本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能供電的高鹽有機(jī)廢水處理裝置，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的水處理技術(shù)。

背景技術(shù)：

高含鹽難降解有機(jī)廢水，如焦化、制革、造紙、化工、食品和氯堿工業(yè)的廢水及垃圾滲濾液，含有大量有毒害難降解有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)鹽,如Cl^-,SO₄^2-,Na⁺,Ca²⁺等離子,若未經(jīng)處理或僅去除有機(jī)物，高鹽有機(jī)物廢水勢(shì)必會(huì)對(duì)水體生物、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水水質(zhì)產(chǎn)生極大的影響。在水資源日益緊張、含鹽廢水排放量日益增多，尋求經(jīng)濟(jì)、高效的高鹽有機(jī)廢水處理技術(shù)極為重要。

利用傳統(tǒng)的生化處理技術(shù)對(duì)高含鹽難降解有機(jī)廢水難以獲得滿意的處理效果。高鹽度有機(jī)廢水具有良好的電導(dǎo)率,因而采用電化學(xué)方法處理是一個(gè)合適的選擇。利用電化學(xué)氧化過(guò)程所產(chǎn)生的自由基(如羥基自由基)或生成的氧化劑(如次氯酸)，可有效氧化降解水中有機(jī)污染物。此外，廢水脫鹽是高鹽廢水回用的必不可少環(huán)節(jié)，含鹽量是工業(yè)廢水回用主要限定指標(biāo)之一，僅去除有機(jī)物不能滿足高含鹽有機(jī)廢水的回用與排放標(biāo)準(zhǔn)。多效蒸發(fā)和基于膜的滲透技術(shù)的脫鹽技術(shù)的高能耗限制其廣泛應(yīng)用。近年來(lái)發(fā)展的電容去離子(capacitive deionization，CDI)脫鹽是一種新型水處理脫鹽技術(shù)，具有高除鹽率、低能耗、無(wú)需化學(xué)再生及抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電容去離子技術(shù)的工作原理是建立在雙電層電容理論之上，在電場(chǎng)作用下,溶液中的陽(yáng)離子被吸附在負(fù)極表面,同時(shí)陰離子被吸附在正極表面,隨著離子不斷被吸附,溶液的離子濃度逐漸降低,從而實(shí)現(xiàn)溶液脫鹽。

但電化學(xué)技術(shù)的主要問(wèn)題是需要耗費(fèi)大量電能，這成了制約相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，高含鹽難降解有機(jī)廢水的處理常常需要在野外進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)往往并不具備電力供應(yīng)條件。再者，裝置的緊湊化、便攜化也是迫切的實(shí)際要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種太陽(yáng)能供電的高鹽有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于包括：

至少一個(gè)電化學(xué)氧化電解槽，

電容去離子脫鹽裝置，

太陽(yáng)能供電裝置，

其中，

每個(gè)所述電解槽包括電化學(xué)陽(yáng)極、電化學(xué)陰極及槽體，

所述電容去離子脫鹽裝置包括至少一組電容去離子單元，

所述太陽(yáng)能供電裝置用于向電解槽和電容去離子脫鹽裝置提供直流電力，作為電解槽和電容去離子脫鹽裝置的直流電源。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能供電的電化學(xué)氧化-電容去離子脫鹽耦合裝置圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的“零極距”的固態(tài)電解質(zhì)電解槽裝置示意圖。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的電容去離子裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明人通過(guò)深入研究認(rèn)識(shí)到，利用太陽(yáng)能供電裝置為電容去離子(CDI)脫鹽裝置提供電力支持，并把廢水電氧化技術(shù)與電容去離子脫鹽技術(shù)聯(lián)用，即太陽(yáng)能供電的電化學(xué)氧化-電容去離子脫鹽耦合技術(shù)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)高鹽難降解有機(jī)廢水的有機(jī)物去除和脫鹽。本實(shí)用新型的該技術(shù)方案能夠大幅降低高鹽難降解有機(jī)廢水的處理成本、縮短處理時(shí)間以及減少二次污染，其尤其適用于缺乏電力供應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并在裝置的緊湊化和便攜化方面有了實(shí)質(zhì)的改進(jìn)。

本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的低能耗的高鹽難降解有機(jī)廢水電化學(xué)處理裝置，解決難降解有機(jī)物的有效去除與脫鹽的同步處理問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能供電的高鹽有機(jī)廢水處理裝置包括廢水預(yù)處理裝置、一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)氧化電解槽105、電容去離子裝置110和太陽(yáng)能供電裝置103。太陽(yáng)能供電裝置103作為電化學(xué)氧化電解槽和電容去離子脫鹽裝置的直流電源，其電力輸出端連接到電化學(xué)氧化電解槽105和電容去離子脫鹽裝置110，以提供電化學(xué)氧化電解槽105和電容去離子脫鹽裝置110的運(yùn)行所需的電力。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述廢水預(yù)處理裝置是一個(gè)預(yù)處理水槽101，其用于處理水中不溶解性懸浮顆粒物，避免對(duì)后續(xù)處理裝置的污損；所述預(yù)處理裝置的進(jìn)水100是待處理廢水，所述預(yù)處理裝置的出水連通到電化學(xué)氧化電解槽105。在一個(gè)具體實(shí)施例中，集水槽101與電化學(xué)氧化電解槽105之間設(shè)置有第一水泵102，如圖1所示。

所述廢水預(yù)處理裝置的下游設(shè)置有至少一個(gè)電化學(xué)氧化電解槽105；當(dāng)設(shè)置有兩個(gè)或更多電解槽105時(shí)，電解槽105彼此并聯(lián)設(shè)置。

電解槽105可以為開(kāi)放式電解槽或封閉式電解槽。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)電解槽105包括電化學(xué)陽(yáng)極202、電化學(xué)陰極206及槽體(未顯示)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，電化學(xué)陽(yáng)極202是鈦、鉬基耐電化學(xué)腐蝕的尺寸穩(wěn)定陽(yáng)極。

在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，電化學(xué)陽(yáng)極202包括：基底，其以鈦或鉬基材料的多孔(或無(wú)孔)板和/或(拉)絲網(wǎng)制成；以及，覆蓋在基底上的金屬氧化物電催化涂層。

在根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例中，所述金屬氧化物電催化涂層是從Ti/RuO₂，Ti/SnO₂-Sb₂O₃，Ti/Nb₂O₅-SnO₂，Ti/PbO₂，Ti/IrO₂中選出的一種的涂層，且該涂層采用熱解、電沉積、溶膠-凝膠等制備方法中選出的一種方法制備而成。

在本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，電化學(xué)陰極206包括以鎳或不銹鋼作為基材的多孔板、無(wú)孔板、金屬網(wǎng)，或者為碳布、碳紙、石墨纖維膜或碳膜等碳基底材料的多孔板、無(wú)孔板、網(wǎng)，并負(fù)載Pt/C、碳納米管、或Ni、Raney Ni、Ni-S、Ni-Mo、或者Ni-Mo-S的納米粉體催化劑。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，在電解槽105的電化學(xué)陽(yáng)極202與電化學(xué)陰極206之間設(shè)置有離子交換膜，如圖2所示。

如圖2所示，當(dāng)電解槽105中設(shè)置有離子交換膜205時(shí)，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，利用第一和第二電解槽端板201、231將電化學(xué)陽(yáng)極202、離子交換膜205和電化學(xué)陰極206壓緊，形成“零極距”的固態(tài)電解質(zhì)電解槽。其中，在第一電解槽端板201與電化學(xué)陽(yáng)極202之間形成有陽(yáng)極室104，其具有陽(yáng)極進(jìn)水口211和陽(yáng)極出水口212。在第二電解槽端板231與電化學(xué)陰極206之間形成有陰極室207，其具有陰極進(jìn)水口213和陰極出水口214。

在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，所述離子交換膜205可以是質(zhì)子交換膜(如Nafion膜)或陰離子交換膜。

在根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的、基于上述太陽(yáng)能供電的高鹽有機(jī)廢水處理裝置的廢水處理過(guò)程中，預(yù)處理過(guò)的廢水以0.01-0.20ml/cm²·min的流速，通過(guò)陽(yáng)極進(jìn)水口211和陰極進(jìn)水口213連續(xù)分別進(jìn)入所述電解槽105的陽(yáng)極室202和陰極室207，在通過(guò)陽(yáng)極集流體208和陰極集流體209施加的外接直流電(2-4V)作用下以恒流充電模式進(jìn)行電解；電化學(xué)陽(yáng)極202在5-50mA/cm²的電流密度下，陽(yáng)極202上的金屬氧化物電催化覆層的表面產(chǎn)生包括羥基自由基、氯氣和臭氧的氧化劑，廢水中溶解性有機(jī)污染物及氨氮在所述電化學(xué)陽(yáng)極表面發(fā)生氧化，使難降解有機(jī)物得到礦化降解，氨氮得到硝化。

廢水經(jīng)所述電解槽105的電化學(xué)氧化處理后，分別經(jīng)陽(yáng)極出水口212和陰極出水口214流出電解槽105，進(jìn)入電容去離子脫鹽裝置110。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的電容去離子脫鹽裝置110包括多組電容去離子單元301，每個(gè)電容去離子單元并聯(lián)運(yùn)行。

根據(jù)如圖3所示的本實(shí)用新型的實(shí)施例，每個(gè)電容去離子單元301包括依次設(shè)置的第一端板302、第一墊片303、第一集流體304、碳基電容第一電極305、第一隔膜306、第三墊片307、第二隔膜316、碳基電容第二電極315、第二集流體314、第二墊片313、第二端板312。其中，第三墊片307是中空的，其內(nèi)部空間形成了脫鹽室。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一和第二端板302和312為非導(dǎo)電材料，用于支撐電容去離子裝置；所述第一和第二集流體304和314(包含極耳321和322)用于匯集電流，為耐電化學(xué)腐蝕材料制成，如銅、鋁、鈦箔或石墨片；所述第一集流體304與碳基電容第一電極305充分接觸；所述第二集流體314與碳基電容第二電極315充分接觸。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述碳基電容第一電極305和碳基電容第二電極315由高比表面(100-1000m²/g)活性炭(或電容炭)、導(dǎo)電炭黑以及粘結(jié)劑按一定的配比(質(zhì)量比8:1:1)混合后，經(jīng)高溫(300℃)加熱后，熱壓成1mm厚碳膜而成；根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，所述粘結(jié)劑為從聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇和羧甲基纖維素鈉中選出的一種。

根據(jù)本實(shí)用新型的替代實(shí)施例，所述碳基電容第一電極305和碳基電容第二電極315也可由高比表面(400-1100m²/g)、高電導(dǎo)率(10-100S/cm)碳?xì)饽z構(gòu)成，

根據(jù)本實(shí)用新型的可選實(shí)施例，為增加所述碳基電容第一電極305和碳基電容第二電極315的導(dǎo)電性，可修飾碳納米管、石墨烯等導(dǎo)電碳材料。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一隔膜306和第二隔膜316為親水性多孔膜材料，例如無(wú)紡布、玻璃纖維等。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一墊片303、第二墊片313、第三墊片307用于密封碳基電容第一電極305和碳基電容第二電極315，并把碳基電容第一電極305與碳基電容第二電極315的間距控制在1-3mm的范圍內(nèi)。

電容去離子脫鹽裝置110采用連續(xù)流運(yùn)行方式，不間斷地將來(lái)自電化學(xué)氧化裝置的一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)氧化電解槽105的出水，通過(guò)中空的第三墊片307上的進(jìn)水口308，引入中空的第三墊片307內(nèi)部的脫鹽室，并把在脫鹽室中處理之后的水從第三墊片307上的出水口309引出，而作為電容去離子脫鹽裝置110的出水；通過(guò)向碳基電容第一電極305與碳基電容第二電極315施加1.0-1.5V直流電進(jìn)行電容吸附去離子，此時(shí)把電容去離子脫鹽裝置110的出水作為脫鹽水111輸出；當(dāng)所述電容去離子脫鹽裝置110的出水的電導(dǎo)率不斷由低升高并接近進(jìn)水的電導(dǎo)率時(shí)，停止向電容去離子脫鹽裝置110的供電，短接或反向接通直流電于電容去離子脫鹽裝置碳基電容第一電極305和碳基電容第二電極315兩極，釋放電容吸附離子，此時(shí)把電容去離子脫鹽裝置110的出水作為濃鹽水112輸出；當(dāng)所述電容去離子脫鹽裝置110的出水電導(dǎo)率由高不斷降低至進(jìn)水電導(dǎo)率時(shí)，再次接通1.0-1.5V直流電，開(kāi)始進(jìn)行脫鹽；所述電容去離子脫鹽裝置110周而復(fù)始，往復(fù)運(yùn)行。

所述電容去離子脫鹽裝置110中，可以在碳基電容第一電極305和碳基電容第二電極315之間增加一組陽(yáng)離子331和陰離子交換膜332，構(gòu)成了膜電容去離子(MCDI)脫鹽裝置；所述MCDI陽(yáng)離子和陰離子交換膜之間可添加導(dǎo)電樹(shù)脂和活性炭等填料，以增加脫鹽和電流效率。

太陽(yáng)能供電裝置103用于向電解槽和電容去離子脫鹽裝置供電；利用可再生的太陽(yáng)能作為電解槽和電容去離子脫鹽裝置的電源，可無(wú)需交流-直流的轉(zhuǎn)換，提高了電能利用率。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)可選實(shí)施例，為了保證電解槽105和電容去離子脫鹽裝置110的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了蓄電池113，以儲(chǔ)存多余的電能，并在缺乏陽(yáng)光的時(shí)段提供裝置運(yùn)行所需的電力。

蓄電池113連接到太陽(yáng)能供電裝置103以接收和儲(chǔ)存太陽(yáng)能供電裝置103產(chǎn)生的多余電能，并連接到電化學(xué)氧化電解槽105和電容去離子脫鹽裝置110，在缺乏陽(yáng)光的時(shí)段提供電化學(xué)氧化電解槽105和電容去離子脫鹽裝置110的運(yùn)行所需的電力。