[发明专利]一种能源清洁的电-膜耦合水处理系统和处理水的方法

说明书

本发明公开了一种能源清洁的电‑膜耦合水处理系统和处理水的方法，所述系统包括颗粒过滤模块、电化学降解模块、纳滤分离模块、直流电源和太阳能发电模块；所述颗粒过滤模块出口连接至电化学降解模块，电化学降解模块出口连接至纳滤分离模块，纳滤分离模块浓水出口返回至电化学降解模块，淡水出口外排；所述电化学降解模块中任意一个处理单元均包括阳极和阴极，阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接；所述阳极为梯度硼掺杂金刚石电极。本发明提供的处理系统具有高化学需氧量(COD)移除效率，高矿化效率，高电流利用效率、同时通过将清洁能源引入系统结构中，可大幅降低水体降解过程中所需整体能耗。

技术领域

本发明涉及一种能源清洁的电-膜耦合水处理系统和处理水的方法，属于水处理技术领域。

背景技术

电化学高级氧化技术(EAOPs)作为一种新型水处理技术近年来收到了广泛关注，其具有以下优势：(1)操作简便，仅需外加电子进行驱动即可实现对高浓度难溶难降解有机废水的高效降解矿化作用，使其可降低至排放标准；(2)无选择性，该技术基于电极表面所发生的直接氧化以及水体内电催化作用下所产生的活性氧族(ROS)，活性氯(RCS)，以及活性硫酸基团(RSS)等活性氧化性物质与有机污染物发生的间接氧化过程两种渠道，可实现对不同种类废水(造纸废水，制革废水，化工废水，农药废水，医药废水等)中不同分子结构有机物均实现高效降解，大分子有机物与小分子中间副产物均能被完全矿化；(3)无二次污染，与现有传统工艺不同，该技术无需外加化学试剂，仅依靠水体内残余工业盐类即可实现离子导电，对水体中的有机物进行降解，且降解路径随所施加电能输出模式改变而发生变化，易于控制，能实现无二次污染，绿色的环境友好型降解模式；(4)易与其他技术耦合连用，电化学氧化降解技术以自由基氧化反应为主导，实际应用过程中易于超声，臭氧，光催化等技术联用，发挥协同效应，产生“1+12”的效果，以获得更高的降解/矿化/消毒作用。

然而现有的电化学水处理系统仍然存在耗能高、降解效率低的缺陷，从而限制了电化学氧化降解技术在水处理中的实际应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种降解矿化效率高、能够高效转化太阳能的能源清洁的电-膜耦合水处理系统和处理水的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种能源清洁的电-膜耦合水处理系统，包括：颗粒过滤模块、电化学降解模块、纳滤分离模块、直流电源和太阳能发电模块；所述颗粒过滤模块出口连接至电化学降解模块，电化学降解模块出口连接至纳滤分离模块，纳滤分离模块浓水出口返回至电化学降解模块，淡水出口外排；

所述电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元均包括阳极和阴极，阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接；所述阳极为梯度硼掺杂金刚石电极，所述梯度硼掺杂金刚石电极的电极工作层为梯度硼掺杂金刚石层；所述梯度硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼含量梯度增加的梯度硼掺杂金刚石底层、梯度硼掺杂金刚石中层、梯度硼掺杂金刚石顶层。

本发明一种能源清洁的电-膜耦合水处理系统，所述梯度硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为3333～33333ppm；优选为3333-10000ppm；所述梯度硼掺杂金刚石中层中，按原子比计，B/C为10000～33333ppm；优选为13332-20000ppm；所述梯度硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为16666～50000ppm；优选为26664-50000ppm；

电化学氧化降解模块降解机理通常分为有机污染物在电极表面的直接氧化与电极表面产生的强氧化性的活性物质(如羟基自由基，活性氯，活性硫酸基团等)间接氧化污染物两种途径，其中以间接氧化为主导。因此降解效率很大程度上受到电极材料本征特性(比表面积，sp3/sp2，硼掺杂浓度等)的影响，这是由于电极材料本征特性决定了活性物质产率。本发明中采用梯度硼掺杂高比表面积电极材料综合电极材料优势，能大幅提高电化学降解模块的降解矿化效率。