申请日2015.04.02
公开(公告)日2015.07.22
IPC分类号C02F9/06
摘要
本发明提供了一种电絮凝-膜分离水处理装置、处理方法及其用途，所述装置包括装置本体(1)，装置本体(1)底部一侧设有进水口(2)，装置本体(1)顶部与进水口(2)相对的一侧设有出水口(3)，所述装置本体(1)的内部有阴极板(4)、阳极板(5)和膜组件(6)，装置本体(1)侧面有集水管出水口(7)。本发明将电絮凝与膜技术有机地整合到同一个反应单元，形成了“电絮凝-膜分离”短流程工艺。通过电化学作用调控絮凝形态和絮体结构，优化膜过滤性能，同时利用电场效应、电化学氧化和电气浮作用，优化膜表面特性，从而达到既提升电絮凝出水水质，又减缓膜污染，实现电絮凝和膜分离协同作用去除污染物。
摘要附图
权利要求书
1.一种电絮凝-膜分离水处理装置，所述装置包括装置本体(1)，装置本 体(1)底部一侧设有进水口(2)，装置本体(1)顶部与进水口(2)相对的一 侧设有出水口(3)，其特征在于，所述装置本体(1)的内部有阴极板(4)、阳 极板(5)和膜组件(6)，装置本体(1)侧面有集水管出水口(7)，其中膜组 件(6)位于阴极板(4)和阳极板(5)之间，集水管出水口(7)与膜组件(6) 相连。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述膜组件(6)为帘 式平板膜或中空纤维膜;
优选地，所述膜组件(6)中的膜元件为微滤膜、超滤膜或纳滤膜中任意一 种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的处理装置，其特征在于，所述阴极板(4) 所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中任意一种或至少两种的组合;
优选地，所述阳极板(5)所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中任意 一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理装置，其特征在于，所述阴极板(4) 为一个或至少两个阴极板的并联组合;
优选地，所述阳极板(5)为一个或至少两个阳极板的并联组合;
优选地，所述膜组件(6)为一个或至少两个膜组件的并联组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的处理装置的处理方法，其特征在于，所 述方法包括以下步骤：
(1)通入污水，启动电化学装置，进行电絮凝过程;
(2)启动抽滤泵，进行膜过滤;
(3)监测集水管出水口(7)的污染物浓度，直至出水达到标准。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述电絮 凝过程中调节电流密度为0.5～500A/cm2。
7.根据权利要求5或6所述的处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述 电絮凝过程中调节电场强度为1～100V/cm。
8.根据权利要求5-7任一项所述的处理方法，其特征在于，步骤(1)中 所述电絮凝过程中调节压力为50～100kPa。
9.根据权利要求5-8任一项所述的处理方法，其特征在于，步骤(3)中 所述集水管出水口(7)的出水量为300～340L/(h×m2)。
10.根据权利要求1-4任一项所述的处理装置的用途，其应用于饮用水和 污水处理领域。
说明书
一种电絮凝-膜分离水处理装置、处理方法及其用途
技术领域
本发明属于饮用水或污水处理领域，涉及一种电絮凝-膜分离水处理装置、 处理方法及其用途。
背景技术
电絮凝一直是被大量研究和广泛应用的电化学水处理技术。通过改变电化 学参数和调整反应器构造，在电絮凝过程中可以调控絮凝剂的投加量、絮凝形 态和絮体结构，从而影响水处理效果。随着污染形势不断加剧和水质标准的日 益严格，电絮凝技术往往需要组合其他水处理技术，达到污染物去除和环保要 求的目的。膜分离常常作为深度处理技术，与电絮凝技术组合使用。
膜污染制约了膜技术的推广。减缓膜污染的手段通常有曝气冲涮、外加电 场、污水预氧化以及预先混凝，其中预先混凝较为普遍。
专利CN101863577B公开了一种滤池反冲洗水回收处理及其膜滤系统，其 所述方法包括与处理过程、膜滤过程和消毒过程三个步骤，所述膜滤系统利用 潜水泵把反冲洗水泵入进水罐，由进水泵从进水罐取水，送入膜组件进行过滤 处理。专利CN101293701B公开了一种增强膜生物反应器中曝气抗污染作用的 梯形平板膜组件，其所用装置为梯形平板膜-生物反应器，通过调节梯形平板膜 组件的倾斜角度来起到延缓膜污染的作用。
现今，混凝与膜技术进行组合已受到广泛关注，并成为水处理工艺改革的 一个重要方向。研究表明，混凝改善膜污染的主要机制是：增大颗粒物尺寸、 降低滤饼比阻、改变天然有机物(NOM)的组成、提高反冲洗效率等。此外， 膜污染与使用的絮凝剂特性、投加量、絮体结构、絮凝条件等因素具有重要的 作用关系。混凝作为前处理，混凝后直接膜滤，可减化沉淀等工艺环节，提高 对污染物的净化效率。近年来，“电絮凝-膜分离”短流程工艺成为全球研究热点， 但目前为止，未见将电絮凝与膜技术统一到同一个反应单元，达到既优化电絮 凝的出水，又减缓膜污染提高膜利用率的研究报道。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种电絮凝-膜分离水处理装置、处理方法及 其应用。本发明将电絮凝与膜技术有机地整合到同一个反应单元，形成了“电 絮凝-膜分离”短流程工艺。本发明通过电化学作用调控絮凝形态和絮体结构， 优化膜过滤性能，同时利用电场效应、电化学氧化和电气浮作用，优化膜表面 特性，从而达到既提升电絮凝出水水质，又减缓膜污染，实现电絮凝和膜分离 协同作用去除污染物。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电絮凝-膜分离水处理装置，所述装置包括装置本体，装置本体底部一 侧设有进水口，装置本体顶部与进水口相对的一侧设有出水口，所述装置本体 的内部有阴极板、阳极板和膜组件，装置本体侧面有集水管出水口，其中膜组 件位于阴极板和阳极板之间，集水管出水口与膜组件相连。
其中，集水管出水口的出水为经过“电絮凝-膜分离”处理除去污染物的水， 出水口的出水为经“电絮凝-膜分离”处理后的污染物浓度增加的浓水，其可以 回流作为进水口的进水。
优选地，所述膜组件为帘式平板膜或中空纤维膜。
优选地，所述膜组件中的膜元件为微滤膜、超滤膜或纳滤膜中任意一种或 至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有：微滤膜和超滤膜的组合， 超滤膜和纳滤膜的组合，微滤膜、超滤膜和纳滤膜的组合等。
优选地，所述阴极板所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中任意一种 或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有：铁材和铝材的组合， 铝材和钛材的组合，钛材和锌材的组合，铁材、铝材和钛材的组合，铁材、铝 材、钛材和锌材的组合等。
优选地，所述阴极板为一个或至少两个阴极板的并联组合，其中至少两个 阴极板的并联组合包括两个或两个以上阴极板的并联组合。
优选地，所述阳极板为一个或至少两个阳极板的并联组合，其中至少两个 阳极板的并联组合包括两个或两个以上阳极板的并联组合。
优选地，所述膜组件为一个或至少两个膜组件的并联组合，其中至少两个 膜组件的并联组合包括两个或两个以上膜组件的并联组合。
如以上所述的处理装置的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)通入污水，启动电化学装置，进行电絮凝过程;
(2)启动抽滤泵，进行膜过滤;
(3)监测集水管出水口的污染物浓度，直至出水达到标准。
该处理方法的主要原理是：启动电化学装置，利用电场将带电污染物在电 场作用下迁移到阴阳极板附近，使得膜表面边界层的颗粒浓缩得到缓解，减小 了膜表面污染物浓度，降低了膜阻力;电絮凝过程中进行预先的电解，形成一 定的絮体，发生絮凝作用，在膜表面形成滤饼层;电絮凝作用可以改性污染物 进而改善滤饼层的结构;利用阳极的氧化作用可以降解污染物;同时，电解产 生的气体可以进行曝气冲刷对膜表面产生清洗的作用，缓解膜污染。
优选地，步骤(1)中所述电絮凝过程中调节电流密度为0.5～500A/cm2，例 如0.5A/cm2、1A/cm2、10A/cm2、50A/cm2、100A/cm2、150A/cm2、200A/cm2、 250A/cm2、300A/cm2、350A/cm2、400A/cm2、450A/cm2或500A/cm2等，根据污 染物浓度的不同，采用这一范围的电流密度可以有效的利用能源。
步骤(1)中所述电絮凝过程中调节电场强度为1～100V/cm，例如1V/cm、 5V/cm、10V/cm、15V/cm、20V/cm、25V/cm、30V/cm、35V/cm、40V/cm、45V/cm、 50V/cm、55V/cm、60V/cm、65V/cm、70V/cm、75V/cm、80V/cm、85V/cm、90V/cm、 95V/cm或100V/cm等。
优选地，步骤(1)中所述电絮凝过程中调节压力为50～100kPa，例如50kPa、 55kPa、60kPa、65kPa、70kPa、75kPa、80kPa、85kPa、90kPa、95kPa或100kPa 等，在该操作压力范围下进行操作可以达到节省能源的目的，同时也使操作更 为安全。
以上所述的如电流密度、电场强度和压力等参数，需根据进水口进水的条 件来确定具体值。
优选地，步骤(3)中所述集水管出水口的出水量为300～340L/(h×m2)，例 如300L/(h×m2)、305L/(h×m2)、310L/(h×m2)、315L/(h×m2)、320L/(h×m2)、 325L/(h×m2)、330L/(h×m2)、335L/(h×m2)或340L/(h×m2)等。所述集水管出水口 的出水流量也可以认为是本发明所述处理装置的处理量，同时，进水口的进水 情况根据集水管出水口的出水情况和出水口的浓水出水情况来确定。
如以上所述的处理装置的用途，其应用于饮用水和污水处理领域。
本发明首先利用电极板间的电场对于带电粒子的作用，减少甚至消除浓差 极化和减缓膜污染;其次，利用电解产生的气体进行曝气作用冲洗膜表面的同 时影响絮体的形成进而控制膜污染;再次，利用电絮凝作用改变污染物电性， 包括但不限于对污染物包覆而提升了污染物尺寸进而减缓膜污染。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过电化学作用调控絮凝形态和絮体结构，优化膜过滤性能，同时 利用电场效应、电化学氧化和电气浮作用，优化膜表面特性，从而达到既提升 电絮凝出水水质，使出水中TOC含量低于1ppm;又减缓膜污染，实现电絮凝 和膜分离协同作用去除污染物。将电絮凝与膜分离技术进行一体化组合，不但 能够缩短水处理工艺流程，提高污染物的分离效率，使经过处理后的出水中TOC 从原来的5～20ppm降到了0.5～1ppm，浊度从40～60NTU降到了0NTU。而且能 够有效减缓膜污染，提高膜通量，具有良好的协同效应。
