[实用新型]集束型管式煤基炭膜组件及集束型管式炭膜水处理装置

说明书

本实用新型涉及一种集束型管式煤基炭膜组件及集束型管式炭膜水处理装置，集束型管式煤基炭膜组件，包括若干根管式煤基炭膜及1个钛电极；集束型管式炭膜水处理装置，包括电化学反应槽、若干个集束型管式煤基炭膜组件、模块化控制器、出水支管、出水总管及阀门。本实用新型所述水处理装置结构简单、占地面积小、操作简单、能耗与运营成本低、无需添加化学试剂、无二次污染，处理后的出水水质可满足国家或行业的相关回用标准或排放标准，适宜进行规模化推广与应用。

技术领域

本实用新型涉及膜分离与电化学高级氧化技术领域，尤其涉及一种集束型管式煤基炭膜组件及基于其上的、耦合电化学阳极氧化功能的集束型管式炭膜水处理装置。

背景技术

中国水资源总量约为29041亿立方米，其中可利用淡水总量仅为11000亿立方米，而2019年全国用水总量却高达6021.2亿立方米，全国人均综合用水量不足450立方米。随着人口持续增长与城乡一体化的稳步推进，水资源短缺的现状短期内仍将使工农业发展面临严重的挑战。水资源的循环利用事关人民群众的日常生产、生活，为切实加强水污染防治力度，保障国家用水安全，我国陆续出台了多项政策法规，明确提出了加强水资源利用效率与工业用水重复利用率的要求。

水体环境中的持久性有机污染物(POPs)，如试剂、农药、抗生素、工业添加剂、个人护肤品等难以降解，并具有一定的毒性与生物蓄积性，对水生生物和水环境安全构成严重威胁。电化学膜过滤技术是将电化学高级氧化工艺与膜分离技术相结合的一项高效、节能的废水处理技术，在水处理技术领域具有广阔的应用前景，可有效降解POPs与其他类型的水体污染物。其中，电化学阳极氧化是基于施加电压以直接氧化或间接氧化的方式降解污染物。当施加电压低于氧气生成电势时，污染物分子在电极表面通过直接电子转移降解；当施加电压高于氧气生成电势时，污染物分子在电极表面通过强氧化性的中间产物(·OH、·O₂^-、ClO₂^-)进行间接氧化，分解为小分子污染物，甚至矿化为CO₂和H₂O。此外，电化学阳极氧化与膜过滤技术的耦合应用可以通过原位污垢的破坏与生物失活降低结垢率，降低能源消耗。

碳质膜材料具有优异的化学稳定性、热稳定性与丰富的孔隙率，导电性能优异、耐腐蚀。以煤为原料，经过混合练泥、真空压制与高温热解等多道工序制备的具有直接/间接电化学氧化功能的煤基炭膜，通过制备工艺优化(煤种、添加剂比例、热解温度等)可实现对煤基炭膜孔径、电导率、形态规制的受控调控；另外，催化剂的涂覆与担载赋予了煤基炭膜电化学氧化、电芬顿等多种形式的电化学高级氧化(EAOPs)降解性能；煤基炭膜与电化学氧化协同净化罗丹明B、苯酚、双酚A等有机废水与藻类、细菌等微生物废水的研究，也获得了良好的降解、分离、抗菌、抗污效果。

发明内容

本实用新型提供了一种集束型管式煤基炭膜组件及集束型管式炭膜水处理装置，水处理装置结构简单、占地面积小、操作简单、能耗与运营成本低、无需添加化学试剂、无二次污染，处理后的出水水质可满足国家或行业的相关回用标准或排放标准，适宜进行规模化推广与应用。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种集束型管式煤基炭膜组件，包括若干根管式煤基炭膜及1个钛电极；所述钛电极竖直设置，管式煤基炭膜设于钛电极的外侧，并且以钛电极为轴呈多层环形排列；每根管式煤基炭膜的中部设一条竖直的中空通道；管式煤基炭膜的上端及钛电极的上端通过上集束板固定连接，管式煤基炭膜的下端及钛电极的下端通过下集束板固定连接；上集束板与下集束板之间还设有多根支撑柱；所述管式煤基炭膜的下端与对应设于下集束板上的多个进水口相连通；所述上集束板为具有空腔的中空结构，管式煤基炭膜的上端与空腔连通，上集束板的顶部设出水口与空腔连通，出水口处设出水管接头；所述上集束板的顶部还设有正极接线柱、负极接线柱，正极接线柱与负极接线柱间隔一段距离设置，所述负极接线柱与钛电极的上端相连。

相邻2层管式煤基炭膜交错设置。