[发明专利]一种以质子交换膜为载体的有机废水处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种以质子交换膜为载体的有机废水处理装置及方法，该装置包括反应发生器、以及安装在反应发生器内的质子交换膜元件、电源以及控制器，使用该装置处理有机废水不需要引入任何试剂，降低了成本，且避免了二次污染，提高了有机废水中有机物的降解效率；在综合考虑有机废水中有机物的降解效率与电能能耗后确定电解待处理有机废水需要的质子交换膜元件的工作电压范围，并在有机废水处理过程中，质子交换膜元件的工作电压随反应发生器内有机废水中有机物浓度的降低而降低，实现能源的高效利用。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种以质子交换膜为载体的有机废水处理装置及方法。

背景技术

有机废水中含有多种碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等，食品加工、造纸等工业排放的有机废水更是成分复杂，难于降解，会使生态系统富营养化，多数水生物将死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境，因此，有机废水处理是当今污水治理领域备受关注的热点问题之一。

Fenton(芬顿)氧化法在针对一些特别难降解的有机物如高COD的氧化去除过程中有着较为广泛的应用。作为一种针对废水中难降解有机物的一种高级氧化法，该法利用硫酸亚铁和双氧水的强氧化还原性，反应生成强氧化性的羟基自由基，从而有效的氧化分解难降解的有机物。

传统芬顿氧化法虽然可氧化破坏多种有毒有害的有机物，适用范围广，但是由于芬顿试剂的引入，不可避免地产生了二次污染物；另外该方法不能充分矿化有机物，在有机废水处理过程中，虽然Fe²⁺被氧化成Fe³⁺产生混凝沉淀得以去除，但是初始物质部分转化为某些中间产物，这些中间产物会与Fe³⁺形成络合物，会影响氧化效果，并对环境造成更大危害；再则，H₂O₂利用率不高，致使处理成本很高。单独使用芬顿法处理有机废水药剂的用量多、成本高，且还不足以完全降解某些难降解有机物，因而在实际应用中，将芬顿氧化法作为难降解有机废水的预处理或最终深度处理，再与其他处理方法联用处理有机废水。

当前质子交换膜主要有两方面应用，一方面是以质子交换膜为载体的水电解工艺，其阳极催化剂为单一贵金属氧化物，阴极催化剂为铂系金属及其合金，可以清洁环保高效制氢，但由于贵金属催化剂以及膜的价格昂贵等问题，其商业化进程受到制约；另一方面使用质子交换膜利用膜燃料电池的基本原理进行有机废水处理，将废水中的有机物作为膜燃料电池中的“燃料”，从而起到降解有机物的目的，是一个化学能转化为电能的过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以质子交换膜为载体的有机废水处理装置及方法，该装置在有机废水的处理过程中无需引入任何试剂，大大降低了成本，且避免了二次污染，有机废水处理方法在保证有机废水中有机物得到快速降解的同时实现能源的高效利用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以质子交换膜为载体的有机废水处理装置，其特征在于，包括：

反应发生器，所述反应发生器下部设有进水口，上部设有出水口，所述反应发生器内壁自进水口至出水口间隔安装若干质子交换膜元件，所述质子交换膜元件具有中空结构，其中空结构连通于所述反应发生器外；

所述质子交换膜元件侧壁从外到内依次包括：阳极气体扩散和电流采集层、阳极催化剂层、质子交换膜、阴极催化剂层、阴极气体扩散和电流采集层；

所述质子交换膜元件与直流电源相连接，所述直流电源电连接一控制器。

优选的，所述反应发生器内壁设置若干COD浓度检测探头，COD浓度检测探头电连接所述控制器。

优选的，所述质子交换膜元件在所述反应发生器内壁间隔、交错布置，形成Z字型流道。

优选的，所述反应发生器内对应每个质子交换膜元件一侧的流道安装一个COD浓度检测探头。