一种电絮凝-膜分离水处理装置、处理方法及其用图
【技术领域】
[0001]本发明属于饮用水或污水处理领域，涉及一种电絮凝-膜分离水处理装置、处理方法及其用途。
【背景技术】
[0002]电絮凝一直是被大量研宄和广泛应用的电化学水处理技术。通过改变电化学参数和调整反应器构造，在电絮凝过程中可以调控絮凝剂的投加量、絮凝形态和絮体结构，从而影响水处理效果。随着污染形势不断加剧和水质标准的日益严格，电絮凝技术往往需要组合其他水处理技术，达到污染物去除和环保要求的目的。膜分离常常作为深度处理技术，与电絮凝技术组合使用。
[0003]膜污染制约了膜技术的推广。减缓膜污染的手段通常有曝气冲涮、外加电场、污水预氧化以及预先混凝，其中预先混凝较为普遍。
[0004]专利CN101863577B公开了一种滤池反冲洗水回收处理及其膜滤系统，其所述方法包括与处理过程、膜滤过程和消毒过程三个步骤，所述膜滤系统利用潜水泵把反冲洗水泵入进水罐，由进水泵从进水罐取水，送入膜组件进行过滤处理。专利CN101293701B公开了一种增强膜生物反应器中曝气抗污染作用的梯形平板膜组件，其所用装置为梯形平板膜-生物反应器，通过调节梯形平板膜组件的倾斜角度来起到延缓膜污染的作用。
[0005]现今，混凝与膜技术进行组合已受到广泛关注，并成为水处理工艺改革的一个重要方向。研宄表明，混凝改善膜污染的主要机制是:增大颗粒物尺寸、降低滤饼比阻、改变天然有机物(NOM)的组成、提高反冲洗效率等。此外，膜污染与使用的絮凝剂特性、投加量、絮体结构、絮凝条件等因素具有重要的作用关系。混凝作为前处理，混凝后直接膜滤，可减化沉淀等工艺环节，提高对污染物的净化效率。近年来，“电絮凝-膜分离”短流程工艺成为全球研宄热点，但目前为止，未见将电絮凝与膜技术统一到同一个反应单元，达到既优化电絮凝的出水，又减缓膜污染提高膜利用率的研宄报道。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明提供了一种电絮凝-膜分离水处理装置、处理方法及其应用。本发明将电絮凝与膜技术有机地整合到同一个反应单元，形成了“电絮凝-膜分离”短流程工艺。本发明通过电化学作用调控絮凝形态和絮体结构，优化膜过滤性能，同时利用电场效应、电化学氧化和电气浮作用，优化膜表面特性，从而达到既提升电絮凝出水水质，又减缓膜污染，实现电絮凝和膜分离协同作用去除污染物。
[0007]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种电絮凝-膜分离水处理装置，所述装置包括装置本体，装置本体底部一侧设有进水口，装置本体顶部与进水口相对的一侧设有出水口，所述装置本体的内部有阴极板、阳极板和膜组件，装置本体侧面有集水管出水口，其中膜组件位于阴极板和阳极板之间，集水管出水口与膜组件相连。
[0009]其中，集水管出水口的出水为经过“电絮凝-膜分离”处理除去污染物的水，出水口的出水为经“电絮凝-膜分离”处理后的污染物浓度增加的浓水，其可以回流作为进水口的进水。
[0010]优选地，所述膜组件为帘式平板膜或中空纤维膜。
[0011]优选地，所述膜组件中的膜元件为微滤膜、超滤膜或纳滤膜中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有:微滤膜和超滤膜的组合，超滤膜和纳滤膜的组合，微滤膜、超滤膜和纳滤膜的组合等。
[0012]优选地，所述阴极板所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有:铁材和铝材的组合，铝材和钛材的组合，钛材和锌材的组合，铁材、铝材和钛材的组合，铁材、铝材、钛材和锌材的组合等。
[0013]优选地，所述阴极板为一个或至少两个阴极板的并联组合，其中至少两个阴极板的并联组合包括两个或两个以上阴极板的并联组合。
[0014]优选地，所述阳极板为一个或至少两个阳极板的并联组合，其中至少两个阳极板的并联组合包括两个或两个以上阳极板的并联组合。
[0015]优选地，所述膜组件为一个或至少两个膜组件的并联组合，其中至少两个膜组件的并联组合包括两个或两个以上膜组件的并联组合。
[0016]如以上所述的处理装置的处理方法，所述方法包括以下步骤:
[0017](I)通入污水，启动电化学装置，进行电絮凝过程；
[0018](2)启动抽滤泵，进行膜过滤；
[0019](3)监测集水管出水口的污染物浓度，直至出水达到标准。
[0020]该处理方法的主要原理是:启动电化学装置，利用电场将带电污染物在电场作用下迀移到阴阳极板附近，使得膜表面边界层的颗粒浓缩得到缓解，减小了膜表面污染物浓度，降低了膜阻力；电絮凝过程中进行预先的电解，形成一定的絮体，发生絮凝作用，在膜表面形成滤饼层；电絮凝作用可以改性污染物进而改善滤饼层的结构；利用阳极的氧化作用可以降解污染物；同时，电解产生的气体可以进行曝气冲刷对膜表面产生清洗的作用，缓解膜污染。
[0021]优选地，步骤(I)中所述电絮凝过程中调节电流密度为0.5?500A/cm2，例如0.5A/cm2、IA/cm2、1A/cm2、50A/cm2、10A/cm2、150A/cm2、200A/cm2、250A/cm2、300A/cm2、350A/cm2、400A/cm2、450A/cm2或500A/cm2等，根据污染物浓度的不同，采用这一范围的电流密度可以有效的利用能源。
[0022]步骤(I)中所述电絮凝过程中调节电场强度为I?100V/cm，例如lV/cm、5V/cm、1V/cm、15V/cm、20V/cm、25V/cm、30V/cm、35V/cm、40V/cm、45V/cm、50V/cm、55V/cm、60V/cm、65V/cm、70V/cm、75V/cm、80V/cm、85V/cm、90V/cm、95V/cm 或 lOOV/cm 等。
[0023]优选地，步骤(I)中所述电絮凝过程中调节压力为50?100kPa，例如50kPa、55kPa、60kPa、65kPa、70kPa、75kPa、80kPa、85kPa、90kPa、95kPa 或 10kPa 等，在该操作压力范围下进行操作可以达到节省能源的目的，同时也使操作更为安全。
[0024]以上所述的如电流密度、电场强度和压力等参数，需根据进水口进水的条件来确定具体值。
[0025]优选地，步骤(3)中所述集水管出水口的出水量为300?340L/(hXm2)，例如300L/ (hXm2)、305L/ (hXm2)、310L/ (hXm2)、315L/ (hXm2)、320L/ (hXm2)、325L/ (hXm2)、330L/(hXm2)、335L/(hXm2)或340L/(hXm2)等。所述集水管出水口的出水流量也可以认为是本发明所述处理装置的处理量，同时，进水口的进水情况根据集水管出水口的出水情况和出水口的浓水出水情况来确定。
[0026]如以上所述的处理装置的用途，其应用于饮用水和污水处理领域。
[0027]本发明首先利用电极板间的电场对于带电粒子的作用，减少甚至消除浓差极化和减缓膜污染；其次，利用电解产生的气体进行曝气作用冲洗膜表面的同时影响絮体的形成进而控制膜污染；再次，利用电絮凝作用改变污染物电性，包括但不限于对污染物包覆而提升了污染物尺寸进而减缓膜污染。
[0028]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0029]本发明通过电化学作用调控絮凝形态和絮体结构，优化膜过滤性能，同时利用电场效应、电化学氧化和电气浮作用，优化膜表面特性，从而达到既提升电絮凝出水水质，使出水中TOC含量低于Ippm ;又减缓膜污染，实现电絮凝和膜分离协同作用去除污染物。将电絮凝与膜分离技术进行一体化组合，不但能够缩短水处理工艺流程，提高污染物的分离效率，使经过处理后的出水中TOC从原来的5?20pp