申請日2016.05.31

　　公開(公告)日2016.09.21

　　IPC分類號C02F1/461

　　摘要

　　本發(fā)明是一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，該污水處理裝置包括電化學(xué)過濾反應(yīng)器(1)、循環(huán)泵(2)、流量計(jì)(3)和直流電源(4)。其中：電化學(xué)過濾反應(yīng)器(1)組件由筒體(5)、支座(6)、碳納米管膜電極(7)和連接部件(8)、多孔絕緣剛性膜片(9)、多孔絕緣柔性膜片(10)，以及密封部件組成。多孔絕緣柔性膜將兩層碳納米管膜電極分開，兩層多孔絕緣剛性膜片作為電極的支撐體，將電極和電極連接部件擠壓緊密。在循環(huán)泵的抽吸或者壓送作用下，水流可以高速垂直通過電化學(xué)過濾反應(yīng)器的碳納米管膜電極，并將電極上產(chǎn)生的氣泡帶走，而不至于電極解體或者出現(xiàn)機(jī)械性損壞。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)速率高、運(yùn)行費(fèi)用低廉、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，其特征在于：該污水處理裝置包括電化學(xué)過濾反應(yīng)器(1)、循環(huán)泵(2)、流量計(jì)(3)和直流電源(4);其中，電化學(xué)過濾反應(yīng)器(1)組件由筒體(5)、支座(6)、電極(7)和連接部件(8)、多孔絕緣剛性膜片(9)、多孔絕緣柔性膜(10)，以及密封部件組成;筒體(5)與支座(6)連接，在筒體(5)與支座(6)之間固定有過濾組件，在該過濾組件中，連接部件(8)的上面設(shè)有一層電極(7)，在該電極(7)的上面設(shè)有多孔絕緣剛性膜片(9);在連接部件(8)的下面設(shè)有多孔絕緣柔性膜(10)，在多孔絕緣柔性膜(10)的下面設(shè)有在該電極(7)，在電極(7)的下面設(shè)有多孔絕緣剛性膜片(9);污廢水可以高流速垂直通過電極(7)，使污染物在一定直流電壓作用下得到高效降解。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，其特征在于：電極(7)為碳納米管膜，連接部件(8)為鈦片或不銹鋼片，可以為細(xì)長條形或P形。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，其特征在于：所述的多孔絕緣剛性膜片(9)有兩層，為微孔陶瓷膜片，作為碳納米管膜電極(7)的支撐體，將電極(7)和電極連接部件(8)擠壓緊密，保證良好的連接效果。在循環(huán)泵(2)的抽吸或者壓送作用下，水流以高速垂直通過電化學(xué)過濾反應(yīng)器的碳納米管膜電極(7)材料時(shí)，而電極不至于損壞。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，其特征在于：多孔絕緣柔性膜片(10)為脫脂棉布，或聚偏氟乙烯膜(PVDF)膜，或醋酸纖維濾膜。多孔絕緣柔性膜(10)將兩層碳納米管膜電極(7)分開而不至于短路，并具有較大孔隙使水流暢通。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，其特征在于：反應(yīng)器筒體(5)和支座(6)為聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯PE、ABS或PVC-U的耐氧化絕緣類塑料制成，反應(yīng)器筒體(5)和支座(6)之間通過螺母螺栓緊固裝置(12)密封硅膠圈(11)加以連接和密封。

　　說明書

　　一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明是一種可以使污廢水高流速垂直通過碳納米管膜的高效電化學(xué)過濾反應(yīng)裝置。尤其是一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　隨著人口和工業(yè)的快速發(fā)展，大量的有機(jī)污染物被排入了水體中，造成了生態(tài)環(huán)境破壞。因此有必要發(fā)展新型污水處理方法以有效去除污廢水中有機(jī)污染物，特別是其中有毒有害有機(jī)物。

　　電化學(xué)方法可以非常有效地降解污廢水中的有機(jī)污染物，具有無需添加氧化劑，絮凝劑等化學(xué)藥品，設(shè)備體積小，占地面積小，操作簡單靈活，排污量小等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來備受關(guān)注。

　　傳統(tǒng)的電極材料，如石墨電極和鎳電極，作為陽極不能有效實(shí)現(xiàn)電化學(xué)降解有機(jī)物。金屬氧化物電極材料(如PbO2和SnO2)，以及近年來發(fā)展起來的硼摻雜金剛石電極(BDD)，可以實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的氧化降解，但是這些電極材料要么穩(wěn)定性不夠，要么制作工藝復(fù)雜，價(jià)格高昂，均難以實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。更重要的是這些電極材料通常為平面材料或者比表面積很小，致使反應(yīng)器效率低下。

　　碳納米管(CNT)具有非常高的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性和非常高的機(jī)械強(qiáng)度，且可以制作成膜，是電化學(xué)氧化電極的良好選擇。但用作電化學(xué)氧化電極時(shí)，由于自身重量輕，不宜簡單置于污廢水中。且反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，如果采用傳統(tǒng)電化學(xué)反應(yīng)器的攪拌方式，使水流和CNT電極表面呈平行態(tài)流過，則碳納米管膜的三維空間結(jié)構(gòu)的高比表面積特性得不到充分發(fā)揮。

　　當(dāng)前研究中也有將反應(yīng)器設(shè)計(jì)成水流垂直通過碳納米管膜的電化學(xué)過濾反應(yīng)器，如以PVDF材料作為支撐的5層膜結(jié)構(gòu)電化學(xué)過濾反應(yīng)器、以活性炭纖維作為支撐材料反應(yīng)器等。但是研究中的反應(yīng)器通常單位膜面積上過水流量普遍較小或者電流效率低下。特別是當(dāng)反應(yīng)器的外加電壓較大時(shí)，會在陰極和陽極分別產(chǎn)生氫氣和氧氣，氣體不能及時(shí)抽吸或者被泵壓走，容易在反應(yīng)器內(nèi)積氣，造成實(shí)際過水?dāng)嗝鏈p小，使反應(yīng)效率降低;且污廢水中存在的顆粒物等物質(zhì)會在電極材料上沉積等造成電化學(xué)反應(yīng)效率降低;此外，還存在碳納米管電極材料固定不牢、易損壞等問題。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置，設(shè)計(jì)了一種可以使污廢水高流速垂直通過碳納米管膜的高效電化學(xué)過濾反應(yīng)裝置。該裝置可以有效改善普通垂直水流碳納米管膜電化學(xué)過濾反應(yīng)器，提高污染物和碳納米管的接觸機(jī)會，并克服在高電壓下容易積氣的缺點(diǎn)，從而達(dá)提高反應(yīng)效率，同時(shí)解決碳納米管膜材料固定不牢、易損壞等問題。該反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、建造成本低、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

　　技術(shù)方案：本發(fā)明的一種高通量電化學(xué)過濾污水處理裝置包括電化學(xué)過濾反應(yīng)器、循環(huán)泵、流量計(jì)和直流電源;其中，電化學(xué)過濾反應(yīng)器組件由筒體、支座、電極和連接部件、多孔絕緣剛性膜片、多孔絕緣柔性膜，以及密封部件組成;筒體與支座連接，在筒體與支座之間固定有過濾組件，在該過濾組件中，連接部件的上面設(shè)有一層電極，在該電極的上面設(shè)有多孔絕緣剛性膜片;在連接部件的下面設(shè)有多孔絕緣柔性膜，在多孔絕緣柔性膜的下面設(shè)有在該電極，在電極的下面設(shè)有多孔絕緣剛性膜片;污廢水可以高流速垂直通過電極，使污染物在一定直流電壓作用下得到高效降解。電極為碳納米管膜，連接部件為鈦片或不銹鋼片，可以為細(xì)長條形或P形。

　　所述的多孔絕緣剛性膜片有兩層，為微孔陶瓷膜片，作為碳納米管膜電極的支撐體，將電極和電極連接部件擠壓緊密，保證良好的連接效果。在循環(huán)泵的抽吸或者壓送作用下，水流以高速垂直通過電化學(xué)過濾反應(yīng)器的碳納米管膜電極材料時(shí)，而電極不至于損壞。

　　多孔絕緣柔性膜片為脫脂棉布，或聚偏氟乙烯膜(PVDF)膜，或醋酸纖維濾膜。多孔絕緣柔性膜將兩層碳納米管膜電極分開而不至于短路，并具有較大孔隙使水流暢通。

　　反應(yīng)器筒體和支座為聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯PE、ABS或PVC-U的耐氧化絕緣類塑料制成，反應(yīng)器筒體和支座之間通過螺母螺栓緊固裝置密封硅膠圈加以連接和密封。

　　有益效果：

　　1.本發(fā)明可使污廢水高流速垂直通過碳納米管膜電極，提高水中污染物和電極的接觸反應(yīng)機(jī)會，提高反應(yīng)效率。更重要的是，在高電壓時(shí)電極上產(chǎn)生的氧氣和氫氣可以隨著水流被有效抽吸或者壓送走，不會在反應(yīng)器出現(xiàn)積氣現(xiàn)象，從而提高了反應(yīng)效率。

　　2.本發(fā)明采用無機(jī)微孔陶瓷膜片作為碳納米管膜電極的支撐體，可將電極和電極連接部件擠壓緊密，縮小電極距離，提高電流效率。

　　3.本發(fā)明采用無機(jī)微孔陶瓷膜片作為碳納米管膜電極的支撐體，可以有效避免碳納米管膜電極在高流速下出現(xiàn)機(jī)械損壞。

　　4.本發(fā)明采用無機(jī)微孔陶瓷膜片作為碳納米管膜電極的支撐體，將碳納米管擠壓緊密，防止在高電壓下出現(xiàn)電極解體。

　　5.本發(fā)明的陶瓷膜片為微濾膜，可以有效截留污廢水中的顆粒物、細(xì)菌等，一方面提高出水水質(zhì)，另一方面還可以對碳納米管電極起到保護(hù)作用，不需另外設(shè)置預(yù)處理裝置。

　　6.本發(fā)明可以泵循環(huán)方式的批次式間歇運(yùn)行方式，也可以采用一過式運(yùn)行方式，因而運(yùn)行方式靈活。