双极性膜电催化处理装置的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种利用双极性选择透过膜及电催化原理用于处理高盐及高浓有机物废水的装置。

背景技术：

近年来，随着工农业生产的发展和城镇人民生活水平的提高，工业废水、城市污水排放量越来越大，由此引起的环境污染，已严重影响到环境生态和人类健康，尤其是高盐高浓度有机废水的排放。高盐高浓度有机废水是指至少含有3.5%总溶解固体TDS的高浓度有机废水，其主要来源于海水应用于工农业生产和生活中产生的废水和工业生产过程中产生的高盐废水。高盐高浓度有机废水中有机污染物外，还含有大量的无机盐，如Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、Ca²⁺等离子，这些盐的存在对常规的生物处理有明显的抑制作用。有机物浓度高。COD一般在2000mg/L以上，有的甚至高达几万乃至几十万mg/L。

高盐高浓度有机废水的产生途径广泛，水量也逐年增加。去除污水中的有机污染物及盐分对环境造成的影响至关重要。采用生物法进行处理，高浓度的盐类物质对微生物具有抑制作用，采用物化法处理，投资大，运行费用高，且难以达到预期的净化效果。

现有的处理高浓度高盐有机废水的电催化装置存在如下不足：（1）由于高盐分，废水的导电性能好，电流较大，处理能耗过大；（2）进水与进气混合，导致停留时间与设计相比，大大缩小，影响处理效果。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种采用离子选择透过及电化学的原理，在去除有机物及盐分的同时，降低能耗，回收酸碱的双极性膜电催化处理装置。

为实现本发明目的，提供了以下技术方案：双极性膜电催化处理装置，其特征在于包括壳体（1）、位于壳体（1）上方的出水堰（2）、位于壳体（1）下方的进水口（3），进气口（4），所述壳体（1）内部的底端设有一号隔离板（5）及两边设有二号隔离板（6），二号隔离板（6）与壳体（1）之间分别设有离子选择膜（7），壳体（1）内部最边上为电催化极板（14）；所述壳体（1）内部的底端一号隔离板（5）与壳体（1）底部之间设有布水室（8）、布气室（11），一号隔离板（5）以上的区域为反应区（13）。

作为优选，离子选择膜（7）为单性离子选择膜，壳体（1）内部的两边的单性离子选择膜的极性相反，且与电催化极板（13）的所接电源的极性一致，分为阴极膜和阳极膜。

作为优选，所述电催化极板（14），阳极为钛极板，极板表面镀有钌或铱的稀有金属层。

作为优选，一号隔离板（5）和二号隔离板（6）为均匀分布孔径为2mm的多孔板。

作为优选，所述布水室（8）由布水管（9）及三号隔板（10）组成。

作为优选，布气室（11）由布气管（12）组成。

作为优选，反应区（13）处设有检修孔（15）。

作为优选，反应区（13）的填料为碳素电触媒催化剂材料。

作为优选，碳素电触媒催化剂包括以下制作步骤：

（1）原料配置：

碳粉 50~60%；

镍粉 5~10%；

铁粉 8~15%；

锰粉 15~20%；

铝粉 6~10%；

镁粉 0.5~1%；

钛粉 0.5~1%；

五氧化二磷 0.5~1%；

硅粉 4~8%；

氧化钙 0.5~2%；

将原料按比例称量好，进搅拌机中进行湿混；

（2）将原料研磨，控制最终颗粒度≤3um。把原料粉末和甲烷-氮比例为2:1进行混合的气体隔绝空气加热到170℃。称取200kg酒精与20kg高温改性沥青，将高温改性沥青加入酒精中，并加入防沉降剂聚二醇醚0.4kg和碳化促进剂碳化二亚胺0.4kg，搅拌均匀，制成混合浆料；

（3）将混合浆料进行定型处理，保证粒度范围控制在0.1~80um，然后装入Φ400*1200的胶套成型模具内，在80~120MPa高压条件下成型，制成成型制品，破碎筛分后，保证成型制品为直径为390~410mm的圆柱体；

（4）将成型制品装入焙烧炉中焙烧，进行活化操作，提高电触媒的机械强度，活化温度为350℃，时间为200min，活化完成后再采用浓度为70%的磷酸进行浸渍。然后再次进行焙烧与浸渍，如此反复共进行1次，保证特种碳素材料的体积密度＞2；

（5）再对活化与浸渍完成后的柱状炭素电触媒在80℃干燥1h，120℃干燥2.5h。干燥完成后，随温度冷却，再进行破碎筛分即制得特种碳素材料的电触媒催化剂成品。

本发明有益效果：

现有技术存在的问题是在去除有机物的同时无法很好的脱盐，本发明则可以既去除有机物、又脱除盐分，且能耗较低，可回收部分酸碱。大多数实际应用中的除盐装置只是简单的二维电解池，本发明在电解液中加入一种特种碳素材料作为电触媒催化剂，可以很好的去除有机物，同时增加了两片单极性离子选择透过膜，通过阴阳离子的选择性透过，从而脱除盐分。

附图说明

图1为本发明主视图。

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

实施例1：双极性膜电催化处理装置，包括壳体（1）、位于壳体（1）上方的出水堰（2）、位于壳体（1）下方的进水口（3），进气口（4），所述壳体（1）内部的底端设有一号隔离板（5）及两边设有二号隔离板（6），二号隔离板（6）与壳体（1）之间分别设有离子选择膜（7），壳体（1）内部最边上为电催化极板（14）；所述壳体（1）内部的底端一号隔离板（5）与壳体（1）底部之间设有布水室（8）、布气室（11），一号隔离板（5）以上的区域为反应区（13）。离子选择膜（7）为单性离子选择膜，壳体（1）内部的两边的单性离子选择膜的极性相反，且与电催化极板（13）的所接电源的极性一致，分为阴极膜和阳极膜。

所述电催化极板（14），阳极为钛极板，极板表面镀有钌或铱的稀有金属层。一号隔离板（5）和二号隔离板（6）为均匀分布孔径为2mm的多孔板。所述布水室（8）由布水管（9）及隔板（10）组成。布气室（11）由布气管（12）组成。反应区（13）处设有检修孔（15）。反应区（13）的填料为碳素电触媒催化剂材料。

实施例2：碳素电触媒催化剂包括以下制作步骤：

（1）原料配置：

碳粉 240kg；

镍粉 20kg；

铁粉 32 kg；

锰粉 60 kg；

铝粉 24 kg；

镁粉 2kg；

钛粉 2kg；

五氧化二磷 2kg；

硅粉 16kg；

氧化钙 2kg；

将原料按比例称量好，进搅拌机中进行湿混；

（2）将原料研磨，控制最终颗粒度≤3um。把原料粉末和甲烷-氮比例为2:1进行混合的气体隔绝空气加热到170℃。称取200kg酒精与20kg高温改性沥青，将高温改性沥青加入酒精中，并加入防沉降剂聚二醇醚0.4kg和碳化促进剂碳化二亚胺0.4kg，搅拌均匀，制成混合浆料；

（3）将混合浆料进行定型处理，保证粒度范围控制在0.1~80um，然后装入Φ400*1200的胶套成型模具内，在80~120MPa高压条件下成型，制成成型制品，破碎筛分后，保证成型制品为直径为390~410mm的圆柱体；

（4）将成型制品装入焙烧炉中焙烧，进行活化操作，提高电触媒的机械强度，活化温度为350℃，时间为200min，活化完成后再采用浓度为70%的磷酸进行浸渍。然后再次进行焙烧与浸渍，如此反复共进行1次，保证特种碳素材料的体积密度＞2；

（5）再对活化与浸渍完成后的柱状炭素电触媒在80℃干燥1h，120℃干燥2.5h。干燥完成后，随温度冷却，再进行破碎筛分即制得特种碳素材料的电触媒催化剂成品。

下面为工程实例：

一、按图1所示，将装置的各部位及管道连接好，废水为江苏某保险粉企业制造厂废水。其废水含有高有机物，高盐分。废水存在部分的悬浮物，考虑到可能对选择性膜的影响，前期添加絮凝剂，去除掉悬浮物。经静置后，取上清液进行试验。电源采用直流电源，极板阳极采用镀钌，铱的钛板，阴极采用石墨板。反应区添加直径为2mm，长度为10mm的圆柱形碳素电触媒催化剂。反应区的废水不超过填充的碳素电触媒催化剂层的最上端。反应条件控制电压为15V。试验结果如下表1所示。

表1

二、按图1所示，将装置的各部位及管道连接好，废水为湖北某化工厂某车间排放水。其具有刺鼻气味，具有很高的有机物及盐分。电源采用直流电源，极板阳极采用镀钌，铱的钛板，阴极采用石墨板。反应区添加直径为2mm，长度为10mm的圆柱形碳素电触媒催化剂。反应区的废水不超过填充的碳素电触媒催化剂层的最上端。反应条件控制电压为15V。试验结果如下表2所示。

表2

三、按图1所示，将装置的各部位及管道连接好，废水为浙江某制药厂含四氯苯酐废水。电源采用直流电源，极板阳极采用镀钌，铱的钛板，阴极采用石墨板。反应区添加直径为2mm，长度为10mm的圆柱形碳素电触媒催化剂。反应区的废水不超过填充的碳素电触媒催化剂层的最上端。反应条件控制电压为15V。试验结果如下表3所示。

表3