一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器，屬于環(huán)境工程中廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器將電化學(xué)電解電極耦合到正滲透膜反應(yīng)池的原料液池一側(cè)，不銹鋼網(wǎng)陰極和鈦網(wǎng)涂覆銥鉭錫活性層陽極分別置于原料液池中部位置和遠離正滲透膜的池壁位置，各個部件之間通過硅膠墊道密封。該一體化電化學(xué)反應(yīng)器可作為城市污水處理廠二級處理單元后的深度處理裝置，同步完成二級出水中新興有機污染物的截留和濃縮液中污染物的降解，解決正滲透濃縮液需后續(xù)的處理的難題。同時，該一體化電化學(xué)反應(yīng)器出水可被回收利用。該發(fā)明對于促進水生態(tài)健康和飲用水安全，以及緩解淡水資源短缺問題具有重要意義。
【專利說明】一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反
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【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及污水處理及中水回用技術(shù)，特別涉及一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器，用于對城市污水中難以生物降解的新興有機污染物的去除，同時，反應(yīng)器出水可被回收利用。

【背景技術(shù)】
[0002]水資源短缺已經(jīng)上升為全球性危機，更是我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要掣肘，將污水直接回用做飲用水是解決缺水問題的重要途徑之一。
[0003]正滲透(Forward osmosis, FO)是僅依靠滲透壓驅(qū)動的膜分離過程，水分子自發(fā)地通過半透膜從水化學(xué)勢高的原料液部分滲透到水化學(xué)勢低的汲取液部分，可用于從污水直接提取飲用水，近年來已經(jīng)呈現(xiàn)逐漸取代壓力驅(qū)動型膜技術(shù)的趨勢。與反滲透(Reserveosmosis, R0)相比，F(xiàn)O無需外加壓力，更加節(jié)能；水回收率更高；無濃鹽水排放，環(huán)境友好；膜污染更低。鑒于FO所具有的顯著優(yōu)勢，研宄者已經(jīng)開展多角度、深層次的理論研宄和實踐探索，在食品、醫(yī)藥、能源、污水提純及海水淡化領(lǐng)域有很多成功的嘗試。在飲用水稀缺的情況下，軍隊及緊急救援所用到的水合袋是FO商業(yè)化應(yīng)用之一。2011年美國亞特蘭蒂斯號航天飛機完成FO在微重力環(huán)境下從污水、尿液中直接提取飲用水研宄，認定FO是能夠為深空探索提供淡水來源的重要技術(shù)手段。
[0004]近年來，隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)境安全意識的增強，新興有機污染物(Emerging Organic Contaminants, EOCs)在水環(huán)境中的出現(xiàn)引起人們的廣泛關(guān)注。典型的EOCs有抗生素、內(nèi)分泌干擾物、個人護理用品等，雖然其在水環(huán)境中的檢測濃度通常為納克級或微克級，但已有報道表明，EOCs在自然環(huán)境中的長期存在，會對一些生物的生長與繁殖產(chǎn)生不利影響，還可能誘導(dǎo)產(chǎn)生抗藥性細菌。城市污水處理廠(Wastewater TreatmentPlants, WWTPs)被公認是環(huán)境中EOCs的重要來源之一，因為目前的傳統(tǒng)污水處理工藝并不能有效地去除污水中的EOCs。在WffTPs 二級處理單元之后增設(shè)針對EOCs的減排工藝單元是控制EOCs向環(huán)境中排放的有效可行方案。
[0005]采用正滲透膜截留去除水中的EOCs成為當前的熱點研宄課題。到目前為止，主要的研宄機構(gòu)有:澳大利亞伍倫貢大學(xué)Nghiem教授課題組、美國科羅拉多礦業(yè)大學(xué)Cath教授課題組和比利時根特大學(xué)Verliefde教授的課題組等。從他們的研宄報道中可知，正滲透膜對EOCs的有效截留已經(jīng)得到證實，然而，在采用正滲透膜處理含EOCs污水時面臨著一個尚未解決的問題，即正滲透濃縮液的處理。
[0006]電化學(xué)氧化技術(shù)(Electrochemical Oxidat1n, E0)是利用電極材料在外加電場作用下產(chǎn)生高氧化電勢，從而將污染物降解的過程。電化學(xué)氧化技術(shù)具有如下優(yōu)點:不需要額外添加其他化學(xué)試劑，從而不會造成二次污染；操作簡單易放大；可控制性強等，因此被認為是環(huán)境友好的污染治理技術(shù)。目前，已被用于多種工業(yè)廢水的凈化處理研宄當中，如印染廢水、制革廢水、奶制品加工廢水等。目前為止，尚未見電化學(xué)氧化技術(shù)處理正滲透濃縮液的研宄報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器，用于去除污水處理廠二級出水當中的EOCs，同時解決正滲透濃縮液需后續(xù)處理的難題。該反應(yīng)器能夠有效去除污水處理廠二級出水當中的新興有機污染物，與傳統(tǒng)的正滲透膜反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器對EOCs的截留率更高，并且在膜過濾的同時實現(xiàn)了對濃縮液中EOCs的同步電化學(xué)氧化降解。該反應(yīng)器不僅能夠?qū)OCs徹底去除，實現(xiàn)污水處理廠EOCs的零排放，同時高品質(zhì)膜出水可被回收利用。該發(fā)明對于促進水生態(tài)健康和飲用水安全，以及緩解淡水資源短缺問題具有重要意義。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器設(shè)有由膜片分隔的原料液池和汲取液池，膜片為正滲透膜。原料液池包括頂蓋、陽極、陰極，頂蓋設(shè)有原料液的進水口和出水口，陽極為鈦網(wǎng)涂覆銥鉭錫活性層電極(TiArO2-Ta2O5-SnO2)，位于遠離正滲透膜的池壁位置，陰極為不銹鋼網(wǎng)電極位于原料液池側(cè)中部位置，陰陽兩極平行相對，每兩個部件間設(shè)有硅膠墊道，各部件依次固定密封；底蓋設(shè)有汲取液池的進水口和出水口，底蓋和膜片之間也有硅膠墊道，用于固定密封。原料液池中的原料液和汲取液池中的汲取液分別依靠兩個蠕動泵循環(huán)流動，二者流向相反。
[0010]a)該一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器是將電化學(xué)電極耦合到正滲透膜池的原料液池一側(cè)構(gòu)成；
[0011]b)該一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器內(nèi)陽極與陰極分別為鈦網(wǎng)涂覆銥鉭錫活性層電極和不銹鋼網(wǎng)電極；
[0012]c)該一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器中不銹鋼網(wǎng)陰極置于原料液池側(cè)中部位置，鈦網(wǎng)涂覆銥鉭錫活性層陽極置于原料液池遠離正滲透膜的池壁位置，兩電極平行相對，電極與池壁通過硅膠墊道密封。
[0013]該反應(yīng)器作為城市污水處理廠二級處理單元后的深度處理裝置，同步完成二級出水中新興有機污染物的截留和濃縮液中污染物的降解。
[0014]典型的新興有機污染物包括抗生素、內(nèi)分泌干擾物和個人護理用品等。
[0015]原料液為污水處理廠(WffTPs)的二級出水，汲取液可選用海水。汲取液的儲液罐放置在電子天平上，其重量隨時間的變化通過軟件自動采集。電化學(xué)電解所需能量由直流電源提供。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017](I)該反應(yīng)器結(jié)合了正滲透膜過濾過程和電化學(xué)氧化各自的優(yōu)點，實現(xiàn)了膜過濾與電化學(xué)氧化的協(xié)同耦合作用，解決了正滲透濃縮液需后續(xù)處理的難題。該方法有利于促進水污染控制技術(shù)的節(jié)能降耗和可持續(xù)發(fā)展。
[0018](2)本發(fā)明的一體化反應(yīng)器構(gòu)造簡單，運行靈活，操作方便，在去除城市生活污水中的新興有機污染物以及實現(xiàn)污水回用領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的運行流程圖。
[0021]圖中:1頂蓋；2硅膠墊道；3陽極；4陰極；5膜片；6底蓋；
[0022]7攪拌器；8原料液儲液罐；9原料液管路；10原料液輸送泵；
[0023]11 一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器；12 —體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器原料液池；
[0024]13 一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器汲取液池；14電源；15電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0025]16汲取液輸送泵；17汲取液儲液罐；18汲取液管路。

【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0027]該一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器可作為城市污水處理廠二級處理單元后的深度處理裝置。諾氟沙星、甲氧芐氨嘧啶、磺胺甲噁唑和羅紅霉素四種新興有機污染物的濃度在134-1311 ng L—1范圍內(nèi)的二級出水置于原料液儲罐8中，由原料液輸送泵10輸送到一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器11的原料液池12，經(jīng)汲取液池13中汲取液與原料液間滲透壓差作用，原料液中水分子自發(fā)進入汲取液池13中。原料液中新興有機污染物被正滲透膜5截留，并由原料液池側(cè)的陽極3氧化降解。在電流密度為ImA/cm2，汲取液為2M NaCl，正滲透膜活性層朝向原料液一側(cè)，水力停留時間為12小時條件下，反應(yīng)器出水和濃縮液中新興有機污染物的濃度均低于儀器檢測限。
【權(quán)利要求】
1.一種去除污水中新興有機污染物的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器，其特征在于: a)電化學(xué)電極耦合到正滲透膜池的原料液池一側(cè)； b)陽極與陰極分別為鈦網(wǎng)涂覆銥鉭錫活性層電極和不銹鋼網(wǎng)電極； c)不銹鋼網(wǎng)陰極置于原料液池側(cè)中部位置，鈦網(wǎng)涂覆銥鉭錫活性層陽極置于原料液池遠離正滲透膜的池壁位置，兩電極平行相對，電極與池壁通過硅膠墊道密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化電化學(xué)正滲透反應(yīng)器，其特征在于:該反應(yīng)器作為城市污水處理廠二級處理單元后的深度處理裝置，同步完成二級出水中抗生素等新興有機污染物的截留和濃縮液中污染物的降解。
【文檔編號】C02F1/44GK104495986SQ201410789179
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】張捍民, 劉鵬霄 申請人:大連理工大學(xué)