CN2016103896566同步脱盐除有机物的污水处理方法及装置公开号106044967

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201610389656.6(22)申请日2016.06.03(71)申请人北京林业大学地址100083北京市海淀区清华东路35号申请人清华大学(72)发明人梁帅　黄霞　左魁昌　(74)专利代理机构深圳市鼎言知识产权代理有限公司44311代理人王赛(51)Int.Cl.C02F1/469(2006.01)(54)发明名称同步脱盐除有机物的污水处理方法及装置(57)摘要本发明公开了一种同步脱盐除有机物的污水处理装置，包括污水处理池及两个相对且间隔设置的复合电极，所述两个复合电极用于分别连接外加电源的正极和负极，所述污水处理池被所述两个复合电极分割成脱盐除污室和清水室，所述脱盐除污室位于所述两个复合电极之间，所述清水室位于所述两个复合电极外侧，每个复合电极包括层叠设置的超（微）滤膜层和导电材料层，所述两个复合电极的超（微）滤膜层相对设置。本发明还公开了一种同步脱盐除有机物的污水处理方法。权利要求书1页说明书6页附图3页CN106044967A2016.10.26CN106044967A1.一种同步脱盐除有机物的污水处理装置，包括污水处理池及两个相对且间隔设置的复合电极，所述两个复合电极用于分别连接外加电源的正极和负极，所述污水处理池被所述两个复合电极分割成脱盐除污室和清水室，所述脱盐除污室位于所述两个复合电极之间，所述清水室位于所述两个复合电极外侧，每个复合电极包括层叠设置的超（微）滤膜层和导电材料层，所述两个复合电极的超（微）滤膜层相对设置。2.如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述超（微）滤膜层的材料可以选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚丙烯腈中、陶瓷膜及金属膜中的至少一种。3.如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述超（微）滤膜层的表面孔径为10纳米至1微米。4.如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述导电材料层的材料为活性炭、碳纳米管及碳气凝胶中的至少一种。5.如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述脱盐除污室内不填充任何材料，或者所述同步脱盐除有机物的污水处理装置进一步包括填充在所述脱盐除污室内的离子交换树脂、三维电极材料及催化剂中的一种或多种。6.如权利要求5所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述三维电极为活性炭或金属氧化物。7.如权利要求5所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述催化剂为金属或金属氧化物。8.如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置，其特征在于，所述两个复合电极间隔距离为0.1mm至10mm。9.一种同步脱盐除有机物的污水处理方法，包括以下步骤：（a）安装如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置；（b）输送污水进入所述脱盐除污室，启动外加电源在脱盐除污室两侧的复合电极上分别施加正负电压施加负电压的复合电极为阴极，施加正电压的复合电极为阳极，从而形成电场，使污水中的阳离子在电场驱动作用下向阴极方向移动，阴离子在电场驱动力作用下向阳极方向移动，阳离子和阴离子被分别吸附在阴极和阳极表面，实现脱盐过程；以及（c）使污水中的水分子在脱盐除污室与清水室之间跨膜压差的作用下，依次穿过复合电极的超（微）滤膜层和导电材料层进入清水室，最终从所述同步脱盐除有机物的污水处理装置排出，污水中的有机污染物被超（微）滤膜层截留在脱盐除污室内，实现有机污染物的去除。10.如权利要求9所述的同步脱盐除有机物的污水处理方法，其特征在于，所述正电压与负电压之间的电压差为0.1V至2.2 V。11.如权利要求9所述的同步脱盐除有机物的污水处理方法，其特征在于，与脱盐除污室连接的进水口的流速为0.5 mL/(min·cm2)至20 mL/(min·cm2)。12.如权利要求9所述的同步脱盐除有机物的污水处理方法，其特征在于，与清水室连接的出水口的流速为0.01 mL/(min·cm2)至1.6 mL/(min·cm2)。13.如权利要求9所述的同步脱盐除有机物的污水处理方法，其特征在于，进一步包括在所述脱盐除污室内填充离子交换树脂、三维电极材料及催化剂中的一种或多种的步骤。权　利　要　求　书1/1页2CN106044967A2同步脱盐除有机物的污水处理方法及装置技术领域[0001]本发明属于污水处理与水资源回用领域，具体涉及一种同步脱盐除有机物的污水处理方法及装置。背景技术[0002]目前，国内外均面临着严重的水环境问题，主要体现在水污染严重和水资源短缺两个方面，已成为制约经济和社会可持续发展的主要因素之一。为缓解水环境危机，需要从供水来源开发和水污染控制两个角度入手。污水再生利用在降低污水排放量的同时，提供了一种新的水资源来源，具有成本低、潜力大、适用性广和环境友好等特点，是解决当前水环境问题的切实有效的措施之一。[0003]膜分离技术，包括微滤、超滤、纳滤及渗透等，通过过滤截留，选择性地将水资源从复杂水体中稳定、高效地分离出来，是近年来最受关注的污水回用技术之一。其中，超（微）滤技术可以在适宜条件下实现对污水中的微生物、细菌、污染物微粒、胶体以及部分溶解性有机物的高效去除，被广泛应用于市政污水和工业废水的深度处理，以及海水淡化等多个领域，是应用最为广泛的膜分离技术之一。[0004]然而，膜污染的发生会显著降低膜通量、增加运行能耗，始终制约着膜法水处理技术的进一步推广发展。在膜法水处理系统中，待分离污染物普遍呈现负电性，在外加电场的作用下可以发生定向移动。根据这一原理，在膜过滤过程中合理布设外加电场，借助电场作用力驱使污染物向远离膜表面的方向移动，可以实现对膜污染的有效控制，改善超（微）滤水处理工艺的运行效果。[0005]在超（微）滤污水回用领域，污水中有机污染物的去除是以往关注的热点，然而污水中无机盐分的去除同样重要。目前，污水回用水的主要应用领域包括地表灌溉、工业回用和地下水回灌等，回用水中过高的盐分会导致土壤盐渍化、生产设备结垢等一系列问题。近年来，污水回用过程中的盐分去除需求愈加紧迫。传统的脱盐工艺，如反渗透和热蒸馏等，具有能耗高、工艺复杂和操作难度高等缺点，难以迎合可持续发展的需求。[0006]电吸附脱盐工艺基于电化学双电层理论，在外加电源辅助下利用电极的电化学特性实现水中离子和有机物的去除，是一种全新的、具有可持续发展特征的水处理工艺，在处理效率、能耗、运行维护以及环境友好等方面有着显著的优势，应用发展前景广阔。然而，采用电吸附脱盐工艺直接进行污水回用处理，装置中的电极极易受到污水中的有机污染物的污染，而使得运行效率降低。发明内容[0007]有鉴于此，确有必要提供一种同步脱盐除有机物的污水处理方法及装置，旨在解决现有水回用工艺流程复杂、运行能耗高、不可持续发展的问题。[0008]一种同步脱盐除有机物的污水处理装置，包括污水处理池及两个相对且间隔设置的复合电极，所述两个复合电极用于分别连接外加电源的正极和负极，所述污水处理池被说　明　书1/6页3CN106044967A3所述两个复合电极分割成脱盐除污室和清水室，所述脱盐除污室位于所述两个复合电极之间，所述清水室位于所述两个复合电极外侧，每个复合电极包括层叠设置的超（微）滤膜层和导电材料层，所述两个复合电极的超（微）滤膜层相对设置。[0009]一种同步脱盐除有机物的污水处理方法，包括以下步骤：（a）安装如权利要求1所述的同步脱盐除有机物的污水处理装置；（b）输送污水进入所述脱盐除污室，启动外加电源在脱盐除污室两侧的复合电极上分别施加正负电压，施加负电压的复合电极为阴极，施加正电压的复合电极为阳极，从而形成电场，使污水中的阳离子在电场驱动作用下向阴极方向移动，阴离子在电场驱动力作用下向阳极方向移动，阳离子和阴离子被分别吸附在阴极和阳极表面，实现脱盐过程；以及（c）使污水中的水分子在脱盐除污室与清水室之间跨膜压差的作用下，依次穿过复合电极的超（微）滤膜层和导电材料层进入清水室，最终从所述同步脱盐除有机物的污水处理装置排出，污水中的有机污染物被超（微）滤膜层截留在脱盐除污室内，实现有机污染物的去除。[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果为：结合超（微）滤和电吸附脱盐各自特点，实现污水中有机污染物和盐分的同步去除，电吸附脱盐所需电场有利于超（微）滤膜层膜污染的减缓，超（微）滤膜层的存在保护电极免于有机污染物的污染，形成一种流程简单、能效高、模块化程度高、稳定性好、适应性好，环境友好和可持续发展的绿色新型工艺。所述同步脱盐除有机物的污水处理装置和方法不仅有效缩短了工艺流程，降低运行成本，且运行效果显著优于单一工艺的独立运行效果。附图说明[0011]图1为本发明同步脱盐除有机物的污水处理装置的结构及原理示意图。[0012]图2为本发明实施例复合电极的制备方法的示意图。[0013]图3为本发明实施例同步脱盐除有机物的污水处理装置对不同分子量的模型物质的截留性能测试图。[0014]图4为本发明实施例同步脱盐除有机物的污水处理装置在不同电压条件下对1 g/L NaCl溶液的多周期脱盐效果测试图。[0015]图5为本发明实施例同步脱盐除有机物的污水处理装置对实际废水的脱盐效果测试图。[0016]图6为本发明实施例同步脱盐除有机物的污水处理装置对模型有机物废水的电催化降解污染物效果测试图。[0017]图7为本发明实施例同步脱盐除有机物与脱盐、过滤分别独立运行效果的对比图。[0018]主要元件符号说明同步脱盐除有机物的污水处理装置100污水处理池10脱盐除污室12清水室14复合电极20超（微）滤膜层22说　明　书2/6页4CN106044967A4导电材料层24外加电源30有机污染物40基板50铸膜液液膜52污水处理装置200污水处理池210有机物截留室212脱盐室214如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式[0019]以下将结合附图对本发明的同步脱盐除有机物的污水处理方法及装置作进一步的详细说明。[0020]请参阅图1，本发明实施例首先提供一种同步脱盐除有机物的污水处理装置100，包括污水处理池10及两个相对且间隔设置的复合电极20，所述两个复合电极20用于分别连接外加电源30的正极和负极，所述污水处理池10被所述两个复合电极20分割成脱盐除污室12和清水室14，所述脱盐除污室12位于所述两个复合电极20之间，所述清水室14位于所述两个复合电极20外侧，每个复合电极20包括层叠设置的超（微）滤膜层22和导电材料层24，所述两个复合电极20的超（微）滤膜层22相对设置。[0021]所述两个复合电极20可相互平行设置，间隔距离可以为0.1 mm至10 mm。所述脱盐除污室12由所述两个复合电极的超（微）滤膜层22相对形成。所述两个复合电极20可设置在所述污水处理池10中间位置，形成两个清水室14。所述脱盐除污室12位于所述两个清水室14之间。所述同步脱盐除有机物的污水处理装置100可进一步包括与所述脱盐除污室12连通的入水口和与所述清水室14连通的出水口。[0022]所述复合电极20的超（微）滤膜层22和导电材料层24可直接接触设置，所述复合电极20可仅由所述超（微）滤膜层22和导电材料层24组成。所述复合电极20能够使水分子通过，所述脱盐除污室12和所述清水室14仅通过所述复合电极20实现流体连通。[0023]请参阅图2，在优选的实施例中，所述复合电极20通过原位复合法制备，包括在基板50上涂覆铸膜液液膜52；将导电材料层24覆盖在该铸膜液液膜52表面；将该铸膜液液膜52进行非溶剂诱导相转化成膜，从而在所述导电材料层24原位形成所述超（微）滤膜层22，从基板50上分离得到所述复合电极20。[0024]所述超（微）滤膜层22（即超滤膜或微滤膜）可以是有机高分子膜或无机膜，所述超（微）滤膜层22的材料可以选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚丙烯腈中