[发明专利]一种适用于水源水污染物去除的阴极电化学微滤膜耦合反应器

说明书

本发明涉及一种适用于水源水污染物去除的阴极电化学微滤膜耦合反应器，采用石墨作为阳极，内嵌钢丝网的平板微滤膜组件作为阴极，由稳压直流电源施加外加电场，在连续流模式下操作运行，不仅可实现水源水中颗粒、胶体以及大分子污染物的物理拦截去除，而且可利用电催化产生的强氧化性物质实现难降解有机物的降解去除。本发明除阳极表面发生水分解反应生成HO^•外，利用外加电场和曝气条件下阴极表面原位产生的H₂O₂，与钢丝网溶出的Fe(II)在阴极界面和均相溶液中发生Fenton反应，生成HO^•、Fe(IV)O²⁺等强氧化剂物种，实现水源水中小分子难降解有机物的氧化降解去除。本发明耦合电化学氧化与微滤膜分离技术，在较低的外加电压和较短的水力停留时间内，即可实现难降解有机物的高效去除，降低了运行能耗。

技术领域

本发明属于环境保护、水处理领域，具体涉及一种适用于水源水污染物去除的阴极电化学微滤膜耦合反应器。

背景技术

世界范围内面临着日趋严重的水资源短缺问题，近年来，随着工业的发展和城市化进程的加快，许多公用事业机构使用的水源水已受到不同程度的污染，来源于各类危险废物的处置、废水排放和含有农业化肥和农药的地表径流。在中国，过半的湖泊和地下水没有达到水质供应标准。随着居民生活饮用水水质标准的日益严格，寻求受污染水源水处理对策和处理技术是目前亟待研究和实践的重点。

在难降解有机物、痕量有机物等水源水处理时，采用高压分离膜（纳滤、反渗透等）可以取得较好的处理效果，但是高压膜分离技术处理能耗高、处理成本高、工艺要求严格，是高压膜分离技术在实际应用中存在的技术障碍。

相比于高压膜分离技术，低压膜过滤技术（如微滤和超滤）具有选择性好、无二次污染、过程简单、占地面积小、节能和无相变等特点，能够有效去除污水中的细菌和胶体物质，如果设计和操作得当，便于维护，因而在水处理领域具有广泛的应用前景。然而微滤、超滤等低压膜过滤技术在实际应用中存在难以去除小分子难降解污染物（1000 Da）的问题。这些污染物不仅能在膜孔吸附导致膜的渗透性能下降，而且难以通过传统的生物处理方法去除（如难生物降解的磺化芳香胺类物质等），一旦排出，将造成二次点源污染。为克服这些制约低压膜过滤技术实际应用的技术性缺陷，需要将膜分离技术与其他技术进行耦合。电化学氧化技术通过在外加电场作用下，可以在原位生成氧化剂物种（如HO•、H₂O₂等），从而氧化降解水中的难降解污染物。但是，如何实现低压膜分离与电化学氧化技术的高效耦合，实现膜分离与难降解有机物氧化降解的双重功能是进一步拓展膜分离技术应用的关键。在技术研发中，同时要考虑技术的低耗、高效等性能，以实现水中污染物的高效分离和降解。

基于此问题，本发明采用抗腐蚀材料石墨作为阳极，内嵌钢丝网的平板微滤膜组件作为阴极，由稳压直流电源施加外加电场，在连续流模式下操作运行，可以实现水源水中颗粒、胶体以及大分子污染物的物理拦截去除；同时，无需化学添加，利用体系中原位生成的HO^•、Fe(IV)O²⁺等强氧化剂物种，进一步实现水源水中小分子难降解有机物的氧化降解去除。本发明在较低的外加电压和较短的水力停留时间内，即可实现难降解有机物的高效去除，降低了运行能耗。此外，施加较低外加电场对微生物活性没有负面影响，该系统可以协同微生物矿化过程来去除难降解有机污染物，增加了其在水处理领域的实际应用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能将水源水中颗粒、胶体以及大分子污染物的物理拦截去除和小分子难降解有机物的氧化降解去除同时实现的水处理装置。本发明耦合电化学氧化与微滤膜分离技术，利用外加电场作用下反应器内原位生成的氧化剂物种，对水源水中的污染物进行高效去除，可在连续流模式操作运行，且能耗较低。