[發明專利]污水的超深度處理方法及裝置

無效

• 申請號: 200910187883.0
• 申請日: 2009-10-14
• 公開（公告）號: CN101696069A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 李彥生;李永斌;柳志剛
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: C02F9/06
• 分類號: C02F9/06;A01N59/00;A01P1/00;C02F1/469;C02F1/42
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 安寶貴

技術領域

本發明涉及一種污水的超深度處理方法及裝置，尤其涉及一種基于污水內源的電滲透離子交換方法超深度凈化污水，屬于污水資源化技術領域。

背景技術

通常城市污水排放量為用量的75-85％，工業污水排放量約為用量的80-90％。實際被生物或化學過程利用和汽化損失低于25％。由于我國污水處理率不高，導致多數地表和地下水資源受到不同程度的污染，加劇了水資源短缺對經濟和社會的健康持續發展的壓力。實施污水資源化不僅有利于企業開源節流與減耗增效，也是增加城市水供給能力的必然選擇。更重要意義在于改善水生態系統的休養生息環境，是利在當代、功在千秋之舉。污水深度處理是指城市污水或工業廢水經常規處理后，為了達到一定的回用水標準并回用于生產或生活而增加的處理單元、旨在進一步去除常規處理單元不能去除的污染物如重金屬、COD、TN、TP、TDS等。電化學過程在去除水中污染物方面具有廣譜、清潔和易于控制等鮮明特點。離子交換與電化學結合技術的研究，從離子交換膜開始即電滲析技術，填充床電滲析(簡稱EDI)和電化學離子交換(EIX)等均同時使用了具有離子導電能力的離子交換劑和選擇性離子交換膜來克服電解反應過程中需投加電解質和離子交換過程需要化學再生的弊端。但由于膜面和流場與電場垂直導致的極化和滲透現象及其影響卻依然存在，成為制約其運行效率提高和應用范圍拓寬的重要因素。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于內源的污水資源化新技術。尤其是指將污水中的污染物COD和鹽分TN、TP、TDS同步去除，并殺死病源微生物的多種污水超深度凈化技術。對于高鹽分有機廢水則具有顯著改善其可生化性的功效。

本發明的技術解決方案是這樣實現的：

一種污水的超深度處理方法，其特征在于電化學技術與離子交換技術的巧妙結合，其過程包括下述步驟：

采用泵驅動將污水由施加一定直流電壓的電解槽底部單股輸入，通過濾芯電極分流為陰極出水和陽極出水；并分別進入填充有氫型和鈉型的陽離子交換劑的交換柱，得到超深度處理部分脫鹽水和具有殺菌消毒功能的消毒液；倒極操作實現控制電極結垢和后續離子交換劑的交替再生與運行。

本發明中電滲透離子交換過程機制如下：在電滲透離子交換過程中，水合程度高的陽離子在直流電場作用下，帶著其水合層向陰極方向運動，在穿過電極之間的陰離子交換樹脂時，并可拖動樹脂微孔表面的部分擴散層(水合層)一起運動。為使電滲透得以進行，陰極放電反應：

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

而Na⁺和Ca²⁺等陽離子并不電解，在壓力驅動下流過陰極，并帶出陰極反應產生的OH^-和H₂，避免了電解過程中產生氣體覆蓋在電極表面導致電流降低和傳質阻礙。因此陰極出水具有的pH值和Na⁺高于原水。

為了維持電荷平衡，首先通過交換或吸附富集在陰離子交換樹脂上帶負電荷的Cl^-及有機污染物在直流電場作用下向陽極方向運動并發生氧化反應，或直接將有機污染物氧化成CO₂或是在陽極表面生成壽命短、氧化性極強的活性中間物質如溶劑化電子、OH等自由基，以及Cl^-氧化生成的Cl₂及衍生物HClO，主要反應：

2Cl^-＝Cl₂+2e

Cl₂+H₂O＝HClO+HCl；

同樣，這些生成物在壓力驅動下流過陽極，不僅避免了電解過程中產生中間物脫離電極時導致電流降低和傳質阻礙，并完全消除其被陰極還原的不利反應，使這些中間物的間接氧化作用在陽極濾芯內部及后續應用中得到充分發揮。因此，陽極出水的pH值低于原水，Cl^-和HClO濃度顯著高于原水及通常的流經式電化學裝置，使其具有持續殺菌消毒功能和較高的利用價值。

本發明中陰陽極出水的離子交換過程機制如下：陰極出水導入填充H型樹脂的交換柱，主要發生如下中和反應，陰極出水中的NaOH得以去除，得到超深度凈化的部分脫鹽水。

R-COOH+Na⁺+OH→R-COONa+H₂O

陽極出水導入填充Na型樹脂的交換柱，由于陽極出水具有強酸性，與樹脂的主要反應如下：