CN113666549B - 渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米o3装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法，包括微气泡臭氧发生***、一级膜电极反应器、二级膜电极反应器和回流反应器，微气泡臭氧发生***包括臭氧发生器、微纳米气泡发生器和冷水机，臭氧发生器的进气管与外部氧气源连接，微纳米气泡发生器分别与渗滤液浓缩液进水管和臭氧发生器的出气管连接，冷水机与微纳米气泡发生器的出水管连接，一级膜电极反应器分别与冷水机和二级膜电极反应器的输入端连接，二级膜电极反应器的碱液输出端连接回流反应器。本发明可实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流，有效提高有机物和O3的传质效能，提高电子转移速率，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法，具体为一种垃圾渗滤液浓缩液的分盐降碳双级膜电极-微纳米臭氧装置，属于环保技术领域。
背景技术
年产量超过7600万吨的垃圾渗滤液已成为严重制约卫生填埋的污染源，膜技术成为其稳定达标排放的重要保障。但随之而来的高盐、高腐殖质的膜滤浓缩液成为渗滤液处理的关键，回灌因其成本较低，是我国实际工程应用广泛的浓缩液处置方式，但其中盐分和腐殖质的累积，对填埋堆体和后续的渗滤液的产生均有恶性影响。蒸发减量化工艺和回喷焚烧技术可有效去除浓缩液污染物，但其中蒸发器和焚烧炉受到盐分腐蚀严重。高级氧化技术对难降解有机物，尤其高腐殖质物质具有一定优势，臭氧因其高效、环境绿色、经济可行等特点，是具有发展前景的先进环保技术，但如何提高臭氧利用效能和传质效能仍是研究热点。
专利文献CN106006924A公开了一种垃圾渗滤浓缩液的微气泡O3-电解一体套筒处理装置，考虑到浓缩液盐分高、氯离子含量高等特性，利用电化学同步实现夹杂在O3中大量氧气的有效利用、O3高效溶解传质、阴极H2O2强化和阳极活性氯强化，有机物去除效能可提高20％以上。为进一步提高臭氧传质效能和对其中盐分的分段有效利用，借鉴电渗析技术原理在外加电场力的作用下利用膜的选择透过性使得盐离子发生定向移动，提高电子传递速率，同时膜过滤强化O3及有机物向极板表面传质，微气泡O3通过膜孔有利于更小气泡的生成，从而提高O3利用率，同时浓缩液中酸碱离子分离，实现其中盐离子的回用。因此，现需要一种能够同步达到高效腐殖质物质去除以及其中盐分资源化分段利用的渗滤液浓缩液高级氧化处置装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法，解决现有技术中存在的上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，包括微气泡臭氧发生***、一级膜电极反应器、二级膜电极反应器和回流反应器，所述微气泡臭氧发生***包括臭氧发生器、微纳米气泡发生器和冷水机，所述臭氧发生器的进气管与外部氧气源连接，所述微纳米气泡发生器分别与渗滤液浓缩液进水管和所述臭氧发生器的出气管连接，所述冷水机与所述微纳米气泡发生器的出水管连接，所述一级膜电极反应器分别与所述冷水机和所述二级膜电极反应器的输入端连接，所述二级膜电极反应器的碱液输出端连接所述回流反应器。
进一步的，所述一级膜电极反应器包括第一阳极板和膜电极阴极，所述一级膜电极反应器的一侧面下端设置有进水口、底端设置有出水口，所述出水口连接所述膜电极阴极，所述进水口连接所述冷水机。
进一步的，所述第一阳极板的材质为碳基材料、钌系钛电极或贵金属镀层电极，所述第一阳极板的组数设置为2个且分别设置在所述膜电极阴极的两侧，所述膜电极阴极的材质为碳基材料，膜类型为纳滤膜。
进一步的，所述二级膜电极反应器包括第二阳极板、阴极板和设置在所述第二阳极板与所述阴极板之间的质子交换膜，所述质子交换膜将所述二级膜电极反应器分为碱液区和酸液区，所述碱液区下端设置有碱液进水口、上端设置有碱液出水口，所述酸液区上端设置有酸液回收出水口。
再进一步的，所述第二阳极板的材质为碳基材料、钌系钛电极或贵金属镀层电极，所述阴极板的材质为碳基材料，所述质子交换膜的膜类型为全氟质子交换膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜或复合膜。
进一步的，所述回流反应器包括位于顶部的回流进水口和回流出水口以及位于底部的磁力搅拌器，所述回流进水口通过管道连接所述二级膜电极反应器的碱液出水口，所述回流出水口通过管道连接所述微纳米气泡发生器的进水口。
进一步的，所述一级膜电极反应器、所述二级膜电极反应器和所述回流反应器的材质为有机玻璃、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂或不锈钢。
一种渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3的方法，应用所述的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，所述处理方法包括以下步骤：外部氧气源向臭氧发生器的进气管输入氧气，而后臭氧通过臭氧发生器的出气管进入微纳米气泡发生器，同时通过渗滤液浓缩液进水管向微纳米气泡发生器中送入渗滤液浓缩液，随后浓缩液通过微纳米气泡发生器的出水管进入冷水机中，后浓缩液依次流经一级膜电极反应器和二级膜电极反应器，可实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流，实现空间分步利用，其中通过一级膜电极反应器膜微孔作为反应位点，形成局部湍流，有效提高有机物和O3的传质效能，且利用膜过滤可实现高价盐离子富集进而提高电子转移速率、降低能耗，通过二级膜电极反应器实现浓缩液中酸碱回收，碱液通过碱液输出端回流至一级膜电极反应器，营造O3高效转化的碱性环境，有利于O3向·OH转化。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1、本发明的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法可实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流“空间分步利用”，借助一级膜电极微孔作为反应位点，形成局部湍流，可有效提高有机物和O3的传质效能，利用膜过滤可实现高价盐离子富集进而提高电子转移速率，降低能耗；
2、本发明的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法中，二级膜采用酸碱分离膜，可实现浓缩液中酸碱回收，碱液可回流至前端营造O3高效转化的碱性环境，有利于O3向·OH转化；
3、本发明的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法的浓缩液中的组分在膜界面诱导产生类固态新界面，即对O3和有机物具有限域效应的“二次限域”，该耦合技术可原位通过缓解膜“二次限域”的形成，提高O3的传质性能和延长膜使用寿命，可同时实现浓缩液的“无添加药剂、无二次污染、高效率低能耗”有机物去除和盐分利用。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置的结构示意图。
附图标记说明：1-氧气源，2-臭氧发生器，3-微纳米气泡发生器，4-冷水机，5-一级膜电极反应器，501-第一阳极板，502-膜电极阴极，503-进水口，504-出水口，6-二级膜电极反应器，601-第二阳极板，602-阴极板，603-质子交换膜，604-碱液进水口，605-碱液出水口，606-酸液出水口，6-a-碱液区，6-b-酸液区，7-回流反应器，701-回流出水口，702-回流进水口，703-磁力搅拌器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，包括微气泡臭氧发生***、一级膜电极反应器5、二级膜电极反应器6和回流反应器7，所述微气泡臭氧发生***包括臭氧发生器2、微纳米气泡发生器3和冷水机4，所述臭氧发生器2的进气管与外部氧气源1连接，所述微纳米气泡发生器3分别与渗滤液浓缩液进水管和所述臭氧发生器2的出气管连接，所述冷水机4与所述微纳米气泡发生器3的出水管连接，所述一级膜电极反应器5分别与所述冷水机4和所述二级膜电极反应器6的输入端连接，所述二级膜电极反应器6的碱液输出端连接所述回流反应器7。
本实施例1的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置及方法在使用时，外部氧气源1向臭氧发生器2的进气管输入氧气，而后臭氧通过臭氧发生器2的出气管进入微纳米气泡发生器3，同时通过渗滤液浓缩液进水管向微纳米气泡发生器3中送入渗滤液浓缩液，随后浓缩液通过微纳米气泡发生器3的出水管进入冷水机4中，后浓缩液依次流经一级膜电极反应器5和二级膜电极反应器6，可实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流，实现空间分步利用，其中通过一级膜电极反应器5膜微孔作为反应位点，形成局部湍流，有效提高有机物和O3的传质效能，且利用膜过滤可实现高价盐离子富集进而提高电子转移速率、降低能耗，通过二级膜电极反应器6实现浓缩液中酸碱回收，碱液通过碱液输出端回流至一级膜电极反应器5，营造O3高效转化的碱性环境，有利于O3向·OH转化。
具体的，所述一级膜电极反应器5包括第一阳极板501和膜电极阴极502，所述一级膜电极反应器5的一侧面下端设置有进水口503、底端设置有出水口504，所述出水口504连接所述膜电极阴极502，所述进水口503连接所述冷水机4。
具体的，所述第一阳极板501的材质为碳基材料、钌系钛电极或贵金属镀层电极，所述第一阳极板501的组数设置为2个且分别设置在所述膜电极阴极502的两侧，所述膜电极阴极502的材质为碳基材料，膜类型为纳滤膜。
具体的，所述二级膜电极反应器6包括第二阳极板601、阴极板602和设置在所述第二阳极板601与所述阴极板602之间的质子交换膜603，所述质子交换膜603将所述二级膜电极反应器6分为碱液区6-a和酸液区6-b，所述碱液区6-a下端设置有碱液进水口604、上端设置有碱液出水口605，所述酸液区6-b上端设置有酸液回收出水口504。
具体的，所述第二阳极板601的材质为碳基材料、钌系钛电极或贵金属镀层电极，所述阴极板602的材质为碳基材料，所述质子交换膜603的膜类型为全氟质子交换膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜或复合膜。
具体的，所述回流反应器7包括位于顶部的回流进水口702和回流出水口701以及位于底部的磁力搅拌器703，所述回流进水口702通过管道连接所述二级膜电极反应器6的碱液出水口605，所述回流出水口701通过管道连接所述微纳米气泡发生器3的进水口503。
具体的，所述一级膜电极反应器5、所述二级膜电极反应器6和所述回流反应器7的材质为有机玻璃、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂或不锈钢，也可以采用其他耐臭氧材料。
本实施例1的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置可实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流“空间分步利用”，借助一级膜电极微孔作为反应位点，形成局部湍流，可有效提高有机物和O3的传质效能，利用膜过滤可实现高价盐离子富集进而提高电子转移速率，降低能耗。
实施例2
一种渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3的方法，应用所述的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，所述处理方法包括以下步骤：外部氧气源1向臭氧发生器2的进气管输入氧气，而后臭氧通过臭氧发生器2的出气管进入微纳米气泡发生器3，同时通过渗滤液浓缩液进水管向微纳米气泡发生器3中送入渗滤液浓缩液，随后浓缩液通过微纳米气泡发生器3的出水管进入冷水机4中，后浓缩液依次流经一级膜电极反应器5和二级膜电极反应器6，可实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流，实现空间分步利用，其中通过一级膜电极反应器5膜微孔作为反应位点，形成局部湍流，有效提高有机物和O3的传质效能，且利用膜过滤可实现高价盐离子富集进而提高电子转移速率、降低能耗，通过二级膜电极反应器6实现浓缩液中酸碱回收，碱液通过碱液输出端回流至一级膜电极反应器5，营造O3高效转化的碱性环境，有利于O3向·OH转化。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，其特征在于，包括微气泡臭氧发生***、一级膜电极反应器、二级膜电极反应器和回流反应器，所述微气泡臭氧发生***包括臭氧发生器、微纳米气泡发生器和冷水机，所述臭氧发生器的进气管与外部氧气源连接，所述微纳米气泡发生器分别与渗滤液浓缩液进水管和所述臭氧发生器的出气管连接，所述冷水机与所述微纳米气泡发生器的出水管连接，所述一级膜电极反应器分别与所述冷水机和所述二级膜电极反应器的输入端连接，所述二级膜电极反应器的碱液输出端连接所述回流反应器；
所述一级膜电极反应器包括第一阳极板和膜电极阴极，所述一级膜电极反应器的一侧面下端设置有进水口、底端设置有出水口，所述出水口连接所述膜电极阴极，所述进水口连接所述冷水机；所述第一阳极板的组数设置为2个且分别设置在所述膜电极阴极的两侧；
所述二级膜电极反应器包括第二阳极板、阴极板和设置在所述第二阳极板与所述阴极板之间的质子交换膜，所述质子交换膜将所述二级膜电极反应器分为碱液区和酸液区，所述碱液区下端设置有碱液进水口、上端设置有碱液出水口，所述酸液区上端设置有酸液回收出水口；
所述回流反应器包括位于顶部的回流进水口和回流出水口以及位于底部的磁力搅拌器，所述回流进水口通过管道连接所述二级膜电极反应器的碱液出水口，所述回流出水口通过管道连接所述微纳米气泡发生器的进水口；
所述一级膜电极反应器、所述二级膜电极反应器和所述回流反应器的材质为有机玻璃、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂或不锈钢。
2.根据权利要求1所述的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，其特征在于，所述第一阳极板的材质为碳基材料或贵金属镀层电极，所述膜电极阴极的材质为碳基材料，膜类型为纳滤膜。
3.根据权利要求1所述的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，其特征在于，所述第二阳极板的材质为碳基材料或贵金属镀层电极，所述阴极板的材质为碳基材料，所述质子交换膜的膜类型为全氟质子交换膜、部分氟化聚合物膜、非氟聚合物膜或复合膜。
4.渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3的方法，其特征在于，应用权利要求1-3中任一项所述的渗滤浓缩液的分盐降碳膜电极耦合微纳米O3装置，所述方法包括以下步骤：
外部氧气源向臭氧发生器的进气管输入氧气，而后臭氧通过臭氧发生器的出气管进入微纳米气泡发生器，同时通过渗滤液浓缩液进水管向微纳米气泡发生器中送入渗滤液浓缩液，随后浓缩液通过微纳米气泡发生器的出水管进入冷水机中，随后浓缩液依次流经一级膜电极反应器和二级膜电极反应器，实现一级膜高价盐定向累积和二级膜低价盐酸碱分离回流，实现空间分步利用，其中通过一级膜电极反应器膜微孔作为反应位点，形成局部湍流，有效提高有机物和O3的传质效能，且利用膜过滤实现高价盐离子富集进而提高电子转移速率、降低能耗，通过二级膜电极反应器实现浓缩液中酸碱回收，碱液通过碱液输出端回流至一级膜电极反应器，营造O3高效转化的碱性环境，有利于O3向·OH转化。
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