可持续自过滤高盐有机废水处理器与水处理方法

本发明涉及污水处理设备，具体涉及一种可持续自过滤高盐有机废水处理器与水处理方法。

背景技术：

1、高盐有机废水同步除污和脱盐是当今工业废水处理领域的关键难点，尤其是实现低耗、低碳、绿色可持续的工业有机废液脱盐和除污是难点中的难点。现有基于高盐废水处理工艺主要采取的工艺为絮凝预处理+超滤+反渗透浓缩—mvr蒸发工艺，上述技术具有稳定、产水品质好的优势，但是仍存在药剂费用高，能耗高、投资大等问题。尤其针对高浊度以及黏度较高的工业母液，很容易造成膜系统的污染，降低使用寿命。因此，开发可持续的高盐有机废水处理工艺具有重要现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可持续自过滤高盐有机废水处理器与水处理方法，以解决上述背景技术中的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种可持续自过滤高盐有机废水处理器，包括：腔体、铝空气电池系统，自过滤材料组成。所述腔体由进水区，蒸发结晶区、盐分收集区组成，自过滤材料前部浸没在进水区液面下5cm-10cm，自过滤材料作为铝空气电池的阴极同时还作为水过滤通道。腔体进水区池壁顶端设置y型支撑层，自过滤材料呈倒u型悬挂在y型支撑层上。以液面和y型支撑层为分隔点，自过滤材料沿长度方向分为前、中、后部三部分，所述前部浸没在水面以下，所述中部高于并垂直于水面，高5-20cm，铝空气电池系统随着盐分浓度梯度变化，可以自适应地处于自过滤材料前部或中部位置，将铝空气电池组件合理设置在特定盐梯度区域内。中部和后部的转弯角度控制在(30°-45°)，后部悬空至于蒸发结晶区内部以及盐分收集区上部。蒸发结晶区内设置有风道，引入废弃热空气与自过滤材料后部充分接触，促进废水中盐分在自过滤材料后部表面结晶，并自动掉落晶体收集区；自过滤材料的前部和中部为亲水性特征，接触角范围为(0°-40°)；自过滤材料后部按照厚度方向，内层为亲水特征，接触角范围为(0°-40°)，外侧为疏水特征，接触角范围为(150°-180°)。

4、铝空气电池系统从外向内由塑料夹板、铝阳极、分隔材料、自过滤材料、分隔材料、铝阳极、塑料夹板构成的双阳极单阴极，三明治结构的电池组件；其中自过滤材料作为阴极，阴阳极分别通过导线和储能装置连接，用于收集产生的电能。其中分隔材料的面积与铝阳极的表观面积相同，自过滤材料的表观面积是铝阳极面积的2-10倍。

5、自过滤材料有多孔碳基体和催化层组成，其中基体为石墨毡、活性炭毡、碳布、碳气凝胶等多孔导电碳材料，厚度在0.2cm-5cm，平均孔径在0.5μm-5μm；催化层为ir、ti、ru、co、mn、sn、sb、pb、pt金属氧化物的一种或多种复合物。分隔材料为常用纯棉材质、全涤纶材质的无纺布或者纸张，厚度为0.1mm-1mm。

6、第二方面，本发明提供一种应用上述可持续自过滤高盐有机废水处理器的水处理方法，包括：

7、(1)铝空气电池同步发电与废水预处理：

8、发电：高盐有机废水排入进水区，浸没在进水区的铝空气电池利用废水中的高浓度盐分作为电解质，促进铝阳极腐蚀，释放电子并通过外电路被自过滤材料(阴极)接受，在催化剂作用下产生电能，最终收集在储能系统中；

9、废水预处理：铝阳极释放出来的铝离子产生铝氢氧化物，作为絮凝剂会逐渐分散到进水区中，通过混凝作用将废水中大分子有机物、胶体物质等从废水中分离沉淀；同时铝离子也会与废水中磷酸盐反应产生磷酸铝沉淀，实现磷酸盐去除；如果废水中存在氟离子，铝电池腐蚀产物铝离子也会进一步与氟离子形成六氟铝酸钠沉淀(即冰晶石)沉淀，实现氟离子高效资源化。

10、废水中固液自主分离与自过滤：预处理过程产生的大量絮凝物和沉淀，一方面在重力作用下经过自然沉降沉淀在进水区底部，废水中小颗粒的污染物在自过滤内部孔道排阻作用下被同时过滤，得以进一步净化；另一方面，废水中溶解性盐分和水分子进一步在自过滤材料的毛细作用下，沿着自过滤长度方向垂直于水面向上爬升，通过y型支撑层后，流入自过滤材料后部；通过上述水分子主动传质过程和运输过程，无需任何外界能源投入，便可实现废水自主流动。

11、本发明有益效果：实现了铝固废、高盐废水、废热的综合利用和高质资源利用，极大程度降低成本的同时，实现废物资源化；将自过滤材料的表面特性进行了分区化表面改性处理，显著地提升了材料的多功能特性，实现原位蒸发过程中水流和界面蒸发的快速反应，以及盐分在自过滤表面的自主剥离和掉落，废水自主蒸发零排放和盐分分置结晶与收集，废水原位浓缩与强化铝固废腐蚀与放电，促进前处理反应，这为高盐废水的可持续处理，盐分的高效回收、高效产电等多功能特性同步实现提供了材料学基础；同步除磷、除氟、重金属以及有机污染物，无需外源化学药剂，实现了废弃铝材的资源转化和高效利用，实现了加药过程的可持续、低碳、绿色过程，最终铝沉淀产物根据成分可以二次利用作为其他产品，实现了铝资源的高质回用和再生；具有节能、低耗、无泵运行等性能，自过滤材料多功能利用，具有较高的稳定性和耐久性，适用性强，能够长时间稳定运行。

12、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，包括：腔体、铝空气电池系统、自过滤材料；所述腔体包括进水区、蒸发结晶区、盐分收集区；自过滤材料前部浸没在水面以下，自过滤材料作为铝空气电池的阴极同时还作为水过滤通道；所述腔体进水区池壁顶端设置y型支撑层，自过滤材料呈倒u型悬挂在y型支撑层上；以液面和y型支撑层为分隔点，自过滤材料沿长度方向分为前部、中部和后部；所述前部浸没在水面以下，所述中部高于并垂直于水面，铝空气电池系统随着盐分浓度梯度变化，可以自适应地处于自过滤材料前部或中部位置，将铝空气电池组件合理设置在特定盐梯度区域内；所述后部悬空至于蒸发结晶区内部以及盐分收集区上部；所述蒸发结晶区内设置有风道，引入废弃热空气与自过滤材料后部充分接触，促进废水中盐分在自过滤材料后部表面结晶，并自动掉落晶体收集区。

2.根据权利要求1所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述自过滤材料的前部和中部为亲水性特征，接触角范围为0°-40°；自过滤材料后部按照厚度方向，内层为亲水特征，接触角范围为0°-40°，外侧为疏水特征，接触角范围为150°-180°，材料最外层具备毫米/厘米级纤维阵列排布特性，纤维阵列垂直于材料表面，为盐分蒸发提供充足结晶位点。

3.根据权利要求1所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述铝空气电池系统为双阳极单阴极的三明治结构的电池组件，包括：中间为自过滤材料，所述自过滤材料的两侧均依次设分隔材料、铝阳极、塑料夹板，其中自过滤材料作为阴极；阴极和阳极分别通过导线和储能装置连接，用于收集产生的电能。

4.根据权利要求3所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述的分隔材料的面积与铝阳极的表观面积相同，自过滤材料的表观面积是铝阳极面积的2-10倍。

5.根据权利要求1所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述自过滤材料包括多孔碳基体和催化层组成。

6.根据权利要求5所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述多孔碳基体为多孔导电碳材料，所述多孔碳基体为石墨毡、活性炭毡、碳布或碳气凝胶。

7.根据权利要求6所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述多孔碳基体的厚度为0.2cm-5cm，平均孔径为0.5μm-5μm。

8.根据权利要求5所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述催化层为ir、ti、ru、co、mn、sn、sb、pb、pt金属氧化物的一种或多种的复合物。

9.根据权利要求1所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器，其特征在于，所述分隔材料为常用纯棉材质、全涤纶材质的无纺布或者纸张，厚度为0.1mm-1mm。

10.一种应用如权利要求1-9任一项所述的可持续自过滤高盐有机废水处理器的水处理方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供可持续自过滤高盐有机废水处理器与水处理方法，属于污水处理设备技术领域，包括腔体、铝空气电池系统和自过滤材料。腔体分为进水区、蒸发结晶区和盐分收集区。铝空气电池系统位于进水区液面以下，用于收集产生的电能。自过滤材料既是铝空气电池的阴极，也是水过滤通道。自过滤材料分为前、中、后三部分，前部浸没在水中，中部高于水面，后部悬空至蒸发结晶区和盐分收集区。通过自过滤材料的亲水性和疏水性实现废水自主流动和促使废水中的盐分结晶以及收集。本发明实现了废水自主过滤、脱盐和产生电能的无能耗处理以及废水预处理、固液分离、自过滤和蒸发零排放，适用于工业废水纳滤、反渗透系统的浓排水和蒸汽机械再压缩的进水原液等。

技术研发人员：李新洋,杨道鑫,邵泽涵,田千仟
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8