一種廢水同步連續脫鹽除有機污染物的三維電極裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于污水處理技術領域。更具體地，涉及一種采用電化學方法廢水連續脫鹽除有機污染物的綠色水處理電化學方法及其三維電極裝置(DSR0TDE )。
【背景技術】
[0002]三維電極法(Three-dimens1nal electrodes，簡稱TDE)是一種常用的處理有機廢水方法，該法是在傳統的二維饋電極板的基礎上，添加一種具有低阻抗的導電性的粒子衍化成三維電極(E.Fockedey，2002 ;姜輝等，2014)，而在電場的作用下被極化的粒子就被充當為第三極，通過在電極粒子的表面發生電化學氧化反應，產生強氧化作用的氧化物去攻擊有機目標物，從而達到去除難生物降解的有機污染物的作用。上述加入的這種導電粒子，一方面大幅度增加電極反應的表面積，另一方面能夠將原本的饋電極的電壓作用延伸到溶液的主體中，這相當于縮短了兩極板的電場距離，使得目標處理物在運行到極板上的距離也大大的縮短。
[0003]本發明人的前期研究取得了專利號為ZL02114740.X的三維電極催化氧化法處理有機廢水技術，該技術用于有機廢水的處理時，具有廣譜性，高效，快速，污泥量極少，不產生二次污染，同時具有除臭滅菌等功能，其應用前景廣闊；但是，該技術采用的粒子電極催化劑填料存在原料成本太高，機械強度較差，其中各成分之間的協同效應不夠強等缺陷。本發明人在后續研究獲得了專利號為200410077704.5的一種三維電極的粒子電極催化劑填料及其制備方法，這種導電粒子具有很高的比表面積，以及具有很龐大很密集的吸附孔道，這些孔道就是粒子電極發揮作用的重要部位，也正是因為這種孔道的存在，大大的增加了電極反應的反應面積，是傳統的二維饋電極反應面積的好幾個數量級，在去除難生物降解有機污染物中發揮了重要作用。但是，上述這種方法在處理含有高鹽份的有機物廢水時，由于鹽份副反應的存在而使處理過程能耗大增，同時也存在有機物處理效率也大幅度下降的問題。
[0004]電去離子技術(Eleetrode1nizat1n，簡稱EDI)又稱連續去離子技術(Continuous De1nizat1n，CEDI),早期亦被稱為填充床電滲析。EDI技術很好地融合了電滲析技術和離子交換技術，是一種將混床樹脂填充于離子交換膜之間，在直流電場作用下實現連續除鹽的新型水處理方法，也是在電滲析裝置的膜間填充離子交換樹脂后，在直流電場的作用下，可實現連續去離子過程的一種新型分離技術(K E Bouhidel等，2006 ;孫憲等，2011)。電滲析法(Electro Dialysis，簡稱ED)是利用離子交換膜，包括陰離子交換膜(An1n exchange membrane，AEM)，陽離子交換膜(Cat1n exchange membrane，CEM)，憑借離子交換膜對陰、陽離子的選擇透過性，在外加直流電場的作用下，實現電解質濃縮或淡化的技術。電滲析法因產水量小、耗電量大、以及膜易受有機物污染而失效，方法多用于小型水淡化站。離子交換法(1n-exchange process，簡稱IEX)利用固體離子交換劑包括陰離子交換樹脂(An1n exchange resin，AER)和陽離子交換樹脂(Cat1n exchange resin,CER)，憑借溶液中的離子與固體離子交換劑中的離子進行交換，從而達到去除或提取溶液中某些離子的目的。通常，離子交換樹脂的吸附及交換能力很強，污染物去除效果較好，但是，要求的再生洗脫工藝繁瑣，投資和維護費用較高，此外樹脂易受到有機物污染而失效。系統的設計、操作、管理都比較麻煩，需要專業技術人員，所以一般僅用于廢水的深度處理中。
[0005]在EDI裝置中，離子交換樹脂的導電性比與之接觸的水溶液導電性高兩到三個數量級，離子透過膜表面幾乎全部是離子交換樹脂的作用，即膜間導電性的提高顯著增強了離子的迀移，解決了膜面濃度滯留層中的離子貧乏現象和電阻大的問題，而電極室內發生水解離作用產生的氫離子和氫氧根離子既能再生樹脂還能負載部分電流。因此，EDI裝置能使樹脂的再生、離子交換、去離子作用同時發生，它既有電滲析裝置的脫鹽作用，又有離子交換樹脂的離子交換作用，避免了電滲析濃度極化的不良影響和離子交換樹脂再生而造成的環境污染等缺點。
[0006]傳統EDI裝置在生產超純水或純水時的效果較佳，但是在應用于重金屬廢水處理中，當進水含有較高鈣鎂等金屬離子時，經常因為水解產生的氫氧根形成氫氧化物沉淀，致使連續運行時易在膜和樹脂上出現結垢問題，較大程度地限制了方法的應用。為防止結垢，目前EDI法通常采用倒極、加酸或阻垢劑等操作以維持整個裝置的穩定運行，但這顯然增加了體系的復雜程度，使效率下降，成本上升。此外，由于離子交換樹脂和電滲析離子交換膜本身易受有機污染物影響而失效，故難以推廣應用于含鹽有機物廢水處理中。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是克服現有技術中電去離子技術(EDI)和三維電極法(TDE)均難以推廣應用于處理含鹽有機物廢水的缺陷和不足，在本發明人前期的發明專利((ZL200410077704.5，一種三維電極的粒子電極催化劑填料及其制備方法》的基礎上，對EDI進行技術架接改造，使兩種技術優勢得以巧妙融合，研究制造了一種廢水連續脫鹽除有機污染物的三維電極裝置(簡稱DSR0TDE )。
[0008]本發明的目的是提供一種廢水同步連續脫鹽除有機污染物的三維電極裝置。
[0009]本發明另一目的是提供一種廢水同步連續脫鹽除有機污染物的綠色水處理電化學方法。
[0010]本發明上述目的通過以下技術方案實現:
一種廢水同步連續脫鹽除有機污染物的三維電極裝置(簡稱DSR0TDE)，該裝置由陽極區、陰極區以及若干個功能區單元構成，包括陽離子交換樹脂單元、陰離子交換樹脂單元(其內部分別裝有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂)，極室單元和若干個OFR電催化單元(其內部裝都有OFR專用填料);裝置通過極室單元產生酸堿技術、離子交換樹脂在線脫鹽技術、抑制樹脂及離子交換膜表面易結垢技術、電催化三維電極處理有機物技術的巧妙結合設計，實現了含鹽有機物廢水同時脫鹽除有機物的功能的連續化操作的目的。
[0011]具體地，該裝置是由依次順序排列的陽極區(1)、陽離子交換區(2)、有機物處理區(3)、濃水區(4)、有機物處理區(5)、陰離子交換區(6)和陰極區(7)組成；陽極區(1)、陽離子交換區(2)、有機物處理區(3)和濃水區(4)之間通過陽離子交換膜(8)隔開，濃水區
(4)、有機物處理區(5)、陰離子交換區(6)和陰極區(7)之間通過陰離子交換膜(9)隔開；其中，有機物處理區(3)和陽離子交換區(2)之間、陽離子交換區(2)和有機物處理區(5)之間、有機物處理區(5)和陰離子交換區(6)之間分別通過連接管(10)連通；有機物處理區(3)和濃水區(4)上分別設置有廢水入口(11)，陰離子交換區(6)上設置有處理水排出口(12 )，濃水區(4 )上設置有濃水排出口( 13 )。
[0012]濃水區(4)是位于裝置正中部的一個OFR區，它是唯一一個由陽離子交換膜I和陰離子交換膜6隔開的功能區，內部布滿OFR專用電催化填料粒3構成的濃水區收集單元。
[0013]優選地，該裝置由支架(14)支撐。
[0014]進一步地，所述陽極區(I)內布滿OFR專用電催化填料粒(0FR，即專利200410077704.5所提供的填料)作為產酸區。
[0015]陰極區(7)內部布滿OFR專用電催化填料粒作為產堿區。
[0016]有機物處理區(3)、濃水區(4)和有機