公布日：2022.09.13
申请日：2022.08.10
分类号：C02F1/469(2006.01)I;B01J41/09(2017.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明提出一种高盐高浓有机废水处理装置，其包括在电渗析组器中设置阳极和阴极，在阳极和阴极之间从阳极到阴极方向上依次交替且间距地设置混合基质阳膜和混合基质阴膜；混合基质阴膜为N个，混合基质阳膜为N+1个，N是≥1的自然数；在相邻的混合基质阳膜和混合基质阴膜之间均设有钛基复合过渡金属隔网和钛隔网；混合基质阳膜和混合基质阴膜之间的间隔区交替形成浓液室和淡液室。本发明装置处理高盐高浓有机废水后，淡液室得到淡化水可回用，浓液室得到净化的盐溶液可回用于生产工艺或结晶成盐，实现高效低成本去除高浓度有机污染物并将废水中水和盐资源回收再利用，解决预处理复杂、有机物去除率低、废水资源回用率低、处理效率低且运行成本高等问题。
权利要求书
1.一种高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，包括电渗析组器，电渗析组器中设有阳极和阴极，以所述电渗析组器设置阳极的一端为第一端，以设置阴极的一端为第二端；在所述阳极和阴极之间，从第一端到第二端的方向上依次交替且呈间距地设置混合基质阳膜和混合基质阴膜；所述混合基质阴膜的数量为N个，混合基质阳膜的数量为N+1个，N是≥1的自然数；在相邻的混合基质阳膜和混合基质阴膜之间均设有钛基复合过渡金属隔网和钛隔网；从第一端到第二端的方向上，所述混合基质阳膜和混合基质阴膜之间的间隔区交替形成浓液室和淡液室；所述钛基复合过渡金属隔网和钛隔网表面上采用聚合反应形成了荷正电聚酰胺疏松层，荷正电聚酰胺疏松层的制备方法包括：聚酰胺聚合过程中采用吸质子剂促进基团孤电子对的结合及聚酰胺内部微通道结构的形成，以获得所述荷正电聚酰胺疏松层；所述吸质子剂为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾或磷酸钾。
2.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述混合基质阳膜中掺杂纳米改性粒子。
3.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述混合基质阴膜中含有正离子修饰的共价有机框架材料并掺杂纳米改性粒子；其中正离子修饰的共价有机框架材料为银离子、铜离子、钙离子、钠离子或锌离子通过离子交换反应固定到共价有机框架材料上。
4.根据权利要求2或3所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述纳米改性粒子为酯化改性的纳米氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化锰、氧化钛的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述混合基质阳膜的膜基体材料为磺化聚苯醚，混合基质阴膜的膜基体材料为胺化聚砜。
6.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述钛基复合过渡金属隔网采用的过渡金属为Ru、Ir、Mn、Pd、Ni、Au、Pt、Ag、Cr、Rh金属中的一种或前述几种金属的合金。
7.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，电渗析组器进口连接高盐高浓有机废水，电渗析组器淡液室出水为回用水，浓液室出水为净化浓盐溶液，浓液室出水连接浓缩结晶器。
8.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述高盐高浓有机废水处理装置运行条件为膜面流速为2-7cm/s，膜对电压为0.3-0.8V。
9.根据权利要求1所述的高盐高浓有机废水处理装置，其特征在于，所述高盐高浓有机废水是指水中盐份含量达到1.5wt%以上，有机物COD达到6000mg/L以上。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提出一种高盐高浓有机废水处理装置，不需要预处理或添加氧化剂，高效低成本去除有机污染物，同时有效提高废水中水和盐资源回用率。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种高盐高浓有机废水处理装置，其包括电渗析组器，电渗析组器中设有阳极和阴极，以所述电渗析组器设置阳极的一端为第一端，以设置阴极的一端为第二端；
在所述阳极和阴极之间，从第一端到第二端的方向上依次交替且呈间距地设置混合基质阳膜和混合基质阴膜；所述混合基质阴膜的数量为N个，混合基质阳膜的数量为N+1个，N是≥1的自然数；在相邻的混合基质阳膜和混合基质阴膜之间均设有钛基复合过渡金属隔网和钛隔网；从第一端到第二端的方向上，所述混合基质阳膜和混合基质阴膜之间的间隔区交替形成浓液室和淡液室。
在本申请中，所述混合基质阳膜与混合基质阴膜分别是指由复合材料组成的阳离子交换膜和阴离子交换膜。此外，在所述阳极与靠近第一端的混合基质阳膜之间构成极水室，在所述阴极与靠近第二端的混合基质阳膜之间构成极水室。
根据本发明较佳实施例，所述混合基质阳膜中掺杂纳米改性粒子。
根据本发明较佳实施例，所述混合基质阴膜中含有正离子修饰的共价有机框架材料并掺杂纳米改性粒子；其中正离子修饰的共价有机框架材料为银离子、铜离子、钙离子、钠离子、锌离子等带正电离子通过离子交换反应固定到共价有机框架材料上。如此在共价有机框架材料内部孔道上排布高密度正离子修饰的传递载体，能够限域捕集溶液中的阴离子，增强离子扩散传递能力；另外，有机污染物多为荷负电，易对阴膜造成污堵，利用正离子修饰的共价有机框架材料能增加离子扩散传递通道，有效解决阴膜膜面污染或膜孔污堵造成的传质效率下降等问题。
根据本发明较佳实施例，所述纳米改性粒子为酯化改性的纳米氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化锰、氧化钛的一种或几种，通过酯化改性可以有效防止纳米粒子团聚，使粒子在混合基质阳膜和混合基质阴膜中分布均匀，同时可以增强其与膜基体相互作用，解决使用过程中纳米粒子的泄露、析出和流失问题，还能有效提高离子交换膜的热稳定性，增强膜面亲水性和抗污染性，且改善膜内部网络结构，降低膜面电阻，降低装置运行能耗。
其中，所述混合基质阳膜的膜基体材料为磺化聚苯醚，混合基质阴膜的膜基体材料为胺化聚砜。
根据本发明较佳实施例，所述钛基复合过渡金属隔网和钛隔网表面上采用聚合反应形成了荷正电聚酰胺疏松层，荷正电聚酰胺疏松层的制备方法包括：聚酰胺聚合过程中采用吸质子剂促进基团孤电子对的结合及聚酰胺内部微通道结构的形成以获得所述荷正电聚酰胺疏松层。在所述钛基复合过渡金属隔网和钛隔网上设置荷正电疏松层，其作用包括：可以强化有机污染物传质，大幅提升有机污染物的去除效果，并且可以有效防止隔网在运行过程中表面污染或腐蚀造成钝化进而降低了处理效率的问题。
根据本发明较佳实施例，所述钛基复合过渡金属隔网采用的过渡金属为Ru、Ir、Pt、Mn、Pd、Ni、Au、Pt、Ag、Cr、Rh金属中的一种或前述几种金属的合金。
根据本发明较佳实施例，电渗析组器进口连接高盐高浓有机废水，电渗析组器淡液室出水为回用水，浓液室出水为净化浓盐溶液，可资源化回收利用。
根据本发明较佳实施例，所述高盐高浓有机废水处理装置运行条件为膜面流速为2-7cm/s，膜对电压为0.3-0.8V。采用前述运行条件时，可以高效且低成本地处理高盐高浓有机废水，膜面流速过小会降低废水流动性，增大膜污染风险，降低电流效率；膜面流速过大会降低有机污染物去除效率，增加装置运行能耗。膜对电压过小会导致装置处理效果变差或达不到预期，膜对电压过大会造成膜的不可逆损坏而且使装置稳定性变差。
高盐高浓有机废水是指水中盐份含量达到1.5wt%以上，有机物COD达到6000mg/L以上。
（三）有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的高盐高浓有机废水处理装置，可以高效低成本地去除高浓度有机污染物，同时将废水中水和盐资源进行回收再利用，解决现有技术存在的预处理复杂、药剂投加量大、有机物去除率低、废水资源回用率低、装置运行成本高且稳定性差等问题。该装置处理高盐高浓有机废水后，电渗析组器淡液室得到淡化水可回用，电渗析组器浓液室得到净化的盐溶液可回用于生产工艺或结晶成盐。本发明的装置可在去除高浓有机物的同时实现废水资源化再利用。
2、本发明提供的高盐高浓有机废水处理装置中，混合基质离子交换膜（即混合基质阳膜和混合基质阴膜）中纳米改性（酯化改性）粒子分布均匀，使用过程无粒子泄露和析出风险，同时有效提高离子交换膜的热稳定性，增强膜面亲水性和抗污染性，并且改善膜内部网络结构，降低膜面电阻，降低装置运行能耗。混合基质阴膜包含正离子修饰的共价有机框架材料，借此可限域捕集溶液中阴离子，增强离子扩散传递能力，提高离子交换容量，有效解决阴膜膜面污染或膜孔污堵造成的传质效率下降等问题。混合基质阴膜采用正离子修饰的共价有机框架材料并掺杂纳米改性粒子，相较于常规表面涂覆等方法，具有制备不影响膜表面特性及膜性能、使用过程无剥落风险、长期运行稳定等优点。
3、本发明提供的高盐高浓有机废水处理装置中，覆有荷正电聚酰胺疏松层的钛基复合过渡金属隔网和钛隔网可以强化有机污染物的传质过程，大幅提升有机污染物的去除效果，并且可以有效防止钛基复合过渡金属和钛隔网在运行过程中因表面污染或腐蚀造成钝化进而导致处理效率降低的问题；另外，在提高装置对有机污染物去除率的同时避免了离子交换膜表面结构或性质的破坏而导致离子传递效率降低的问题。钛基复合过渡金属隔网和钛隔网主要起到催化氧化水中有机物的作用,荷正电聚酰胺疏松层一方面有吸引有机物延长有机物停留时间，促进其传质作用和氧化分解，另一方面避免电极因污染而钝化。
4、本发明提供的高盐高浓有机废水处理装置对高盐高浓有机废水进行处理过程中不需要预处理也不需要添加氧化剂、催化剂等，操作工艺简便，运行成本低且稳定性好，可完全避免造成二次污染。通过电渗析组器中离子交换膜、钛基复合过渡金属隔网和钛隔网的设计和排布，有效提高有机污染物的去除率、装置处理效率及水和盐资源的回用率，并且增强装置安全稳定性，降低运行能耗。
（发明人：祝海涛;吴雅琴;杨波）