申请日2016.08.05
公开(公告)日2017.01.04
IPC分类号C02F1/467
摘要
本实用新型公开了一种用于水处理的电催化膜反应器，包括容器状的壳体，壳体上有进水口和出水口，壳体内部设置有过滤膜，过滤膜将壳体进水口到出水口之间的流通路径隔开，其特征在于，过滤膜为阴极电催化膜，壳体内还设置有和阴极电催化膜间隔设置的阳极电极层，阳极电极层为网状结构且和阴极电催化膜距离处于二者之前能够产生电催化反应的有效距离范围内，阴极电催化膜连接有至壳体外的阴极导线用于和电源负极相连，阳极电极层连接有至壳体外的阳极导线用于和电源正极相连，壳体上还设置有能够连通到阴极电催化膜的氧化剂源入口。本实用新型具有结构简单，成本低廉，能提高膜清洗效率和水处理效率，能耗较低等优点。
权利要求书
1.一种用于水处理的电催化膜反应器，包括容器状的壳体，壳体上有进水口和出水口，壳体内部设置有过滤膜，过滤膜将壳体进水口到出水口之间的流通路径隔开，其特征在于，过滤膜为阴极电催化膜，壳体内还设置有和阴极电催化膜间隔设置的阳极电极层，阳极电极层为网状结构且和阴极电催化膜距离处于二者之前能够产生电催化反应的有效距离范围内，阴极电催化膜连接有至壳体外的阴极导线用于和电源负极相连，阳极电极层连接有至壳体外的阳极导线用于和电源正极相连，壳体上还设置有能够连通到阴极电催化膜的氧化剂源入口。
2.如权利要求1所述的用于水处理的电催化膜反应器，其特征在于，壳体整体呈长筒形且竖向设置，进水口设置于壳体上端，出水口设置于壳体下端，位于进水口和出水口之间的壳体内腔中还具有水平设置且竖向间隔布置在上端和下端的两块布水板，上端的布水板和下端的布水板之间竖向固定设置有竖筒形且网格状的膜支撑架，阴极电催化膜固定设置在膜支撑架上，上端的布水板和下端的布水板上设置有过水孔，使得进水能够经过上端的布水板后再水平经过阴极电催化膜后再经过下端的布水板流出。
3.如权利要求2所述的用于水处理的电催化膜反应器，其特征在于，上端的布水板上的过水孔位于膜支撑架上端部对应区域外部的位置，下端的布水板上的过水孔位于膜支撑架下上端部对应区域内的位置，氧化剂源入口设置于上端的布水板和下端的布水板之间的壳体上。
4.如权利要求2所述的用于水处理的电催化膜反应器，其特征在于，壳体上端还向上设置有排气孔。
5.如权利要求2所述的用于水处理的电催化膜反应器，其特征在于，阳极电极层和阴极电催化膜呈套设的圆筒状且二者之间设置有绝缘材料制得的隔绝层，隔绝层呈网格状结构。
6.如权利要求1所述的用于水处理的电催化膜反应器，其特征在于，阴极电催化膜为石墨材料、活性碳材料、碳纤维材料、碳纳米管材料、石墨烯材料、炭气凝胶材料或金属材料制得的具有阴电极属性的过滤膜，其膜孔径为0.001 μm~10 mm。
说明书
一种用于水处理的电催化膜反应器
技术领域
本实用新型涉及膜技术和污染控制水处理领域，特别的涉及一种用于水处理的电催化膜反应器。
背景技术
膜技术是近年来发展起来的一种高分离、浓缩、提纯及净化的技术，因其无相变化、能耗低等优点被广泛的用在水污染控制等领域。然而在膜处理过程中，由于膜的长时间运行，水源中有机污染物会吸附或沉积在膜表面或膜孔内，使膜污染，膜孔径变小或堵塞，膜通量下降，分离效果变差。膜技术应用的成功与否与膜本身性能是否稳定、污染后能否再生有着密切的关系。
膜清洗是一种有效的降低膜污染的途径。膜污染按其程度可分为：表面沉积，膜孔内阻塞，膜表面和孔内的吸附。传统的膜清洗方法目前可分为物理方法和化学方法。物理方法包括：增大膜表面湍动程度，气体、液体反冲，超声清洗、海绵球清洗，这种清洗方法只能对污染膜进行微清洗，清洗效果不理想;化学方法包括：酸、碱清洗，表面活性剂、螯合剂清洗，氧化剂和酶清洗，这种添加化学试剂清洗膜的方法会损耗膜的寿命，同时还会产生废水废液等二次污染，均无法应用到实际工作中。因此，寻求高效稳定的膜反应器及其清洗方法对于膜分离技术的工业化应用非常重要。
利用电催化氧化技术对膜进行清洗技术实际上是对高级氧化水处理技术的应用。国内已有各类应用电催化氧化技术的水处理反应器，发明专利CN103342405A和发明专利CN103318990A公开了使用阴极催化臭氧氧化和阴极活化过硫酸盐处理有机污染废水的方法，但将电催化氧化技术应用到膜清洗方面的研究鲜有报道，且电催化氧化对膜进行清洗时电催化降解的仅是膜表面和膜孔中的有机物，因而电解效率高。CN101597096A公开了一种电催化膜反应处理装置，该装置将阳极作为催化膜和过滤膜的统一体。但也存在能耗较大，反应效率较低的缺陷。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，成本低廉，能提高膜清洗效率和水处理效率，较低能耗的用于水处理的电催化膜反应器。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
一种用于水处理的电催化膜反应器，包括容器状的壳体，壳体上有进水口和出水口，壳体内部设置有过滤膜，过滤膜将壳体进水口到出水口之间的流通路径隔开，其特征在于，过滤膜为阴极电催化膜，壳体内还设置有和阴极电催化膜间隔设置的阳极电极层，阳极电极层为网状结构且和阴极电催化膜距离处于二者之前能够产生电催化反应的有效距离范围内，阴极电催化膜连接有至壳体外的阴极导线用于和电源负极相连，阳极电极层连接有至壳体外的阳极导线用于和电源正极相连，壳体上还设置有能够连通到阴极电催化膜的氧化剂源入口。
本反应器使用时，可以通过氧化剂源入口添加氧化剂源如臭氧、过硫酸盐或高锰酸盐，通过电催化臭氧、过硫酸盐或高锰酸盐，在电解作用下分别产生羟基自由基、硫酸根自由基或三价锰离子，可降解绝大多数有机污染物，如：莠去津、MTBE等常规氧化方法难以氧化降解的有机物，可以用于污染膜的处理，即将膜孔中的有机污染物氧化去除，实现污染膜的清洗。同时，在水处理过程中，利用电催化可对水中部分污染物进行处理。膜通量逐渐恢复，并可有效避免膜的二次污染，并提高出水水质。同时，本申请的反应器中，采用了阴极作为催化膜和过滤膜的统一体，产生电催化反应时，阴极输出电子成为反应源在周围生成强氧化剂，能够更好地实现对作为阴极的电催化膜上的有机污染物的氧化，提高膜清洗效率和水处理效率并降低能耗。根据反应可逆电势差分析，如果酸性条件下在阴极发生氧还原反应可以节约0.67V的槽压;碱性条件可节约0.762V的槽压。由此可见，在阴极上发生氧还原反应可以提高电能的利用效率，减少能耗，提高反应速率。这是利用阴极的催化能力的一个巨大优势。
作为优化，壳体整体呈长筒形且竖向设置，进水口设置于壳体上端，出水口设置于壳体下端，位于进水口和出水口之间的壳体内腔中还具有水平设置且竖向间隔布置在上端和下端的两块布水板，上端的布水板和下端的布水板之间竖向固定设置有竖筒形且网格状的膜支撑架，阴极电催化膜固定设置在膜支撑架上，上端的布水板和下端的布水板上设置有过水孔，使得进水能够经过上端的布水板后再水平经过阴极电催化膜后再经过下端的布水板流出。
这样优化后，能够极大地提高阴极电催化膜的过滤面积，提高水处理过滤的能力和效率。
作为优化，上端的布水板上的过水孔位于膜支撑架上端部对应区域外部的位置，下端的布水板上的过水孔位于膜支撑架下上端部对应区域内的位置，氧化剂源入口设置于上端的布水板和下端的布水板之间的壳体上。
这样，更加方便氧化剂源的加入和电催化反应。
作为优化，壳体上端还向上设置有排气孔。这样方便氧化剂源在氧化反应后剩余的气体外排泄压。
作为优化，阳极电极层和阴极电催化膜呈套设的圆筒状且二者之间设置有绝缘材料制得的隔绝层，隔绝层呈网格状结构。这样，可以更好地保证阳极电极层和阴极电催化膜不会接触短路，保证电催化反应的顺畅进行。
作为优化，阴极电催化膜为石墨材料、活性碳材料、碳纤维材料、碳纳米管材料、石墨烯材料、炭气凝胶材料或金属材料制得的具有阴电极属性的过滤膜，其膜孔径为0.001 μm~10 mm。上述材料可以形成更好的阴极效果和过滤效果。
综上所述，本实用新型具有结构简单，成本低廉，能提高膜清洗效率和水处理效率，能耗较低等优点。
