一种废水同步连续脱盐除有机污染物的三维电极装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理技术领域。更具体地，涉及一种采用电化学方法废水连续脱盐除有机污染物的绿色水处理电化学方法及其三维电极装置(DSR0TDE )。
【背景技术】
[0002]三维电极法(Three-dimens1nal electrodes，简称TDE)是一种常用的处理有机废水方法，该法是在传统的二维馈电极板的基础上，添加一种具有低阻抗的导电性的粒子衍化成三维电极(E.Fockedey，2002 ;姜辉等，2014)，而在电场的作用下被极化的粒子就被充当为第三极，通过在电极粒子的表面发生电化学氧化反应，产生强氧化作用的氧化物去攻击有机目标物，从而达到去除难生物降解的有机污染物的作用。上述加入的这种导电粒子，一方面大幅度增加电极反应的表面积，另一方面能够将原本的馈电极的电压作用延伸到溶液的主体中，这相当于缩短了两极板的电场距离，使得目标处理物在运行到极板上的距离也大大的缩短。
[0003]本发明人的前期研究取得了专利号为ZL02114740.X的三维电极催化氧化法处理有机废水技术，该技术用于有机废水的处理时，具有广谱性，高效，快速，污泥量极少，不产生二次污染，同时具有除臭灭菌等功能，其应用前景广阔；但是，该技术采用的粒子电极催化剂填料存在原料成本太高，机械强度较差，其中各成分之间的协同效应不够强等缺陷。本发明人在后续研究获得了专利号为200410077704.5的一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法，这种导电粒子具有很高的比表面积，以及具有很庞大很密集的吸附孔道，这些孔道就是粒子电极发挥作用的重要部位，也正是因为这种孔道的存在，大大的增加了电极反应的反应面积，是传统的二维馈电极反应面积的好几个数量级，在去除难生物降解有机污染物中发挥了重要作用。但是，上述这种方法在处理含有高盐份的有机物废水时，由于盐份副反应的存在而使处理过程能耗大增，同时也存在有机物处理效率也大幅度下降的问题。
[0004]电去离子技术(Eleetrode1nizat1n，简称EDI)又称连续去离子技术(Continuous De1nizat1n，CEDI),早期亦被称为填充床电渗析。EDI技术很好地融合了电渗析技术和离子交换技术，是一种将混床树脂填充于离子交换膜之间，在直流电场作用下实现连续除盐的新型水处理方法，也是在电渗析装置的膜间填充离子交换树脂后，在直流电场的作用下，可实现连续去离子过程的一种新型分离技术(K E Bouhidel等，2006 ;孙宪等，2011)。电渗析法(Electro Dialysis，简称ED)是利用离子交换膜，包括阴离子交换膜(An1n exchange membrane，AEM)，阳离子交换膜(Cat1n exchange membrane，CEM)，凭借离子交换膜对阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场的作用下，实现电解质浓缩或淡化的技术。电渗析法因产水量小、耗电量大、以及膜易受有机物污染而失效，方法多用于小型水淡化站。离子交换法(1n-exchange process，简称IEX)利用固体离子交换剂包括阴离子交换树脂(An1n exchange resin，AER)和阳离子交换树脂(Cat1n exchange resin,CER)，凭借溶液中的离子与固体离子交换剂中的离子进行交换，从而达到去除或提取溶液中某些离子的目的。通常，离子交换树脂的吸附及交换能力很强，污染物去除效果较好，但是，要求的再生洗脱工艺繁琐，投资和维护费用较高，此外树脂易受到有机物污染而失效。系统的设计、操作、管理都比较麻烦，需要专业技术人员，所以一般仅用于废水的深度处理中。
[0005]在EDI装置中，离子交换树脂的导电性比与之接触的水溶液导电性高两到三个数量级，离子透过膜表面几乎全部是离子交换树脂的作用，即膜间导电性的提高显著增强了离子的迀移，解决了膜面浓度滞留层中的离子贫乏现象和电阻大的问题，而电极室内发生水解离作用产生的氢离子和氢氧根离子既能再生树脂还能负载部分电流。因此，EDI装置能使树脂的再生、离子交换、去离子作用同时发生，它既有电渗析装置的脱盐作用，又有离子交换树脂的离子交换作用，避免了电渗析浓度极化的不良影响和离子交换树脂再生而造成的环境污染等缺点。
[0006]传统EDI装置在生产超纯水或纯水时的效果较佳，但是在应用于重金属废水处理中，当进水含有较高钙镁等金属离子时，经常因为水解产生的氢氧根形成氢氧化物沉淀，致使连续运行时易在膜和树脂上出现结垢问题，较大程度地限制了方法的应用。为防止结垢，目前EDI法通常采用倒极、加酸或阻垢剂等操作以维持整个装置的稳定运行，但这显然增加了体系的复杂程度，使效率下降，成本上升。此外，由于离子交换树脂和电渗析离子交换膜本身易受有机污染物影响而失效，故难以推广应用于含盐有机物废水处理中。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是克服现有技术中电去离子技术(EDI)和三维电极法(TDE)均难以推广应用于处理含盐有机物废水的缺陷和不足，在本发明人前期的发明专利((ZL200410077704.5，一种三维电极的粒子电极催化剂填料及其制备方法》的基础上，对EDI进行技术架接改造，使两种技术优势得以巧妙融合，研究制造了一种废水连续脱盐除有机污染物的三维电极装置(简称DSR0TDE )。
[0008]本发明的目的是提供一种废水同步连续脱盐除有机污染物的三维电极装置。
[0009]本发明另一目的是提供一种废水同步连续脱盐除有机污染物的绿色水处理电化学方法。
[0010]本发明上述目的通过以下技术方案实现:
一种废水同步连续脱盐除有机污染物的三维电极装置(简称DSR0TDE)，该装置由阳极区、阴极区以及若干个功能区单元构成，包括阳离子交换树脂单元、阴离子交换树脂单元(其内部分别装有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂)，极室单元和若干个OFR电催化单元(其内部装都有OFR专用填料);装置通过极室单元产生酸碱技术、离子交换树脂在线脱盐技术、抑制树脂及离子交换膜表面易结垢技术、电催化三维电极处理有机物技术的巧妙结合设计，实现了含盐有机物废水同时脱盐除有机物的功能的连续化操作的目的。
[0011]具体地，该装置是由依次顺序排列的阳极区(1)、阳离子交换区(2)、有机物处理区(3)、浓水区(4)、有机物处理区(5)、阴离子交换区(6)和阴极区(7)组成；阳极区(1)、阳离子交换区(2)、有机物处理区(3)和浓水区(4)之间通过阳离子交换膜(8)隔开，浓水区
(4)、有机物处理区(5)、阴离子交换区(6)和阴极区(7)之间通过阴离子交换膜(9)隔开；其中，有机物处理区(3)和阳离子交换区(2)之间、阳离子交换区(2)和有机物处理区(5)之间、有机物处理区(5)和阴离子交换区(6)之间分别通过连接管(10)连通；有机物处理区(3)和浓水区(4)上分别设置有废水入口(11)，阴离子交换区(6)上设置有处理水排出口(12 )，浓水区(4 )上设置有浓水排出口( 13 )。
[0012]浓水区(4)是位于装置正中部的一个OFR区，它是唯一一个由阳离子交换膜I和阴离子交换膜6隔开的功能区，内部布满OFR专用电催化填料粒3构成的浓水区收集单元。
[0013]优选地，该装置由支架(14)支撑。
[0014]进一步地，所述阳极区(I)内布满OFR专用电催化填料粒(0FR，即专利200410077704.5所提供的填料)作为产酸区。
[0015]阴极区(7)内部布满OFR专用电催化填料粒作为产碱区。
[0016]有机物处理区(3)、浓水区(4)和有机