一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反应器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反应器，属于环境工程中废水处理【技术领域】。该一体化电化学正渗透反应器将电化学电解电极耦合到正渗透膜反应池的原料液池一侧，不锈钢网阴极和钛网涂覆铱钽锡活性层阳极分别置于原料液池中部位置和远离正渗透膜的池壁位置，各个部件之间通过硅胶垫道密封。该一体化电化学反应器可作为城市污水处理厂二级处理单元后的深度处理装置，同步完成二级出水中新兴有机污染物的截留和浓缩液中污染物的降解，解决正渗透浓缩液需后续的处理的难题。同时，该一体化电化学反应器出水可被回收利用。该发明对于促进水生态健康和饮用水安全，以及缓解淡水资源短缺问题具有重要意义。
【专利说明】一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反
l-k— □□
【技术领域】
[0001]本发明属于环境工程【技术领域】，涉及污水处理及中水回用技术，特别涉及一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反应器，用于对城市污水中难以生物降解的新兴有机污染物的去除，同时，反应器出水可被回收利用。
【背景技术】
[0002]水资源短缺已经上升为全球性危机，更是我国社会经济可持续发展的重要掣肘，将污水直接回用做饮用水是解决缺水问题的重要途径之一。
[0003]正渗透(Forward osmosis, FO)是仅依靠渗透压驱动的膜分离过程，水分子自发地通过半透膜从水化学势高的原料液部分渗透到水化学势低的汲取液部分，可用于从污水直接提取饮用水，近年来已经呈现逐渐取代压力驱动型膜技术的趋势。与反渗透(Reserveosmosis, R0)相比，FO无需外加压力，更加节能；水回收率更高；无浓盐水排放，环境友好；膜污染更低。鉴于FO所具有的显著优势，研宄者已经开展多角度、深层次的理论研宄和实践探索，在食品、医药、能源、污水提纯及海水淡化领域有很多成功的尝试。在饮用水稀缺的情况下，军队及紧急救援所用到的水合袋是FO商业化应用之一。2011年美国亚特兰蒂斯号航天飞机完成FO在微重力环境下从污水、尿液中直接提取饮用水研宄，认定FO是能够为深空探索提供淡水来源的重要技术手段。
[0004]近年来，随着现代分析技术的发展和人们环境安全意识的增强，新兴有机污染物(Emerging Organic Contaminants, EOCs)在水环境中的出现引起人们的广泛关注。典型的EOCs有抗生素、内分泌干扰物、个人护理用品等，虽然其在水环境中的检测浓度通常为纳克级或微克级，但已有报道表明，EOCs在自然环境中的长期存在，会对一些生物的生长与繁殖产生不利影响，还可能诱导产生抗药性细菌。城市污水处理厂(Wastewater TreatmentPlants, WWTPs)被公认是环境中EOCs的重要来源之一，因为目前的传统污水处理工艺并不能有效地去除污水中的EOCs。在WffTPs 二级处理单元之后增设针对EOCs的减排工艺单元是控制EOCs向环境中排放的有效可行方案。
[0005]采用正渗透膜截留去除水中的EOCs成为当前的热点研宄课题。到目前为止，主要的研宄机构有:澳大利亚伍伦贡大学Nghiem教授课题组、美国科罗拉多矿业大学Cath教授课题组和比利时根特大学Verliefde教授的课题组等。从他们的研宄报道中可知，正渗透膜对EOCs的有效截留已经得到证实，然而，在采用正渗透膜处理含EOCs污水时面临着一个尚未解决的问题，即正渗透浓缩液的处理。
[0006]电化学氧化技术(Electrochemical Oxidat1n, E0)是利用电极材料在外加电场作用下产生高氧化电势，从而将污染物降解的过程。电化学氧化技术具有如下优点:不需要额外添加其他化学试剂，从而不会造成二次污染；操作简单易放大；可控制性强等，因此被认为是环境友好的污染治理技术。目前，已被用于多种工业废水的净化处理研宄当中，如印染废水、制革废水、奶制品加工废水等。目前为止，尚未见电化学氧化技术处理正渗透浓缩液的研宄报道。
【发明内容】
[0007]本发明目的是提供一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反应器，用于去除污水处理厂二级出水当中的EOCs，同时解决正渗透浓缩液需后续处理的难题。该反应器能够有效去除污水处理厂二级出水当中的新兴有机污染物，与传统的正渗透膜反应器相比，该反应器对EOCs的截留率更高，并且在膜过滤的同时实现了对浓缩液中EOCs的同步电化学氧化降解。该反应器不仅能够将EOCs彻底去除，实现污水处理厂EOCs的零排放，同时高品质膜出水可被回收利用。该发明对于促进水生态健康和饮用水安全，以及缓解淡水资源短缺问题具有重要意义。
[0008]本发明的技术方案是:
[0009]一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反应器设有由膜片分隔的原料液池和汲取液池，膜片为正渗透膜。原料液池包括顶盖、阳极、阴极，顶盖设有原料液的进水口和出水口，阳极为钛网涂覆铱钽锡活性层电极(TiArO2-Ta2O5-SnO2)，位于远离正渗透膜的池壁位置，阴极为不锈钢网电极位于原料液池侧中部位置，阴阳两极平行相对，每两个部件间设有硅胶垫道，各部件依次固定密封；底盖设有汲取液池的进水口和出水口，底盖和膜片之间也有硅胶垫道，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别依靠两个蠕动泵循环流动，二者流向相反。
[0010]a)该一体化电化学正渗透反应器是将电化学电极耦合到正渗透膜池的原料液池一侧构成；
[0011]b)该一体化电化学正渗透反应器内阳极与阴极分别为钛网涂覆铱钽锡活性层电极和不锈钢网电极；
[0012]c)该一体化电化学正渗透反应器中不锈钢网阴极置于原料液池侧中部位置，钛网涂覆铱钽锡活性层阳极置于原料液池远离正渗透膜的池壁位置，两电极平行相对，电极与池壁通过硅胶垫道密封。
[0013]该反应器作为城市污水处理厂二级处理单元后的深度处理装置，同步完成二级出水中新兴有机污染物的截留和浓缩液中污染物的降解。
[0014]典型的新兴有机污染物包括抗生素、内分泌干扰物和个人护理用品等。
[0015]原料液为污水处理厂(WffTPs)的二级出水，汲取液可选用海水。汲取液的储液罐放置在电子天平上，其重量随时间的变化通过软件自动采集。电化学电解所需能量由直流电源提供。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017](I)该反应器结合了正渗透膜过滤过程和电化学氧化各自的优点，实现了膜过滤与电化学氧化的协同耦合作用，解决了正渗透浓缩液需后续处理的难题。该方法有利于促进水污染控制技术的节能降耗和可持续发展。
[0018](2)本发明的一体化反应器构造简单，运行灵活，操作方便，在去除城市生活污水中的新兴有机污染物以及实现污水回用领域具有潜在的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的内部结构图。
[0020]图2为本发明的运行流程图。
[0021]图中:1顶盖；2硅胶垫道；3阳极；4阴极；5膜片；6底盖；
[0022]7搅拌器；8原料液储液罐；9原料液管路；10原料液输送泵；
[0023]11 一体化电化学正渗透反应器；12 —体化电化学正渗透反应器原料液池；
[0024]13 一体化电化学正渗透反应器汲取液池；14电源；15电脑数据采集系统；
[0025]16汲取液输送泵；17汲取液储液罐；18汲取液管路。
【具体实施方式】
[0026]以下结合技术方案和附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0027]该一体化电化学正渗透反应器可作为城市污水处理厂二级处理单元后的深度处理装置。诺氟沙星、甲氧苄氨嘧啶、磺胺甲噁唑和罗红霉素四种新兴有机污染物的浓度在134-1311 ng L—1范围内的二级出水置于原料液储罐8中，由原料液输送泵10输送到一体化电化学正渗透反应器11的原料液池12，经汲取液池13中汲取液与原料液间渗透压差作用，原料液中水分子自发进入汲取液池13中。原料液中新兴有机污染物被正渗透膜5截留，并由原料液池侧的阳极3氧化降解。在电流密度为ImA/cm2，汲取液为2M NaCl，正渗透膜活性层朝向原料液一侧，水力停留时间为12小时条件下，反应器出水和浓缩液中新兴有机污染物的浓度均低于仪器检测限。
【权利要求】
1.一种去除污水中新兴有机污染物的一体化电化学正渗透反应器，其特征在于: a)电化学电极耦合到正渗透膜池的原料液池一侧； b)阳极与阴极分别为钛网涂覆铱钽锡活性层电极和不锈钢网电极； c)不锈钢网阴极置于原料液池侧中部位置，钛网涂覆铱钽锡活性层阳极置于原料液池远离正渗透膜的池壁位置，两电极平行相对，电极与池壁通过硅胶垫道密封。
2.根据权利要求1所述的一体化电化学正渗透反应器，其特征在于:该反应器作为城市污水处理厂二级处理单元后的深度处理装置，同步完成二级出水中抗生素等新兴有机污染物的截留和浓缩液中污染物的降解。
【文档编号】C02F1/44GK104495986SQ201410789179
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】张捍民, 刘鹏霄 申请人:大连理工大学