堆栈单元之间设置有柔性双极板，直流电源的正极连接刚性阳极板的阳极电流输入端以及柔性双极板的双极板阳极电流输入端，直流电源的负极连接刚性阴极板的阴极电流输入端以及柔性双极板的双极板阴极电流输入端。在外加电场作用下，盐阳离子与盐阴离子发生定向迁移，分别通过阴阳离子交换膜进入盐液室，达到回收盐的目的，同时废水中的有机污染物被降解及盐分被脱除，提高后续废水的生化处理的效率。

Description

一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置

技术领域

本发明涉及高盐有机废水处理技术领域，特别涉及一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置。

背景技术

在工业废水领域中，含盐有机废水引起的环境污染尤为突出，且存在废水水量大、成分复杂、治理难度大等问题。由于此类废水中含有机物成分复杂，其中含有的有机物不具备回收价值，因此生化处理仍是最为经济有效的手段之一。

对于常规生化处理，此类废水高浓度的盐会抑制微生物活性，降低生化处理效率，严重时会导致微生物脱水死亡而使生化难以运行。工业上通常采用多效蒸发盐结晶方法去除高盐难降解有机废水中的盐分，但运行费用高，固体盐产物通常为危险废物，为后续处理增加难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，旨在实现高盐有机废水的高效处理，回收废水中盐，同时降解废水中的有机物，提高废水可生化性，降低该类废水处理成本。

为了解决上述的技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，包括堆栈系统和直流电源，所述堆栈系统包括阳极夹紧板以及阴极夹紧板，所述阳极夹紧板的一端安装有刚性阳极板，所述阴极夹紧板的一端安装有刚性阴极板，所述刚性阴极板与刚性阳极板之间依次排列若干相通的堆栈单元，相邻所述堆栈单元之间设置有相通的柔性双极板，每一所述堆栈单元均包括三组相堆叠的柔性隔板，其中一相邻的柔性隔板之间设置有阳离子交换膜，另一相邻的柔性隔板之间设置有阴离子交换膜，所述柔性隔板的内腔嵌有一层丝网，位于中间的柔性隔板与其两侧柔性隔板的朝向相反，所述直流电源的正极连接刚性阳极板的阳极电流输入端以及柔性双极板的双极板阳极电流输入端，所述直流电源的负极连接刚性阴极板的阴极电流输入端以及柔性双极板的双极板阴极电流输入端。

优选的，所述刚性阳极板包括绝缘的第一刚性边框，所述第一刚性边框的一端内腔有阳极本体，所述阳极电流输入端设置在第一刚性边框的一侧并连接至阳极本体，所述第一刚性边框的下端设置有非贯穿的废水进水孔和盐液进水孔，所述第一刚性边框的底部设置有连通废水进水孔的废水进水管以及连通盐液进水孔的盐液进水管。

优选的，所述柔性隔板包括绝缘的第一柔性边框，所述丝网内嵌在第一柔性边框的内腔，所述第一柔性边框的上端设置有两组贯穿式的第一集水孔，其中一所述第一集水孔与第一柔性边框的内腔连通，所述第一柔性边框的下端设置有两组贯穿式的第一布水孔，其中一所述第一布水孔与第一柔性边框的内腔连通，两组所述第一布水孔分别正对废水进水孔和盐液进水孔。

优选的，所述柔性双极板包括绝缘的第二柔性边框，所述第二柔性边框的两端分别内嵌有阳极本体和阴极本体，所述双极板阴极电流输入端设于第二柔性边框的一侧并连接阴极本体，所述双极板阳极电流输入端以及双极板阴极电流输入端设于第二柔性边框的一侧并对应连接至阳极本体和阴极本体，所述第二柔性边框的上端设置有两组贯穿式的第二集水孔，所述第二集水孔与第一集水孔一一对应，所述第二柔性边框的下端设置有两组贯穿式的第二布水孔，所述第二布水孔与第一布水孔一一对应。

优选的，所述刚性阴极板包括绝缘的第二刚性边框，所述第二刚性边框的一端内嵌有阴极本体，所述阴极电流输入端设置在第二刚性边框的一侧并连接至阴极本体，所述第二刚性边框的上端设置有非贯穿并对应第二集水孔的盐液出水孔和废水出水孔，所述第二刚性边框的顶部设置有连通盐液出水孔的盐液出水管以及连通废水出水孔的废水出水管。

优选的，还包括盐液循环系统和废水循环系统，所述刚性阳极板或柔性双极板与相邻的阳离子交换膜之间形成阳极室，所述刚性阴极板或柔性双极板与相邻的阴离子交换膜之间形成阴极室，所述阴离子交换膜与相邻的阳离子交换膜之间形成盐液室，所述盐液室内的溶液进入盐液循环系统，所述阳极室和阴极室内的溶液进入废水循环系统。

优选的，所述直流电源提供的电流密度为0mA/cm²～100mA/cm²。

优选的，所述刚性阳极板的电极材质为钛涂钌，所述刚性阴极板的电极材质为不锈钢。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

在外加电场作用下，盐阳离子与盐阴离子发生定向迁移，分别通过阴阳离子交换膜进入盐液室，达到回收盐的目的，同时废水中的盐分被脱除，提高后续废水的生化处理的效率。高盐有机废水中的有机物在电极表面发生降解反应，大分子有机物变为小分子有机物，从而提高废水可生化性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的结构示意图；

图2为堆栈系统的结构示意图；

图3为刚性阳极板的结构示意图；

图4为柔性隔板的结构示意图；

图5为柔性双极板的结构示意图；

图6为柔性双极板的剖视图；

图7为刚性阴极板的结构示意图；

图8为刚性阴极板的剖视图；

图9为实施例1中废水室硫酸钠的含量变化图；

图10为实施例1中盐液室硫酸钠的含量变化图；

图11为实施例1中废水室苯酚的含量变化图；

图12为实施例2中废水室噻二唑的含量变化图；

图13为实施例2中废水室硫酸钾的含量变化图；

图14为实施例2中盐液室硫酸钾的含量变化图。

图中：1-堆栈系统，2-盐液循环系统，3-盐液储罐，4-盐液循环泵，5-直流电源，6-废水循环泵，7-废水储罐，8-废水循环系统，9-阳极夹紧板，10-刚性阳极板，11-柔性双极板，12-阴极夹紧板，13-刚性阴极板，14-阴离子交换膜，15-阳离子交换膜，16-阴极室，17-盐液室，18-阳极室，19-阳极本体，20-盐液进水孔，21-盐液进水管，22-废水进水管，23-废水进水孔，24-阳极电流输入端，25-柔性隔板，26-第一布水孔，27-丝网，28-第一集水孔，29-第二布水孔，30-双极板阳极电流输入端，31-第二集水孔，32-阴极本体，33-阴极电流输入端，34-盐液出水孔，35-盐液出水管，36-废水出水管，37-废水出水孔。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，包括堆栈系统1、盐液循环系统2、直流电源5和废水循环系统8。盐液循环系统2包括盐液储罐3和盐液循环泵4，废水循环系统8则包括废水储罐7和废水循环泵6。

堆栈系统1的左端为阳极夹紧板9，右端为阴极夹紧板12。阳极夹紧板9朝向阴极夹紧板12的一端安装有刚性阳极板10，阴极夹紧板12朝向阳极夹紧板9的一端安装有刚性阴极板13。在刚性阴极板13和刚性阳极板10之间，依次排列有多个相通的堆栈单元，相邻堆栈单元之间设置有相通的柔性双极板11。

每一堆栈单元均由阳离子交换膜15、阴离子交换膜14和三组相堆叠的柔性隔板25组成，形成一个“柔性隔板25-阳离子交换膜15-柔性隔板25-阴离子交换膜14-柔性隔板25”的独特“三明治”结构。

刚性阳极板10（或柔性双极板11，当阳离子交换膜15与柔性双极板11的阳极侧相邻时）与相邻的阳离子交换膜15之间形成阳极室18，刚性阴极板13（或柔性双极板11，当阴离子交换膜14与柔性双极板11的阴极侧相邻时）与相邻的阴离子交换膜14之间形成阴极室16，阳极室18和阴极室16共同组成废水室，阴离子交换膜14与相邻的阳离子交换膜15之间形成盐液室17。

刚性阳极板10包括第一刚性边框和阳极电流输入端24，第一刚性边框的一端设有内腔，内腔当中嵌有阳极本体19。阳极电流输入端24设置在第一刚性边框的一侧，并与阳极本体19相连，为阳极本体19提供稳定的电流输入。第一刚性边框的下端设置有非贯穿的废水进水孔23和盐液进水孔20，第一刚性边框的底部设置有连通废水进水孔23的废水进水管22以及连通盐液进水孔20的盐液进水管21。

柔性隔板25包括第一柔性边框和丝网27，丝网27内嵌在第一柔性边框的内腔中，起到过滤的作用，避免大颗粒物质污染离子交换膜。丝网27通常由耐腐蚀、高强度的金属丝或合成纤维制成，如不锈钢丝、聚酯纤维等。第一柔性边框的上端设置有两组贯穿式的第一集水孔28，其中一第一集水孔28与第一柔性边框的内腔连通。第一柔性边框的下端设置有两组贯穿式的第一布水孔26，其中一第一布水孔26与第一柔性边框的内腔连通，两组第一布水孔26分别正对废水进水孔23（与连通第一柔性边框内腔的第一布水孔26正对）和盐液进水孔20。在“三明治”结构中，位于中间的柔性隔板25与其两侧柔性隔板25的朝向相反。如图4中，连通第一柔性边框内腔的第一布水孔26在左侧，但中间的柔性隔板25则在右侧，第一集水孔28同理。

柔性双极板11包括第二柔性边框，第二柔性边框的两端分别内嵌有阳极本体19和阴极本体32，第二柔性边框的一侧设置有连接其上阴极本体32的双极板阴极电流输入端和连接其上阳极本体19的双极板阳极电流输入端30。第二柔性边框的上端设置有两组贯穿式的第二集水孔31，第二集水孔31与第一集水孔28一一对应。第二柔性边框的下端设置有两组贯穿式的第二布水孔29，第二布水孔29与第一布水孔26一一对应。

刚性阴极板13包括第二刚性边框和阴极电流输入端33，第二刚性边框的一端内嵌有阴极本体32，阴极电流输入端33设置在第二刚性边框的一侧，并连接至阴极本体32。第二刚性边框的上端设置有非贯穿并对应第二集水孔31的盐液出水孔34和废水出水孔37，第二刚性边框的顶部设置有连通盐液出水孔34的盐液出水管35以及连通废水出水孔37的废水出水管36。

阳极本体19的材质为钛涂钌，阴极本体32的材质为不锈钢。第一刚性边框、第一柔性边框、第二柔性边框和第二刚性边框均由绝缘材料（如橡胶、塑料或其他合成材料）制成，能够有效隔离电流，确保电流不会通过边框泄漏，避免短路或电击等安全隐患。如采用橡胶时，当边框挤压堆叠时，接触面的形变可以填充部件之间的微小间隙，增强密封效果，减少液体渗漏的可能性。

直流电源5为恒流源，提供的电流密度为0mA/cm²～100mA/cm²。直流电源5的正极连接刚性阳极板10的阳极电流输入端24以及柔性双极板11的双极板阳极电流输入端30，直流电源5的负极连接刚性阴极板13的阴极电流输入端33以及柔性双极板11的双极板阴极电流输入端。

储存于废水储罐7的废水，在废水循环泵6的作用下，经由废水管路从废水进水管22进入堆栈系统1中，堆栈系统1中的废水通过柔性隔板25下方的第一布水孔26向阴极室16、阳极室18中均匀布水。在电场作用下，阳极室18中的阳离子穿过阳离子交换膜15准备迁移到相邻的阴极室16，但被阴离子交换膜14拦下，因此阳离子停留在盐液室17内。同理，阴极室16中的阴离子通过阴离子交换膜14运动至盐液室17，与阳离子在盐液室17中形成盐溶液。经堆栈系统1处理后，阴极室16、阳极室18中的出水由柔性隔板25的第一集水孔28导出，并经刚性阴极板13上的废水出水管36流出，由废水回流管路进入废水储罐7，完成一个废水处理循环，如此往复多次循环以保证高盐有机废水预处理的效果。

盐液室17中的盐溶液，由柔性隔板25的第一集水孔28（该柔性隔板25位于阳离子交换膜15和阴离子交换膜14之间，连通柔性隔板25内腔的第一集水孔28的位置与图4中相反）导出，并经刚性阴极板13上的盐液出水管35流出，由盐液回流管路进入废水储罐7。然后，在盐液循环泵4的作用下经由盐液管路从盐液进水孔20重新进入堆栈系统1，完成一个盐液浓缩循环，如此往复多次循环以保证高盐有机废水预处理的效果。

在处理过程中，低压直流电对水进行电解，水分子被部分氧化成臭氧，臭氧与水分子直接作用，产生过氧化氢，将有机大分子物质被降解呈小分子物质，从而提高废水处理效果。

实施例1

采用本发明处理苯酚废水。废水室内的溶液为含硫酸钠的苯酚废水，其中苯酚浓度为808mg/L，硫酸钠含量为1462mg/L，共1000mL，装置运行过程中苯酚废水单独循环流动。盐液室17溶液为含硫酸钠的稀溶液，其中硫酸钠含量为155mg/L，共1000mL，装置运行过程中硫酸钠稀溶液单独循环流动。在电流密度为10mA/cm²的条件下，废水室中溶液经处理30min后，苯酚废水脱盐率可达到81.87%，苯酚降解率高达98.95%，盐液室17中硫酸钠浓度高达1326mg/L，苯酚含量低至0.36mg/L。

实施例2

采用本发明处理噻二唑废水。废水室溶液为含硫酸钾的噻二唑废水，其中噻二唑含量为486.91mg/L，硫酸钾含量为34950mg/L，共1000mL，噻二唑废水单独循环流动。盐液室17溶液为含硫酸钾的稀溶液，硫酸钾含量为1770mg/L，共1000mL，硫酸钾稀溶液循环流动。在电流密度为50mA/cm²的条件下，废水室中溶液经处理180min后，废水脱盐率为84.55%，噻二唑降解率为97.64%，盐液室17中硫酸钾含量为29690mg/L，噻二唑含量为199.60mg/L。

依照本发明如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：包括堆栈系统（1）和直流电源（5），所述堆栈系统（1）包括阳极夹紧板（9）以及阴极夹紧板（12），所述阳极夹紧板（9）的一端安装有刚性阳极板（10），所述阴极夹紧板（12）的一端安装有刚性阴极板（13），所述刚性阴极板（13）与刚性阳极板（10）之间依次排列若干相通的堆栈单元，相邻所述堆栈单元之间设置有相通的柔性双极板（11）；每一所述堆栈单元均由阳离子交换膜（15）、阴离子交换膜（14）以及三组柔性隔板（25）组成，形成柔性隔板（25）-阳离子交换膜（15）-柔性隔板（25）-阴离子交换膜（14）-柔性隔板（25）的三明治结构，每一所述柔性隔板（25）的内腔均嵌有一层丝网（27），位于三明治结构中间的柔性隔板（25）与其两侧柔性隔板（25）的朝向相反；所述直流电源（5）的正极连接刚性阳极板（10）的阳极电流输入端（24）以及柔性双极板（11）的双极板阳极电流输入端（30），所述直流电源（5）的负极连接刚性阴极板（13）的阴极电流输入端（33）以及柔性双极板（11）的双极板阴极电流输入端。

2.根据权利要求1所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：所述刚性阳极板（10）包括绝缘的第一刚性边框，所述第一刚性边框的一端内腔有阳极本体（19），所述阳极电流输入端（24）设置在第一刚性边框的一侧并连接至阳极本体（19），所述第一刚性边框的下端设置有非贯穿的废水进水孔（23）和盐液进水孔（20），所述第一刚性边框的底部设置有连通废水进水孔（23）的废水进水管（22）以及连通盐液进水孔（20）的盐液进水管（21）。

3.根据权利要求2所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：所述柔性隔板（25）包括绝缘的第一柔性边框，所述丝网（27）内嵌在第一柔性边框的内腔，所述第一柔性边框的上端设置有两组贯穿式的第一集水孔（28），其中一所述第一集水孔（28）与第一柔性边框的内腔连通，所述第一柔性边框的下端设置有两组贯穿式的第一布水孔（26），其中一所述第一布水孔（26）与第一柔性边框的内腔连通，两组所述第一布水孔（26）分别正对废水进水孔（23）和盐液进水孔（20）。

4.根据权利要求3所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：所述柔性双极板（11）包括绝缘的第二柔性边框，所述第二柔性边框的两端分别内嵌有阳极本体（19）和阴极本体（32），所述双极板阴极电流输入端设于第二柔性边框的一侧并连接阴极本体（32），所述双极板阳极电流输入端（30）以及双极板阴极电流输入端设于第二柔性边框的一侧并对应连接至阳极本体（19）和阴极本体（32），所述第二柔性边框的上端设置有两组贯穿式的第二集水孔（31），所述第二集水孔（31）与第一集水孔（28）一一对应，所述第二柔性边框的下端设置有两组贯穿式的第二布水孔（29），所述第二布水孔（29）与第一布水孔（26）一一对应。

5.根据权利要求4所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：所述刚性阴极板（13）包括绝缘的第二刚性边框，所述第二刚性边框的一端内嵌有阴极本体（32），所述阴极电流输入端（33）设置在第二刚性边框的一侧并连接至阴极本体（32），所述第二刚性边框的上端设置有非贯穿并对应第二集水孔（31）的盐液出水孔（34）和废水出水孔（37），所述第二刚性边框的顶部设置有连通盐液出水孔（34）的盐液出水管（35）以及连通废水出水孔（37）的废水出水管（36）。

6.根据权利要求1所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：还包括盐液循环系统（2）和废水循环系统（8），所述刚性阳极板（10）或柔性双极板（11）与相邻的阳离子交换膜（15）之间形成阳极室（18），所述刚性阴极板（13）或柔性双极板（11）与相邻的阴离子交换膜（14）之间形成阴极室（16），所述阴离子交换膜（14）与相邻的阳离子交换膜（15）之间形成盐液室（17），所述盐液室（17）内的溶液进入盐液循环系统（2），所述阳极室（18）和阴极室（16）内的溶液进入废水循环系统（8）。

7.根据权利要求1所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：所述直流电源（5）提供的电流密度为0mA/cm²～100mA/cm²。

8.根据权利要求1所述的用于高盐有机废水的多膜堆叠式电解处理装置，其特征在于：所述刚性阳极板（10）的电极材质为钛涂钌，所述刚性阴极板（13）的电极材质为不锈钢。