本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)、水處理領(lǐng)域，具體涉及一種適用于水源水污染物去除的陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

水體中人造有機化學(xué)物質(zhì)的污染已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的問題，大量有機污染物排入污水中并進(jìn)入自然水體中積累，最近的水框架指令正著力解決該問題以確保良好的水質(zhì)狀況和健康的生態(tài)系統(tǒng)。由城市工業(yè)、農(nóng)業(yè)活動排入水體中的有毒的且難以生物降解的有機污染物，通過常規(guī)的污水處理方法通常難以去除。電化學(xué)高級氧化法（eaops）是新興的一種處理污水中該類污染物的環(huán)境友好型技術(shù)。

膜分離技術(shù)被廣泛應(yīng)用于污水處理，相較于傳統(tǒng)聚合物分離膜材料，陶瓷膜具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑，機械強度大，可反向沖洗，抗微生物能力強，耐高溫，孔徑分布窄、分離效率高等優(yōu)點，在污水處理中具有明顯優(yōu)勢。膜分離技術(shù)與電化學(xué)高級氧化技術(shù)的耦合能夠?qū)崿F(xiàn)膜分離與難降解有機物氧化降解的雙重功能，在污水處理技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明采用ti/sno2-sb或ti/sno2-sb/tio2-sno2陶瓷微濾膜電極作為陽極，鈦網(wǎng)作為陰極，由穩(wěn)壓直流電源施加外加電場，在連續(xù)流模式下操作運行，可以攔截去除水源水中的顆粒、膠體以及大分子污染物；同時，反應(yīng)器中可原位生成強氧化劑物種，氧化去除水中的小分子有機物。本發(fā)明的外加電壓僅為1~5v，能耗低，處理成本低，而且對微生物活性沒有負(fù)面作用，因此可以與常規(guī)生物處理工藝（如mbr）相結(jié)合，協(xié)同去除水中污染物。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種兼具過濾與電化學(xué)高級氧化功能以去除水體中有機污染物的水處理裝置。本發(fā)明將電化學(xué)氧化與陶瓷微濾膜分離技術(shù)相耦合，在連續(xù)流模式操作運行，不僅能通過陶瓷膜攔截去除水體中的顆粒、膠體以及大分子污染物，還能在外加電場作用下生成氧化劑物種氧化去除難生物降解的有機污染物，能耗較低。

本發(fā)明提出的一種適用于水源水污染物去除的陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器，由穩(wěn)壓直流電源1、陶瓷膜組件2、氣體擴(kuò)散器3、氣體流量計4、氣泵5和殼體6組成，其中，陶瓷膜組件是由一片陰極和兩片陽極組成，陰極采用鈦網(wǎng)，陽極采用ti/sno2-sb涂層a電極或ti/sno2-sb/tio2-sno2涂層b電極，陰極的兩側(cè)分別設(shè)置陽極；陶瓷膜組件2位于殼體6內(nèi)，氣體擴(kuò)散器3安裝于陶瓷膜組件2陰極正下方；氣擴(kuò)散器3通過氣體流量計4和管道連接氣泵5；陶瓷膜組件2的頂部通過導(dǎo)線分別連接穩(wěn)壓直流電源1；殼體1頂部設(shè)有出水口，所述出水口通過蠕動泵和管道連接清水池；具體為：原水首先進(jìn)入反應(yīng)器中，在穩(wěn)壓直流電源1施加的外加電場作用下，水中的一部分難降解有機物被陽極陶瓷膜表面產(chǎn)生的ho?氧化降解，同時在蠕動泵的抽吸作用下，水中的污染物到達(dá)陶瓷微濾膜組件表面，其中，顆粒、膠體以及大分子污染物被有效攔截，小分子難降解有機物透過膜組件兩側(cè)的陶瓷微濾膜進(jìn)入膜腔中，進(jìn)一步被陰陽極產(chǎn)生的氧化劑所氧化，經(jīng)上方的出水口流出，由蠕動泵抽送至清水池；通過氣體流量計4和氣泵5來控制反應(yīng)器的進(jìn)氣量，以維持h2o2等氧化劑物種在陰極表面的持續(xù)生成。

本發(fā)明中，穩(wěn)壓直流電源作為電化學(xué)氧化過程供電，外加直流電壓范圍為1~5v。

本發(fā)明中，所用陶瓷膜由zro2和al2o3組成，孔徑為0.1~0.4μm。

本發(fā)明中，所述鈦網(wǎng)的孔徑為100μm，厚度為200μm；所述陽極為ti/sno2-sb或ti/sno2-sb/tio2-sno2陶瓷微濾膜電極，是通過9：1的sn和sb制得的溶膠凝膠反復(fù)涂覆于孔徑為100μm，厚度為200μm的鈦網(wǎng)上烘干，煅燒得到ti/sno2-sb電極，再通過溶膠-凝膠法負(fù)載tio2，并貼合陶瓷微濾膜制得ti/sno2-sb/tio2-sno2電極；sb的摻雜顯著提高了sno2的電導(dǎo)率，涂層電極對有機物陽極氧化具有好的催化作用；陽極析氧電位高達(dá)1.7v，能夠減少副反應(yīng)的發(fā)生，有利于有機物的降解。施加外加電場和曝氣條件下，陽極表面可以產(chǎn)生一定量的h2o2、ho?等強氧化劑物種，氧化降解水中的難降解污染物。

本發(fā)明中，陰極底部安裝氣體分散器，通過氣泵和氣體流量計來控制進(jìn)氣量，提供的o2在陰極表面失電子還原生成h2o2，等氧化劑物種能夠降解有機污染物。

本發(fā)明中，水力停留時間為1~4h；陽極膜通量為35~139l/(m²·h)。

本發(fā)明中，所述陽極為ti/sno2-sb或ti/sno2-sb/tio2-sno2陶瓷微濾膜電極，是通過一定配比的sb和sn制得的溶膠凝膠反復(fù)涂覆于鈦網(wǎng)上烘干煅燒得到ti/sno2-sb電極，再通過溶膠-凝膠法負(fù)載tio2并貼合陶瓷微濾膜制得ti/sno2-sb/tio2-sno2陶瓷微濾膜電極。sb的摻雜以取代或填隙的方式進(jìn)入sno2晶格，在禁帶中引入雜質(zhì)能級，拓寬了sno2內(nèi)層半導(dǎo)體能帶，降低了電子傳輸通道的能級，改善了電極的導(dǎo)電性能，顯著提高了sno2的電導(dǎo)率，涂層電極對有機物陽極氧化具有好的電催化作用。sb的摻雜可以增加電極的表面積，減小sno2的晶體顆粒尺寸，使表面覆蓋更致密，提高電極氧氣析出的過電位，陽極析氧電位高達(dá)1.7v，能夠減少副反應(yīng)的發(fā)生，有利于有機物的降解。電極表面負(fù)載的tio2空穴為水分子能夠在陽極上放電形成吸附態(tài)的ho?以及溶液中的有機物分子提供了更多的場地，使其在增強電極與溶液界面的電子轉(zhuǎn)移的同時也增加了有機物分子與ho?的接觸概率，從而加強了電極的催化氧化效果。在施加外加電場條件下，一方面，陽極的涂層對ho?具有物理吸附作用，可以直接氧化去除部分污染物，另一方面，陽極表面發(fā)生水分解反應(yīng)，生成強氧化劑物種ho?，氧化去除水中的難降解有機物。

本發(fā)明的原理是水首先經(jīng)由進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)入陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器內(nèi)，在穩(wěn)壓直流電源1施加的外加電場作用下，水中的一部分難降解有機物被陶瓷微濾膜陽極表面產(chǎn)生的ho?氧化降解；同時，在蠕動泵的抽吸作用下，水中的污染物到達(dá)陽極的陶瓷微濾膜表面，其中，大分子顆粒和膠體污染物因無法通過，被截留在反應(yīng)器內(nèi)，小分子難降解有機物進(jìn)一步被陰極界面產(chǎn)生的氧化劑物種氧化降解，膜腔中經(jīng)處理后的水經(jīng)上方的出水口流出，由蠕動泵抽送至清水池。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明將電化學(xué)氧化與陶瓷微濾膜分離技術(shù)相結(jié)合，粘合陶瓷微濾膜的ti/sno2-sb或ti/sno2-sb/tio2-sno2電極作為陽極，在連續(xù)流模式下操作運行時，不僅能攔截去除顆粒、膠體以及大分子污染物，因涂層電極具有較高的析氧電位，還能催化有機物的陽極氧化。曝氣系統(tǒng)可以通過空氣擾動和水力剪切作用沖刷陶瓷膜表面以減少膜污染。陰陽極的內(nèi)置可以避免其與未過濾的原水直接接觸，因此陶瓷微濾膜可以保護(hù)電極免受污染，從而延長電極的使用壽命。在外加電場作用下，反應(yīng)器內(nèi)原位生成的氧化劑物種能夠去除小分子難降解有機污染物。該反應(yīng)器在較低的外加電壓下可以實現(xiàn)較高的污染物去除率，該電壓對微生物活性沒有負(fù)面影響，可以與常規(guī)生物處理工藝（如mbr）相結(jié)合，協(xié)同去除水中污染物，能耗低，處理成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜組件制作流程示意圖。

圖2是陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器示意圖。

圖中標(biāo)號：1為穩(wěn)壓直流電源，2為陶瓷微濾膜組件，3為氣體擴(kuò)散器，4為氣體流量計，5為氣泵，6為殼體。

具體實施方式

下面通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實施例1：一種陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器，其制作流程如圖1所示，首先配置sn:sb為9:1的溶膠凝膠反復(fù)涂覆于孔徑為100μm，厚度為200μm，尺寸為5cm×8cm的鈦網(wǎng)上，烘干煅燒得到sb摻雜鈦基sno2電極（a），再通過溶膠-凝膠法負(fù)載tio2，得到負(fù)載tio2的鈦基sno2-sb2o5電極（b），將（a）或（b）電極與由zro2和al2o3組成、孔徑為0.1~0.4μm、尺寸為5cm×8cm的陶瓷微濾膜貼合得到陶瓷微濾膜陽極。在pvc膜支架內(nèi)測安置孔徑為100μm，厚度為200μm，尺寸為3cm×6cm的鈦網(wǎng)作為陰極，正對陰極的兩側(cè)各粘合一片陶瓷微濾膜陽極，得到電化學(xué)陶瓷微濾膜組件。

陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器包括穩(wěn)壓直流電源1，陶瓷微濾膜組件2，氣體擴(kuò)散器3，氣體流量計4和氣泵5。如圖2所示，在陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器中，穩(wěn)壓直流電源1的正極、負(fù)極分別通過銅線與陶瓷微濾膜組件2的陰陽極相連；電化學(xué)陶瓷微濾膜組件2置于反應(yīng)器中上部，在陰極正下方安裝氣體擴(kuò)散器3，并設(shè)置氣體流量計4和氣泵5來控制反應(yīng)器的進(jìn)氣量。陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器在連續(xù)流模式下操作運行，水經(jīng)由進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器，顆粒、膠體以及大分子污染物因無法通過微濾膜，而被截留在反應(yīng)器內(nèi)，部分難降解有機物直接在陽極表面發(fā)生氧化作用被去除，或被陽極在電化學(xué)作用下產(chǎn)生的氧化劑物種如ho?氧化降解，透過膜組件兩側(cè)的陶瓷微濾膜進(jìn)入膜腔內(nèi)的小分子有機物到達(dá)陰極，陰極表面原位生成h2o2等氧化劑物種，小分子有機物被氧化而去除，經(jīng)處理后的水經(jīng)上方的出水口流出，由蠕動泵抽送至清水池。

實施例2：

利用該陰陽極內(nèi)置式陶瓷微濾膜反應(yīng)器，在過濾模式下，檢測電化學(xué)陶瓷微濾膜組件的膜分離性能，實驗參數(shù)設(shè)置為：通量139l/(m²?h)，進(jìn)水添加100mg/l的sio2顆粒（粒徑為2μm），進(jìn)水濁度為32ntu，測得出水濁度保持在0.9ntu左右。

實施例3：

利用實施例1中的系統(tǒng)處理模擬低濃度的對氯苯胺（pca）廢水，實驗參數(shù)設(shè)置為：進(jìn)水為10μm的pca，控制初始ph為7，電解質(zhì)采用50mmna2so4，利用穩(wěn)壓直流電源提供3v的外加電壓，設(shè)置兩種電化學(xué)陶瓷膜組反應(yīng)器，分別采用ti/sno2-sb和ti/sno2-sb/tio2-sno2作為陽極。設(shè)置兩種反應(yīng)器批次操作模式下運行，電解時間為4h；設(shè)置兩種反應(yīng)器在連續(xù)流操作模式下運行，電化學(xué)微濾膜組件以通量35l/(m²?h)運行（水力停留時間為4h）。在4h的反應(yīng)時間內(nèi)，ti/sno2-sb組在批次和連續(xù)流模式下對pca的去除率分別達(dá)到26%和66%，而ti/sno2-sb/tio2-sno2組在批次和連續(xù)流模式下對pca的去除率分別達(dá)到33%和75%。