CN105692731A - 一种采用导电性过滤材料处理废水和再生的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用导电性过滤材料处理废水和再生的方法。将导电性过滤材料制成适合压力过滤的管状，即过滤管，与电解电源负极连接，将惰性电极置于过滤管的中心，与电解电源的正极连接，过滤管的一端有入水管，供泵入待处理的废水，另一端有出水管；过滤时，电解电源同时供电电解，或者过滤一段时间，出水量明显下降后，启动电解，恢复过滤管的过滤性能。电解过程中作为阴极的滤材孔道内不断产生氢气气泡，氢气气泡在长大过程中产生巨大的“气泡”压力，使填塞滤材孔道内的颗粒物质和生物膜迅速脱离，过滤材料迅速恢复滤过性能。该方法解决了常规过滤材料再生困难、使用寿命短等缺陷。

Description

一种采用导电性过滤材料处理废水和再生的方法

技术领域

本发明属于环境技术领域，具体涉及一种采用导电性过滤材料处理废水和再生的方法。

背景技术

过滤是一种简单高效无二次污染的分离技术，几十年来，过滤技术广泛应用于含污废水的净化工艺中。水体中固体颗粒、胶体、有机物、有害离子和细菌等都可以通过过滤技术得到有效的去除。目前，应用广泛的过滤材料有许多种类，包括粒状结构的砂石、矿石、无烟煤、果壳和碳材料等，块状结构的多孔聚合有机物膜、多孔陶瓷、多孔金属和纤维织品等。这些过滤材料以颗粒或者膜的形式，通过阻隔、吸附架桥等作用将废物粒子截留，让水分子通过，从而达到净化水的目标。优质过滤材料不但可以将大颗粒的固体悬浮物、胶状物、大油滴等阻挡在过滤材料的表面（微滤、超滤），还可以把能够通过滤孔的小颗粒、小分子有机物、无机粒子、细菌等吸收在过滤材料孔内（纳滤、反渗透等）。要满足高效的分离过程，还需要有合理的过滤材料再生方式。在完成一个过滤周期后，过滤材料表面覆盖孔内堵塞，净化效果和水的通量都大为下降，此时，过滤材料需要再生后才能再一次利用。目前，一般的净化工艺采用反冲洗过程，冲洗介质可以为干净的水或气体。反冲洗过程可以冲刷掉过滤材料孔道内的部分颗粒和吸收不牢固的孔内废物，但是很难将孔内牢固附着的废物颗粒冲洗出来。这是因为虽然反冲洗过程流体流速快，但过滤材料错综复杂的孔道使得孔内的流体流速难以提高，难以彻底冲刷孔内牢固附着物。为了解决反冲洗不彻底的问题，国内外工程技术人员提出了改进的反冲洗方法，包括超声振荡辅助、添加清洗剂、加快冲洗速度等，但都存在一定的应用问题。超声振荡需要大面积的超声设备，添加清洗剂提高反冲洗成本并带来二次污染，而加快冲洗速度使反冲洗水量增加，不仅成本增加，效果往往未能达到预期。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提供一种采用导电性过滤材料处理废水和再生的方法，该方法再生速度快，再生充分，且操作方便、适用性强。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种采用导电性过滤材料处理废水的方法，将导电性过滤材料制成适合压力过滤的管状，即过滤管，与电解电源负极连接，将惰性电极置于过滤管的中心，与电解电源的正极连接，过滤管的一端有入水管，供泵入待处理的废水，另一端有出水管；过滤时，电解电源同时供电电解，或者过滤一段时间，出水量明显下降后，启动电解，恢复过滤管的过滤性能。

本发明方法一般可用于废水中微米级颗粒和油滴、胶体等的过滤。电解过程中导电性过滤材料产生的氢气气泡在释放过程中产生巨大张力，并使过滤管的孔内部产生局部碱性，从而使填塞在过滤材料内的颗粒从孔道内部脱离，实现滤材过滤性能的再生。过滤材料可以保持通电运行，也可间断运行。间断运行是指，在不带电运行一定时间后，出水通量出现显著的下降（由于微小颗粒堵塞过滤通道），此时可停止过滤，启动电解，恢复材料的过滤性能。在废水的电导率较低，或者电解电能消耗较高，可考虑往废水中注入含氯化钠电解质的盐水。

所述的过滤管的管壁为多孔性的，孔径为0.1-1微米。

所述的过滤管可以由导电陶瓷材料制成，包括碳化钨、二硼化钛、氮化钛等，该三种材料具有良好的化学稳定性和可加工性。若过滤材料为上述某一导电陶瓷（碳化钨、二硼化钛、氮化钛）组成的块体材料，厚度一般为2~10mm。

所述的过滤管也可以由非导电性基材上涂覆导电陶瓷制成，导电陶瓷层一般为0.1-2mm厚。

所述惰性电极可以为钌钛形稳阳极、钛镀铂阳极或者金刚石阳极等化学性质稳定的阳极材料。放置的位置为电活性滤管的中央。所述电解的电压范围为1-10V。

本发明还提供一种导电性过滤材料的再生方法，将导电性过滤材料与电解电源负极连接，将惰性电极与电解电源的正极连接，进行电解。

所述的导电性过滤材料可以由导电陶瓷材料制成，包括碳化钨、二硼化钛、氮化钛等。

所述的导电性过滤材料也可以由非导电性基材上涂覆导电陶瓷制成，导电陶瓷层一般为0.1-2mm厚。

与传统的多孔氧化铝过滤材料（非导电性）相比，本发明采用了导电的陶瓷材料作为过滤材料，是通过电化学电解的原理来实现过滤材料的再生。通过调节电压、电解质溶度等控制气泡的产生量，并调节电解时间，使不同状态的过滤材料均能实现高效净化再生。与现有的反冲洗法再生方式相比，本发明方法的优点和有益效果在于：

1）电解过程形成的气泡在脱离的过程中产生巨大的作用力，可以使牢固附着的孔道内颗粒物质得到快速分离。同时，电解产生的局部碱性，还有对孔道具有一定的清洗作用。

2）处理时间短、速度快、洗脱效率高，比传统的水力清洗方式更加节能。

3）通过控制电解电压、时间和电解质溶度方便快捷的调节气泡的产生数量和速度，有针对性地对不同滤料进行高效洗脱，易于自动化控制。

4）处理过程中仅仅产生氧气、氢气和少量的次氯酸，不会二次污染物。

附图说明

图1为本发明处理废水方法的装置示意图。1-过滤管，2-净水箱，3-惰性电极，4-入水管，5-出水管，6-支架。

具体实施方式

以下通过具体实施例来说明本发明技术方案，但本发明的保护范围并不局限于本实例。

实施例1

采用导电性碳化钨过滤材料，用于浑浊地表水的过滤处理。如图1所示，实验装置包括过滤管1，长度为30cm，内直径为4cm，厚为2cm。过滤管为碳化钨制作的多孔陶瓷过滤管（平均孔径为0.1-1微米），陶瓷管通过金属钼丝引出与直流电源的阴极连接。过滤管中间还有一根钌钛细棒阳极，长为30cm，工作时作为电解过程的阳极，引出连接方式与阴极相同。过滤管上有入水管4和出水管，其余部分密封，工作时泵入压力为0.2-0.4MPa。过滤管置于净水箱2内，工作时，通过过滤管的洁净水渗流入净水箱2中，所得的洁净水可以被后续回用，而泵出水可以回流到浑浊水箱（图中未画出）。过滤管通过支架6固定在净水箱2内。

为验证本发明的效果，取含有悬浮颗粒的长江泥水，泥水的固体悬浮物溶度在200ppm，颗粒粒径为2-10微米，有机物为额外添加的腐殖酸（30mg/L），控制总COD_cr的溶度为200mg/L。过滤液pH值调节为接近中性6.5，水箱缓慢搅拌保证进水水质均匀。从水箱中泵入水（高精度隔膜泵）进入图示的过滤管1，泵出水仍然回到水箱。准备两套相同的过滤装置进行对比试验，所用的过滤管材料为同批制备，不存在材料间的显著差异。实验组一不加电场，实验组二加上电场，在过滤的同时实施电解。过滤开始后，控制泵入压力为0.2MPa，运行周期为2d，电解组的电压为5V。

记录净水箱中的水位并计算某一单位时间内的出水量。结果如下：

从上表的结果中，可以看出，不采用电解的方式，48小时运行后的水通量保持率仅为37%，主要是水体中颗粒物质将多孔管道堵塞，透水性变差；而在电解的状态下，过滤材料的孔道内的颗粒无法形成稳定的附着，能够实现过滤的持续性，48小时运行后水通量保持率（即2天后的过滤水通量除以新鲜过滤柱水通量）仍然达到了97%以上。

实施例2

采用电活性碳化钨过滤材料，用于含油餐饮废水的处理。实施例2的实验装置和材料制作方法与实验方法均与实施例1相同，得到的实验结果如下表所示。含油餐饮废水取自某餐饮废水处理设施的隔油池后，有机溶剂萃取后测定含油脂量为0.45g/L，过滤实验运行周期为72小时。记录净水箱中的水位并计算某一单位时间内的出水量。结果如下：

可以看出，电解实验组的72小时后的水通量保持率明显高于不非电解组，说明了电解能够维持对含油脂餐饮废水的处理能力，又能保持过滤***的水通量保持率，体现了发明在废水处理中的优点。

实施例3

采用氮化钛过滤材料，用于浑浊地表水的过滤处理。实验装置同实例1，但采用的过滤管材料为氮化钛过滤材料，电连接为接触氮化钛层的表面。该过滤材料是在普通氧化铝管的基础上，沉积一层多孔氮化钛电活性覆盖层（管内壁），层厚度为0.7mm，活性层的平均孔径为0.7微米。实验组一不加电场，实验组二加上电场，在过滤的同时实施电解。过滤开始后，控制泵入压力为0.2MPa，运行周期为3d，电解组的电压为5V，处理地表水水质参数同实例1。

记录净水箱中的水位并计算某一单位时间内的出水量，并进行水质分析。通过分析发现，连续三天的运行后，两组实验的洁净水箱中的水质并无差异，总悬浮颗粒含量均小于5ppm。而水通量的分析结果如下：

从结果可以看出，作为氮化钛电活性覆盖层作为电活性材料，也能够起到过滤处理和电化学再生的目的，水处理效果良好，体现了本发明所述的电化学再生方法的优势。

Claims (9)

1.一种采用导电性过滤材料处理废水的方法，其特征在于：

将导电性过滤材料制成适合压力过滤的管状，即过滤管，与电解电源负极连接，将惰性电极置于过滤管的中心，与电解电源的正极连接，过滤管的一端有入水管，供泵入待处理的废水，另一端有出水管；过滤时，电解电源同时供电电解，或者过滤一段时间，出水量明显下降后，启动电解，恢复过滤管的过滤性能。

2.根据权利要求1所述的处理废水的方法，其特征在于：所述的过滤管的管壁为多孔性的，孔径为0.1-1微米。

3.根据权利要求1所述的处理废水的方法，其特征在于：所述的过滤管厚度为2～10mm。

4.根据权利要求1所述的处理废水的方法，其特征在于：所述的过滤管是导电陶瓷材料单独形成的块体材料，或者是在非导电性多孔基材上涂覆导电陶瓷层制成。

5.根据权利要求4所述的处理废水的方法，其特征在于：所述导电陶瓷包括碳化钨、二硼化钛或氮化钛。

6.根据权利要求4所述的处理废水的方法，其特征在于：涂覆导电陶瓷层为0.1-2mm厚。

7.根据权利要求1所述的处理废水的方法，其特征在于：所述电解的电压范围为1-10V。

8.一种导电性过滤材料的再生方法，其特征在于，将导电性过滤材料与电解电源负极连接，将惰性电极与电解电源的正极连接，进行电解。

9.根据权利要求8所述的导电性过滤材料的再生方法，其特征在于，所述的导电性过滤材料由导电陶瓷材料制成，或由非导电性基材上涂覆导电陶瓷制成。