一种膜过滤浓缩液处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种膜过滤浓缩液处理装置，属于污水处理技术领域。


背景技术：

2.生活垃圾在收集、堆放、运收、终端处理过程中，垃圾本身含水被挤压溢出并混合自然降水和冲洗水，形成了有毒有害的生活污水，称为垃圾渗滤液。垃圾渗滤液具有有机污染物浓度高、成分复杂、水质变化较大的特点，含有多种有毒有害的无机物和有机物，还含有难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化合物、酚类化合物和苯胺类化合物等。和城市污水相比，垃圾渗滤液污染物浓度高出很多，所以渗滤液不经过严格的处理不可以直接排入城市污水管道。对垃圾渗滤液的处理，现在广泛采用综合处理工艺——“预处理+生物处理+深度处理”。深度处理一般采用膜过滤处理技术，包括超滤、纳滤、反渗透等。超滤可将大分子和悬浮物滤除，透过超滤膜的主要成分为水、腐殖酸、各种小分子以及ca
2+
、mg
2+
、na
+
、cl
‑
、co
32
‑
、so
42
‑
等离子，需要进一步纳滤进一步处理；经过纳滤膜处理后的出水基本能达到排放标准，但是由于纳滤仅起到物理过滤的作用，在清液达标的同时，会产生20
‑
25%体积的膜过滤浓缩液。纳滤浓缩液中富集了渗滤液中绝大部分二价盐和难生化降解或不可生化降解的有机物。
3.目前，国内外对膜过滤浓缩液处置的典型方式有回灌法、回喷焚烧法、蒸发法、高级氧化法等。芬顿法、电芬顿法、光芬顿法等高级氧化技术的核心原理是，h2o2在fe
2+
的催化作用下分解成羟基自由基
·
oh，这些羟基自由基与有机物发生反应，协同其他氧化剂有效的氧化分解去除传统生物膜技术无法降解的有机污染物，并且不存在有机物种类选择性，直至将这些有机污染物降解为co2、h2o和其他矿物盐。电芬顿法可以通过电解反应直接产生h2o2，只需在反应体系中加入适量的fe
2+
即可持续产生大量的
·
oh，技术实现简单、易操作、费用低，是一种很有发展前景的污水处理技术。但是，现有技术的电芬顿反应体系在氧化分解有机污染物的过程中，h2o2的生成速率和利用率不高，此外部分fe
2+
会被h2o2氧化成fe
3+
，会与降解中间产物（如oh
‑
）形成络合物，阻碍了fe
2+
的循环利用，影响了
·
oh的产量和生成速率，从而降低了电芬顿法降解有机污染物的效率。因此，有必要开发研究电芬顿法与其他氧化技术的联用技术，提高电芬顿法的降解效率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了弥补单一电芬顿法所存在的缺陷，提供一种膜过滤浓缩液处理装置，以提高电芬顿反应体系的氧化效率和有机污染物的去除率，提高膜过滤浓缩液的可生化性。
5.技术方案
6.一种膜过滤浓缩液处理装置，包括污水进水管、硫酸加药箱、硫酸亚铁加药箱、第一管道混合器、ph在线监测仪、第二管道混合器、反应池、直流稳压电源、氙气灯组、阳极板、阴极板、曝气装置和曝气泵；
7.所述反应池设有进水口和出水口，所述出水口位于反应池侧面上部，所述进水口位于反应池侧面底部，进水口与污水进水管连通；所述阳极板和阴极板的数量均为两个以上，阳极板和阴极板等距交替的竖直设置在反应池内，阳极板与直流稳压电源的正极相连，阴极板与直流稳压电源的负极相连；所述氙气灯组竖直的设置在反应池内且处于阳极板和阴极板之间；所述反应池底部设有曝气装置，曝气装置与曝气泵连接；
8.所述第一管道混合器、ph在线监测仪、第二管道混合器依次设置在污水进水管上，硫酸加药箱的出口通过管道和计量泵与第一管道混合器连通，硫酸亚铁加药箱通过管道和计量泵与第二管道混合器连通，第二管道混合器的出口与反应器进水口连通。
9.进一步，所述氙气灯组外设有透明保护罩，可在不影响光线透过率的情况下保护氙气灯组不被腐蚀。
10.进一步，所述阳极板的材料为铂电极、掺硼金刚石电极、钛基二氧化铅/二氧化锡/二氧化钌复合电极、活性炭纤维电极或石墨电极中的一种。
11.进一步，所述阴极板的材料为石墨电极、铂电极、不锈钢电极或钛基电极中的一种。
12.进一步，相邻阳极板和阴极板之间的距离为2
‑
4cm。
13.进一步，所述氙气灯组为pls系列的强光全波段光源。
14.利用上述装置处理膜过滤浓缩液的原理：在氙气灯组照射下，模拟太阳光辐射，利用氧气分子在阴极板表面电解还原成h2o2，h2o2与复合药剂中的fe
2+
发生芬顿反应，产生羟基自由基
·
oh，
·
oh氧化降解有机污染物。其中fe
2+
在反应中可以起催化作用，与h2o2反应生成fe
3+
。由于fe
2+
的还原电位较o2的初始还原电位高，因此fe
3+
优先在阴极板表面发生还原反应生成fe
2+
，作为催化剂继续参与芬顿反应，形成良性循环。
15.电芬顿反应体系中fe
2+
发生的化学反应可以包括以下式（1）
‑
式（5）所示；
16.阴极板：o2+2h
+
+2e
‑
→
h2o2e=0.69v/nhe
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（1）
17.fe
2+
+h2o2→
fe
3+
+
·
oh+oh
‑
k1=58m
‑
·
s
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（2）
18.·
oh+rh（有机物）
→
co2+h2o+p（矿物盐）
ꢀꢀ
式（3）
19.阳极板：2h2o
→
o2+4h
+
+4e
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（4）
20.阴极板：fe
3+
+ e
‑
→
fe
2+
e=0.77v/nhe
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（5）
21.电芬顿反应体系中cl
‑
发生的化学反应可以包括以下式（6）
‑
式（10）所示；
22.2cl
‑
→
cl2+2e
‑ꢀꢀ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（6）
23.cl2+h2o
→
hcl+hclo
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（7）
24.6hclo+3h2o
→
2clo3‑
+4cl
‑
+12h
+
+1.5o2+2e
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式（8）
25.ocl
‑
+h2o+2e
‑
→
cl
‑
+2oh
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（9）
26.2nh
4+
+3hclo
→
n2+3h2o+5h
+
+3cl
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（10）
27.浓缩液自身含有的cl
‑
通过电解反应生成cl2和hclo，进一步促进有机物的氧化降解和杀灭真菌、细菌等微生物，并降解微生物细胞分泌的代谢物；同时降解污水中的氨氮，将氨氮直接转化为无害的氮气，去除率最高可达100%；此外，具有强氧化性的
·
oh、cl2、hclo等氧化剂，会与浓缩液中的发色基团发生反应，使得发色基团的化学键发生断裂或改变其化学结构，从而达到脱色的目的。
28.有益效果：本实用新型提供了一种膜过滤浓缩液处理装置，具有以下明显效果：
29.（1）本实用新型的处理装置将羟基自由基氧化、电解氧化、次氯酸氧化、高氯酸氧化、电絮凝与吸附、氙气灯组激发氧化等多种高级氧化技术协同耦合一体，可实现不同类型污染物的共同去除目的；
30.（2）本实用新型使用的硫酸亚铁药剂，通过管道加药方式与浓缩液混合反应，提供fe
2+
，直接高效的促进了fe
2+
与h2o2反应效率，并提高了fe
2+
在反应体系中的循环利用率；
31.（3）本实用新型采用氙气灯组模拟太阳光辐射，不仅仅是可见光波段，还包括了最重要的紫外光波段，为全波段类型。其中，可见光波段的作用仅仅是通过有色有机污染物的敏化作用，促使有色有机污染物的降解，但对于无色有机污染物没有促进效果。但是紫外光波段是从根源上促进fenton反应的进行，紫外光促进激发fenton反应过程中h2o2的生成羟基自由基
·
oh，fe(oh)2也可生成
·
oh和fe
2+
,同时只有很少量的h2o2发生自灭，提高了h2o2利用率；
32.（4）本实用新型采用电极组并联设计，提高了处理装置对生活污水水质水量的适应性和处理效果，可根据处理水量的多少，增减并联电极组。
33.（5）本实用新型的处理装置操作简单、运行稳定并且体积较小，避免了生物反应体积大的难点，适用于多种占地有限的场地。
附图说明
34.图1是本实用新型膜过滤浓缩液处理装置的结构示意图；
35.图中：1
‑
污水进水管；2
‑
出水口；3
‑
阳极板；4
‑
阴极板；5
‑
直流稳压电源；6
‑
曝气泵；7
‑
曝气装置；8
‑
氙气灯组；9
‑
透明保护罩；10
‑
反应池；11
‑
硫酸加药箱；12
‑
计量泵；13
‑
第一管道混合器；14
‑
ph在线监测仪；15
‑
硫酸亚铁加药箱；16
‑
第二管道混合器。
具体实施方式
36.以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。
37.实施例1
38.如图1，一种膜过滤浓缩液处理装置，包括污水进水管1、硫酸加药箱11、硫酸亚铁加药箱15、第一管道混合器13、ph在线监测仪14、第二管道混合器16、反应池10、直流稳压电源5、氙气灯组8、阳极板3、阴极板4、曝气装置7和曝气泵6；
39.所述反应池10设有进水口和出水口2，所述出水口2位于反应池侧面上部，所述进水口位于反应池侧面底部，进水口与污水进水管1连通；本实施例中，阳极板3和阴极板4的数量均为两个，阳极板材料为钛基钌铱电极，阴极板材料为不锈钢电极，阳极板和阴极板等距交替的竖直设置在反应池1内，相邻阳极板和阴极板之间的距离为3cm，阳极板与直流稳压电源5的正极相连，阴极板与直流稳压电源5的负极相连；所述氙气灯组为pls系列的强光全波段光源，输出光功率为50w，氙气灯组8竖直的设置在反应池内且处于阳极板3和阴极板4之间，所述疝气灯8外设有透明保护罩9，可在不影响光线透过率的情况下保护氙气灯组不被腐蚀；所述反应池1底部设有曝气装置7，曝气装置7与曝气泵6连接；
40.所述第一管道混合器13、ph在线监测仪14、第二管道混合器16依次设置在污水进水管1上，硫酸加药箱11的出口通过管道和计量泵12与第一管道混合器13连通，硫酸亚铁加药箱15通过管道和计量泵与第二管道混合器16连通，第二管道混合器16的出口反应器1进
水口连通。
41.应用测试：
42.采用实施例1的装置处理膜过滤浓缩液，实验采用的膜过滤浓缩液是深圳市某垃圾填埋场浓缩液收集池的浓缩液，该填埋场垃圾渗滤液采用“预处理+uasb+多级a/o+mbr膜系统+nf+ro”组合工艺，处理出水能达到《生活垃圾填埋污染控制标准》gb16889
‑
2008的表2的排放标准。其中，反渗透（ro）系统产生的膜过滤浓缩液回到纳滤（nf）前端，继续进行过滤处理；而纳滤（nf）系统产生的膜过滤浓缩液则排入浓缩液收集池，进行回灌处理。经过水质检测，实验采用的膜过滤浓缩液呈棕褐色，水质分析结果：cod=1223mg/l，bod=128mg/l，氨氮=120mg/l，色度=303，b/c=0.10，可生化性差，不适宜生物法继续处理。
43.采用实施例1的装置对上述膜过滤浓缩液进行处理，方法如下：
44.（1）浓缩液按一定流速持续经过进水管1，控制水力停留时间为5h；浓缩液先与硫酸溶液在第一管道混合器13中充分混合，ph在线监测仪14实时监控管道溶液ph值，使得混合液体ph控制在2.8
‑
3.2之间；然后在第二管道混合器16中与硫酸亚铁溶液混合，进入反应池10中进行电解催化氧化处理；
45.（2）打开曝气泵6，通过曝气装置7对反应池10中液体进行曝气，促进气相扩散和药剂分散，空气流速为200ml/min；
46.（3）打开直流稳压电源5，通过调节电压强度，使得反应池10的电流密度为50ma/cm2，同时接通氙气灯组8，输出光功率为50w；
47.（4）反应池在氙气灯组模拟太阳光辐射下，发生光化学反应、电化学反应、电芬顿反应、非均相类电芬顿反应、电絮凝与吸附沉淀反应，大分子长链有机物分解成小分子断链有机物，甚至直接分解成co2和h2o，从而高效降低反应池内浓缩液的有机物浓度，电芬顿处理时间为5h，电解处理后的上清液从出水口2排出。
48.（5）对出水口2排出的上清液进行检测分析，结果如下：
[0049][0050]
从实施例出水水质检测结果可以看出，本实用新型公开的装置对浓缩液处理具有良好的效果，cod、bod、氨氮、色度的去除率分别为82.4%、39.9%、85.6%、87.5%，b/c比从0.1明显提升到了0.36，可生化性显著提高。
[0051]
以上所述，仅为本实用新型的技术构思和技术特点，但本实用新型的保护范围并不局限于上述实施方式的具体细节。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰，都在本实用新型的保护范围内。