电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置及方法制造方法及图纸

一种电芬顿‑膜蒸馏协同水处理的装置及方法，该装置包括反应室，反应室内设有电催化疏水膜，电催化疏水膜包括电催化层和疏水层；电催化疏水膜将反应室分割为电芬顿区和出水区，电催化层位于电芬顿区一侧，疏水层位于出水区一侧；气扫单元，与反应室的出水区连接，为反应室提供氧气；进水单元，与反应室的电芬顿区连接，为反应室提供原水；以及出水单元，与反应室的出水区连接，收集反应室的产水；本发明专利技术的同步去除挥发性有机物的电芬顿‑膜蒸馏脱盐方法，可在膜蒸馏过程中同步实现截留和降解挥发性有机物、Fe

【技术实现步骤摘要】
电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置及方法
本专利技术属于水处理和工业脱盐领域，具体涉及电化学技术和膜分离
，尤其涉及一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置及方法。
技术介绍
膜蒸馏是近年来新兴的膜分离过程，膜蒸馏技术可用于污废水处理、海水和苦咸水淡化、盐结晶等领域，可作为反渗透技术的替代技术。膜蒸馏技术由于操作压力低、截盐率高、可应用于高含盐体系等优点，受到越来越多的重视，具有较好的应用前景。膜蒸馏对非挥发性物质具有极高的截留率，产水水质较好。但是，待处理原水中不可避免的会存在一些挥发性的有机物，会随水蒸气一起进入产水侧，甚至会发生挥发性有机物在产水侧富集的问题，影响产水水质。为降低原水中挥发性有机物对膜蒸馏过程所产纯水的水质，目前一般在膜蒸馏过程前采用混凝、吸附、吹脱或高级氧化等预处理方法处理原水，以期降低原水中的挥发性有机物的含量。这些预处理方法与膜蒸馏过程的简单组合均不同程度存在处理效果低、流程长、处理成本高等问题。因此，充分发挥膜蒸馏过程技术特点，采用功能疏水膜，构建电化学与膜蒸馏集成工艺，可形成同步去除挥发性有机物的电芬顿-膜蒸馏脱盐高效、低耗、短流程协同增效系统。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置及方法，通过引入电催化疏水膜，构建电芬顿与膜蒸馏技术协同增效集成系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置，包括：反应室，反应室内设有电催化疏水膜，电催化疏水膜包括电催化层和疏水层；电催化疏水膜将反应室分割为电芬顿区和出水区，电催化层位于电芬顿区一侧，疏水层位于出水区一侧；气扫单元，与反应室的出水区连接，将反应室产生的水蒸气吹扫至出水单元并为反应室提供氧气；进水单元，与反应室的电芬顿区连接，为反应室提供原水；以及出水单元，与反应室的出水区连接，收集反应室的产水；其中，电催化疏水膜电催化层与电源的负极连接；气扫单元中的氧气通过疏水层扩散进入电催化层，在电催化层内部原位还原为H2O2，催化剂或活化剂可催化或活化H2O2产生活性物质，活性物质氧化降解电催化疏水膜附近区域及部分原水主体中的有机物，防止挥发性有机物进入产水；电催化疏水膜界面处原水蒸发，水蒸气通过电催化疏水膜的膜孔后由气扫单元中的气体吹扫进入出水单元，水蒸气冷凝获得产水。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的方法，采用如上所述的装置，包括：将原水及芬顿试剂通入电芬顿区；将含氧气体经由气扫单元通入出水区，含氧气体中的氧气通过疏水层扩散进入电催化层，在电催化层内部原位还原为H2O2，催化剂催化H2O2产生活性物质；活性物质氧化降解电催化疏水膜附近区域及部分原水主体中的有机物，防止挥发性有机物进入产水；电催化疏水膜界面处原水蒸发，水蒸气通过电催化疏水膜的膜孔后由气体吹扫进入出水单元，水蒸气冷凝获得产水。基于上述技术方案可知，本专利技术的电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置及方法相对于现有技术至少具有以下优势之一或一部分：(1)H2O2产生于电催化层内部，快速与Fe2+反应产生·OH等活性物质，·OH寿命极短，在电催化层内部形成截留挥发性有机物的屏障，对即将到达气液界面处的挥发性有机物的实现高效去除；(2)传统电芬顿方法往往需要进行曝气以提供充足的氧气用于产生H2O2，而所述电芬顿-膜蒸馏方法中气扫所用气体可为电芬顿过程提供反应所需的氧气，无需额外曝气；(3)电芬顿过程中产生的Fe3+可以在电催化层部分地还原为Fe2+，继续用于芬顿反应，运行过程只需补充少量Fe2+即可维持所述电芬顿-膜蒸馏方法运行；(4)传统电芬顿方法在进行有机物氧化去除之后还需进行催化剂分离、回收等操作，而所述电芬顿-膜蒸馏方法以膜蒸馏方式获得产水，同步实现了铁盐与水的分离；(5)本专利技术的同步去除挥发性有机物的电芬顿-膜蒸馏脱盐方法，可在膜蒸馏过程中同步实现截留和降解挥发性有机物、Fe2+离子循环和脱盐过程，保证膜蒸馏过程持续获得稳定产水，防止原水侧挥发性有机物进入产水影响产水水质。附图说明图1为本专利技术实施例1中电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置结构示意图；图2为本专利技术电芬顿-膜蒸馏协同水处理的方法原理示意图；图3为本专利技术实施例1电芬顿-膜蒸馏方法运行过程中原水与产水中总有机碳的含量变化图；图4为本专利技术实施例1电芬顿-膜蒸馏方法运行过程中原水中Fe2+和Fe3+浓度变化图；图5为本专利技术实施例2电芬顿-膜蒸馏方法运行过程中膜通量和产水中总有机碳浓度变化图。上述附图中，附图标记含义如下：1、阀门；2、泵；3、温度计；4、储水罐；5、流量计；6、热水浴组件；7、隔网；8、阳极；9、电催化疏水膜；10、冷水浴组件；11、鼓风机；12、电源；13、产水罐。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的主要目的在于提供一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的方法，在获得产水的同时可以将挥发性有机物进行截留、降解、矿化，保证膜蒸馏过程的产水水质。所述电芬顿-膜蒸馏方法产水侧采用气扫式，以空气或氧气进行吹扫，水蒸气在外部冷凝获得产水；原水侧含有电解质和Fe2+离子，电催化疏水膜作为电化学反应的阴极，产水侧的氧气通过电催化疏水膜的疏水层扩散至电催化层，在气液界面原位还原为H2O2，H2O2与Fe2+构成芬顿反应体系在气液界面产生·OH等活性物质快速截留、氧化甚至矿化挥发性有机物，防止其进入产水影响产水水质。本专利技术可同步实现有机污染物降解、Fe2+离子循环和脱盐过程，保证膜蒸馏过程持续获得稳定产水。本专利技术公开了一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置，包括：反应室，反应室内设有电催化疏水膜，电催化疏水膜包括电催化层和疏水层；电催化疏水膜将反应室分割为电芬顿区和出水区，电催化层位于电芬顿区一侧，疏水层位于出水区一侧；气扫单元，与反应室的出水区连接，将反应室产生的水蒸气吹扫至出水单元并为反应室提供氧气；进水单元，与反应室的电芬顿区连接，为反应室提供原水；以及出水单元，与反应室的出水区连接，收集反应室的产水；其中，电催化疏水膜电催化层与电源的负极连接；气扫单元中的氧气通过疏水层扩散进入电催化层，在电催化层内部原位还原为H2O2，催化剂或活化剂可催化或活化H2O2产生活性物质，活性物质氧化降解电催化疏水膜附近区域及部分原水主体中的有机物，防止挥发性有机物进入产水；电催化疏水膜界面处原水蒸发，水蒸气通过电催化疏水膜的膜孔后由气扫单元中的气体吹扫进入出水单元，水蒸气冷凝获得产水。在本专利技术的一些实施例中，所述反应室内还设有阳极和隔网；在本专利技术的一些实施例中，所述阳极与电源的正极连接；在本专利技术的一些实施例中，所述隔网设置在阳极和电催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置，包括：/n反应室，反应室内设有电催化疏水膜，电催化疏水膜包括电催化层和疏水层；电催化疏水膜将反应室分割为电芬顿区和出水区，电催化层位于电芬顿区一侧，疏水层位于出水区一侧；/n气扫单元，与反应室的出水区连接，将反应室产生的水蒸气吹扫至出水单元并为反应室提供氧气；/n进水单元，与反应室的电芬顿区连接，为反应室提供原水；以及/n出水单元，与反应室的出水区连接，收集反应室的产水；/n其中，电催化疏水膜电催化层与电源的负极连接；气扫单元中的氧气通过疏水层扩散进入电催化层，在电催化层内部原位还原为H

【技术特征摘要】
1.一种电芬顿-膜蒸馏协同水处理的装置，包括：
反应室，反应室内设有电催化疏水膜，电催化疏水膜包括电催化层和疏水层；电催化疏水膜将反应室分割为电芬顿区和出水区，电催化层位于电芬顿区一侧，疏水层位于出水区一侧；
气扫单元，与反应室的出水区连接，将反应室产生的水蒸气吹扫至出水单元并为反应室提供氧气；
进水单元，与反应室的电芬顿区连接，为反应室提供原水；以及
出水单元，与反应室的出水区连接，收集反应室的产水；
其中，电催化疏水膜电催化层与电源的负极连接；气扫单元中的氧气通过疏水层扩散进入电催化层，在电催化层内部原位还原为H2O2，催化剂或活化剂可催化或活化H2O2产生活性物质，活性物质氧化降解电催化疏水膜附近区域及部分原水主体中的有机物，防止挥发性有机物进入产水；电催化疏水膜界面处原水蒸发，水蒸气通过电催化疏水膜的膜孔后由气扫单元中的气体吹扫进入出水单元，水蒸气冷凝获得产水。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述反应室内还设有阳极和隔网；
所述阳极与电源的正极连接；
所述隔网设置在阳极和电催化疏水膜之间，用于隔离阴电极和阳电极并起到均匀布水的作用。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述进水单元包括储水罐和加热组件，所述加热组件与储水罐连接，储水罐中的原水在加热组件加热后进入电芬顿区；
所述出水单元包括冷却组件和产水罐。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述电催化疏水膜的厚度为0.05至500μm，孔径为0.1至1μm。


5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述电催化疏水膜的制备方法包括：
(1)在平板疏水膜上抽滤至少一层电催化层材料分散液；
(2)将步骤(1)得到的平板膜热处理，得到所述电催化疏水膜；
其中，步骤(1)中所述平板疏水膜采用的材料包括聚四氟乙烯；
其中，步骤(1)中所述电催化层材料分散液中电催化层材料的浓度为0.1至10wt％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，李魁岭，刘泓锌，刘子谋，杨成锋，郭菁菁，张勇，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11