公布日：2022.09.13
申請日：2022.08.10
分類號：C02F1/469(2006.01)I;B01J41/09(2017.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提出一種高鹽高濃有機廢水處理裝置，其包括在電滲析組器中設(shè)置陽極和陰極，在陽極和陰極之間從陽極到陰極方向上依次交替且間距地設(shè)置混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜；混合基質(zhì)陰膜為N個，混合基質(zhì)陽膜為N+1個，N是≥1的自然數(shù)；在相鄰的混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜之間均設(shè)有鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)；混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜之間的間隔區(qū)交替形成濃液室和淡液室。本發(fā)明裝置處理高鹽高濃有機廢水后，淡液室得到淡化水可回用，濃液室得到凈化的鹽溶液可回用于生產(chǎn)工藝或結(jié)晶成鹽，實現(xiàn)高效低成本去除高濃度有機污染物并將廢水中水和鹽資源回收再利用，解決預處理復雜、有機物去除率低、廢水資源回用率低、處理效率低且運行成本高等問題。
權(quán)利要求書
1.一種高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，包括電滲析組器，電滲析組器中設(shè)有陽極和陰極，以所述電滲析組器設(shè)置陽極的一端為第一端，以設(shè)置陰極的一端為第二端；在所述陽極和陰極之間，從第一端到第二端的方向上依次交替且呈間距地設(shè)置混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜；所述混合基質(zhì)陰膜的數(shù)量為N個，混合基質(zhì)陽膜的數(shù)量為N+1個，N是≥1的自然數(shù)；在相鄰的混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜之間均設(shè)有鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)；從第一端到第二端的方向上，所述混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜之間的間隔區(qū)交替形成濃液室和淡液室；所述鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)表面上采用聚合反應(yīng)形成了荷正電聚酰胺疏松層，荷正電聚酰胺疏松層的制備方法包括：聚酰胺聚合過程中采用吸質(zhì)子劑促進基團孤電子對的結(jié)合及聚酰胺內(nèi)部微通道結(jié)構(gòu)的形成，以獲得所述荷正電聚酰胺疏松層；所述吸質(zhì)子劑為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、碳酸氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀或磷酸鉀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述混合基質(zhì)陽膜中摻雜納米改性粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述混合基質(zhì)陰膜中含有正離子修飾的共價有機框架材料并摻雜納米改性粒子；其中正離子修飾的共價有機框架材料為銀離子、銅離子、鈣離子、鈉離子或鋅離子通過離子交換反應(yīng)固定到共價有機框架材料上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述納米改性粒子為酯化改性的納米氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鋅、氧化錳、氧化鈦的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述混合基質(zhì)陽膜的膜基體材料為磺化聚苯醚，混合基質(zhì)陰膜的膜基體材料為胺化聚砜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)采用的過渡金屬為Ru、Ir、Mn、Pd、Ni、Au、Pt、Ag、Cr、Rh金屬中的一種或前述幾種金屬的合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，電滲析組器進口連接高鹽高濃有機廢水，電滲析組器淡液室出水為回用水，濃液室出水為凈化濃鹽溶液，濃液室出水連接濃縮結(jié)晶器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述高鹽高濃有機廢水處理裝置運行條件為膜面流速為2-7cm/s，膜對電壓為0.3-0.8V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽高濃有機廢水處理裝置，其特征在于，所述高鹽高濃有機廢水是指水中鹽份含量達到1.5wt%以上，有機物COD達到6000mg/L以上。
發(fā)明內(nèi)容
（一）要解決的技術(shù)問題
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點、不足，本發(fā)明提出一種高鹽高濃有機廢水處理裝置，不需要預處理或添加氧化劑，高效低成本去除有機污染物，同時有效提高廢水中水和鹽資源回用率。
（二）技術(shù)方案
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：
一種高鹽高濃有機廢水處理裝置，其包括電滲析組器，電滲析組器中設(shè)有陽極和陰極，以所述電滲析組器設(shè)置陽極的一端為第一端，以設(shè)置陰極的一端為第二端；
在所述陽極和陰極之間，從第一端到第二端的方向上依次交替且呈間距地設(shè)置混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜；所述混合基質(zhì)陰膜的數(shù)量為N個，混合基質(zhì)陽膜的數(shù)量為N+1個，N是≥1的自然數(shù)；在相鄰的混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜之間均設(shè)有鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)；從第一端到第二端的方向上，所述混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜之間的間隔區(qū)交替形成濃液室和淡液室。
在本申請中，所述混合基質(zhì)陽膜與混合基質(zhì)陰膜分別是指由復合材料組成的陽離子交換膜和陰離子交換膜。此外，在所述陽極與靠近第一端的混合基質(zhì)陽膜之間構(gòu)成極水室，在所述陰極與靠近第二端的混合基質(zhì)陽膜之間構(gòu)成極水室。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述混合基質(zhì)陽膜中摻雜納米改性粒子。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述混合基質(zhì)陰膜中含有正離子修飾的共價有機框架材料并摻雜納米改性粒子；其中正離子修飾的共價有機框架材料為銀離子、銅離子、鈣離子、鈉離子、鋅離子等帶正電離子通過離子交換反應(yīng)固定到共價有機框架材料上。如此在共價有機框架材料內(nèi)部孔道上排布高密度正離子修飾的傳遞載體，能夠限域捕集溶液中的陰離子，增強離子擴散傳遞能力；另外，有機污染物多為荷負電，易對陰膜造成污堵，利用正離子修飾的共價有機框架材料能增加離子擴散傳遞通道，有效解決陰膜膜面污染或膜孔污堵造成的傳質(zhì)效率下降等問題。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述納米改性粒子為酯化改性的納米氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鋅、氧化錳、氧化鈦的一種或幾種，通過酯化改性可以有效防止納米粒子團聚，使粒子在混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜中分布均勻，同時可以增強其與膜基體相互作用，解決使用過程中納米粒子的泄露、析出和流失問題，還能有效提高離子交換膜的熱穩(wěn)定性，增強膜面親水性和抗污染性，且改善膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低膜面電阻，降低裝置運行能耗。
其中，所述混合基質(zhì)陽膜的膜基體材料為磺化聚苯醚，混合基質(zhì)陰膜的膜基體材料為胺化聚砜。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)表面上采用聚合反應(yīng)形成了荷正電聚酰胺疏松層，荷正電聚酰胺疏松層的制備方法包括：聚酰胺聚合過程中采用吸質(zhì)子劑促進基團孤電子對的結(jié)合及聚酰胺內(nèi)部微通道結(jié)構(gòu)的形成以獲得所述荷正電聚酰胺疏松層。在所述鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)上設(shè)置荷正電疏松層，其作用包括：可以強化有機污染物傳質(zhì)，大幅提升有機污染物的去除效果，并且可以有效防止隔網(wǎng)在運行過程中表面污染或腐蝕造成鈍化進而降低了處理效率的問題。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)采用的過渡金屬為Ru、Ir、Pt、Mn、Pd、Ni、Au、Pt、Ag、Cr、Rh金屬中的一種或前述幾種金屬的合金。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，電滲析組器進口連接高鹽高濃有機廢水，電滲析組器淡液室出水為回用水，濃液室出水為凈化濃鹽溶液，可資源化回收利用。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述高鹽高濃有機廢水處理裝置運行條件為膜面流速為2-7cm/s，膜對電壓為0.3-0.8V。采用前述運行條件時，可以高效且低成本地處理高鹽高濃有機廢水，膜面流速過小會降低廢水流動性，增大膜污染風險，降低電流效率；膜面流速過大會降低有機污染物去除效率，增加裝置運行能耗。膜對電壓過小會導致裝置處理效果變差或達不到預期，膜對電壓過大會造成膜的不可逆損壞而且使裝置穩(wěn)定性變差。
高鹽高濃有機廢水是指水中鹽份含量達到1.5wt%以上，有機物COD達到6000mg/L以上。
（三）有益效果
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明提供的高鹽高濃有機廢水處理裝置，可以高效低成本地去除高濃度有機污染物，同時將廢水中水和鹽資源進行回收再利用，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的預處理復雜、藥劑投加量大、有機物去除率低、廢水資源回用率低、裝置運行成本高且穩(wěn)定性差等問題。該裝置處理高鹽高濃有機廢水后，電滲析組器淡液室得到淡化水可回用，電滲析組器濃液室得到凈化的鹽溶液可回用于生產(chǎn)工藝或結(jié)晶成鹽。本發(fā)明的裝置可在去除高濃有機物的同時實現(xiàn)廢水資源化再利用。
2、本發(fā)明提供的高鹽高濃有機廢水處理裝置中，混合基質(zhì)離子交換膜（即混合基質(zhì)陽膜和混合基質(zhì)陰膜）中納米改性（酯化改性）粒子分布均勻，使用過程無粒子泄露和析出風險，同時有效提高離子交換膜的熱穩(wěn)定性，增強膜面親水性和抗污染性，并且改善膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低膜面電阻，降低裝置運行能耗�；旌匣|(zhì)陰膜包含正離子修飾的共價有機框架材料，借此可限域捕集溶液中陰離子，增強離子擴散傳遞能力，提高離子交換容量，有效解決陰膜膜面污染或膜孔污堵造成的傳質(zhì)效率下降等問題�；旌匣|(zhì)陰膜采用正離子修飾的共價有機框架材料并摻雜納米改性粒子，相較于常規(guī)表面涂覆等方法，具有制備不影響膜表面特性及膜性能、使用過程無剝落風險、長期運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
3、本發(fā)明提供的高鹽高濃有機廢水處理裝置中，覆有荷正電聚酰胺疏松層的鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)可以強化有機污染物的傳質(zhì)過程，大幅提升有機污染物的去除效果，并且可以有效防止鈦基復合過渡金屬和鈦隔網(wǎng)在運行過程中因表面污染或腐蝕造成鈍化進而導致處理效率降低的問題；另外，在提高裝置對有機污染物去除率的同時避免了離子交換膜表面結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的破壞而導致離子傳遞效率降低的問題。鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)主要起到催化氧化水中有機物的作用,荷正電聚酰胺疏松層一方面有吸引有機物延長有機物停留時間，促進其傳質(zhì)作用和氧化分解，另一方面避免電極因污染而鈍化。
4、本發(fā)明提供的高鹽高濃有機廢水處理裝置對高鹽高濃有機廢水進行處理過程中不需要預處理也不需要添加氧化劑、催化劑等，操作工藝簡便，運行成本低且穩(wěn)定性好，可完全避免造成二次污染。通過電滲析組器中離子交換膜、鈦基復合過渡金屬隔網(wǎng)和鈦隔網(wǎng)的設(shè)計和排布，有效提高有機污染物的去除率、裝置處理效率及水和鹽資源的回用率，并且增強裝置安全穩(wěn)定性，降低運行能耗。
（發(fā)明人：祝海濤;吳雅琴;楊波）
