本发明涉及水处理装置和方法领域，尤其是一种水中含卤有机物的去除装置及其去除方法。
背景技术：
水体中含卤有机物污染日益严重，威胁水生生态安全和人类健康。含卤有机污染物除了自身难降解，在水中稳定性强，可能具有一定的毒性外，其在水处理过程中的部分降解还可能生成毒性更高的有害产物，进一步影响水质。因此对其污染控制十分迫切。然而传统的水处理工艺在处理含卤有机物污染物时往往效率较低，存在处理不彻底、生成有害副产物、引起二次污染等问题。对难降解有机污染物，特别是有毒有机污染物，生物技术尚存在许多缺陷。高级氧化技术因其高效、环保而受到人们的青睐，在水处理领域，尤其是难降解有机物治理中得到广泛研究和应用。
在众多的高级氧化水处理技术中，电化学技术操控简便，能耗低，是近年来的研究热点之一。然而传统的电化学水处理技术往往受到传质和催化效率的限制。利用导电膜为基础，构建过流式电化学反应体系，可加强传质，抑制膜污染，提高电流效率。过滤型的电化学反应可提供一种强化的传质方式，极大地提高了反应物和电极的接触率，将具有更高的处理效率。
如何针对含卤有机物处理的特点，利用好电场、流场的特性，构建高效的电过滤水处理体系，是进行电过滤处理水体中含卤有机物的关键。
技术实现要素：
发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种水中含卤有机物的去除装置及其去除方法，解决了现有技术中传统电化学水处理技术受到传质和催化效率的问题。
技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种水中含卤有机物的去除装置，包括待处理液存储装置、进水泵、电过滤装置和电源；所述待处理液存储装置、进水泵、电过滤装置依次相连接；所述电过滤装置内设有平行的阳极和阴极，在阳极和阴极之间形成电化学反应区间；所述待处理液存储装置与电过滤装置的电化学反应区间连通并形成循环通路；所述阳极和阴极分别与电源的正、负极相连接；所述电过滤装置的下端还设有过滤水出水口；所述过滤水出水口后端连接设有抽滤泵。
更进一步的，所述待处理液存储装置与电过滤装置内的电化学反应区间形成循环通路的方式如下：所述待处理液存储装置的出水端与进水泵的进水端相连接；所述进水泵的出水端与电过滤装置的进水端相连接；所述电过滤装置的循环回路出水端与待处理液存储装置循环回路进水端相连接；形成待处理液存储装置与电过滤装置之间的循环回路。
更进一步的，所述阳极为具有电催化氧化性能和卤离子吸附或交换能力的碳基、层状双金属氢氧化物等材料修饰的膜电极；所述阴极为经金属或金属氧化物修饰的碳基电极。
更进一步的，述抽滤泵进水端与电过滤装置的过滤水出水口相连接；所述抽滤泵具备双向抽滤功能。
更进一步的，所述阴极与过滤水出水口之间设有吸附交换层。
更进一步的，所述抽滤泵出水端后端设有压力传感器以及二号液体流量计；所述电过滤装置与待处理液存储装置之间的管路上设有一号液体流量计。
更进一步的，去除装置还包括反冲洗组件；所述反冲洗组件包括接触转换器、反冲洗用水贮水装置、反冲洗排水贮水装置、一号阀门、二号阀门、三号阀门、四号阀门和五号阀门；
所述接触转换器设于电过滤装置和电源之间电路上；所述接触转换器与阳极、阴极及电源相连接，实现阴极和阳极功能转换；
所述反冲洗用水贮水装置设于抽滤泵之后；所述反冲洗排水贮水装置设于电过滤装置的循环回路出水端之后，所述反冲洗排水贮水装置的进水口与电过滤装置的循环回路出水端通过支线管路相连接；所述一号阀门设于电过滤装置的循环回路出水端与待处理液存储装置循环回路进水端之间的管路上；所述二号阀门设于待处理液存储装置的出水端与进水泵的进水端之间的管路上；所述三号阀门设于反冲洗排水贮水装置与电过滤装置之间的管路上；所述四号阀门设于反冲洗用水贮水装置与抽滤泵之间的管路上；所述五号阀门设于过滤后净化水最终出水管路上。
更进一步的，所述待处理液存储装置的侧壁设有溶解氧传感器；用于监测待处理液存储装置内水体的溶解氧浓度；所述待处理液存储装置的底部设有曝气装置；其外接气源可为氧气或空气。
更进一步的，还包括控制单元，所述控制单元接受各控件信号并输出指令，从而控制整体装置处理工况。
本发明还公开了一种上述水中含卤有机物的去除装置及其去除方法，包括以下步骤：
(a)打开一号阀门、二号阀门和五号阀门，关闭三号阀门和四号阀门；待处理液存储装置内水体通过进水泵输送至电过滤装置内，同时将阳极、阴极与电源的正负极相连通，打开抽滤泵抽滤电过滤装置内液体；
(b)在电化学过滤装置内的电化学反应区间中，水体中的有机污染物在阳极受到电催化氧化降解，在阴极受到电化学还原-类芬顿氧化降解，得到初步净化；含卤有机污染物降解过程中生成的带电负性含卤离子或基团在电场作用下电泳至阳极被吸附或进行离子交换；
(c)流经电化学反应区间的大部分液体通过待处理液存储装置与电过滤装置之间的循环回路回流至待处理液存储装置中待再次循环；电化学反应区间中的部分液体在抽滤泵抽滤作用下依次流经阴极、吸附/交换层后出水，即得净化水；
(d)水处理过程运行一定时间后，根据跨膜压差和膜电极过水通量，进行反冲洗；此时，关闭一号阀门、二号阀门和五号阀门，打开三号阀门和四号阀门；通过接触转换器将原来的阳极和阴极的电极性互换，即反冲洗过程中原阳极连通电源负极转换成阴极，原阴极连通电源正极转换成阳极；调节抽滤泵抽水方向，将反冲洗用水贮水装置内液体抽至电过滤装置内，并最终输送至反冲洗排水贮水装置，运行一定时间后完成反冲洗流程。
有益效果：本发明具有以下优点：
1)装置利用电化学氧化还原和类芬顿反应生成高活性自由基的特性，有效降解水中的含卤有机污染物，并消减出水中潜在有害副产物，电过滤体系有效提高了反应物传质和设备处理能效；
2)利用电化学还原和氧化协同，可使含卤有机物还原脱卤和氧化降解，有效提高污染物的去除效率。
3)设计电过滤体系，不但促进了反应物传质，还可使含卤有机物在降解过程中生成的潜在有害副产物在电场和滤膜截留等作用下通过吸附、离子交换、氧化降解等机制进一步得到去除净化。
4)巧妙的反冲洗设计，不仅使电极和吸附剂再生，而且反冲洗水经电化学反应区间时可得到氧化还原处理，提高了反冲洗出水水质，避免二次污染。
附图说明
图1是本发明实施例1水中含卤有机物的去除装置的结构示意图；
图2是本发明实施例2水中含卤有机物的去除装置的结构示意图；
图3是本发明实施例3水中含卤有机物的去除装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参考图1所示，本发明公开的一种水中含卤有机物的去除装置，包括待处理液存储装置1、进水泵2、电过滤装置3、电源4和抽滤泵7。所述待处理液存储装置1、进水泵2、电过滤装置3依次相连接；所述电过滤装置3内设有平行的阳极5和阴极6，在阳极5和阴极6之间形成电化学反应区间31；所述电过滤装置内的膜式阳极5和阴极6分别与电源4的正、负极相连接；所述电过滤装置的下端还设有过滤水出水口3-3；所述抽滤泵7进水端与电过滤装置3过滤水出水口3-3相连接；所述抽滤泵7具备双向抽滤功能。
待处理液存储装置1与电过滤装置3的电化学反应区间31连通并形成循环通路的方式如下：所述待处理液存储装置1出水端1-1与进水泵2的进水端相连接；所述进水泵2的出水端与电过滤装置3的进水端3-1相连接；所述电过滤装置3的循环回路出水端3-2与待处理液存储装置1循环回路进水端1-2相连接；待处理液存储装置1与电过滤装置3之间形成循环回路。
本实施例中，电源4为直流稳压电源，阳极5为碳纳米管电极；所述阴极6为经铁氧化物修饰的碳纳米管电极。
具体去除方法步骤如下：
(a)待处理液存储装置1内水体通过进水泵2输送至电过滤装置3内，同时将阳极5、阴极6与电源4的正负极相连通，打开抽滤泵7抽滤电过滤装置3内液体。
(b)在电化学过滤装置3内电化学反应区间31中，水体中的有机污染物在阳极受到电催化氧化降解，在阴极受到电化学还原-类芬顿氧化降解，得到初步净化；含卤有机污染物降解过程中生成的带电负性含卤离子或基团在电场作用下电泳至阳极5被吸附或进行离子交换。
(c)流经电化学反应区间31的大部分液体通过待处理液存储装置1与电过滤装置3之间的循环回路回流至待处理液存储装置1中待再次循环；电化学反应区间31中的部分液体在抽滤泵7抽滤作用下流经膜式阴极6后出水，即得净化水。
实施例2：
请参考图2所示，本发明公开的一种水中含卤有机物的去除装置，包括待处理液存储装置1、进水泵2、电过滤装置3、电源4和抽滤泵7。所述处理液存储装置1、进水泵2、电过滤装置3依次相连接；所述电过滤装置3内设有平行的阳极5和阴极6，在阳极5和阴极6之间形成电化学反应区间31；所述电过滤装置内的膜式阳极5和阴极6分别与电源4的正、负极相连接；所述电过滤装置的下端还设有过滤水出水口3-3；所述抽滤泵7进水端与电过滤装置3过滤水出水口3-3相连接；所述抽滤泵7具备双向抽滤功能。
待处理液存储装置1与电过滤装置3的电化学反应区间31连通并形成循环通路的方式如下：所述待处理液存储装置1出水端1-1与进水泵2的进水端相连接；所述进水泵2的出水端与电过滤装置3的进水端3-1相连接；所述电过滤装置3的循环回路出水端3-2与待处理液存储装置1循环回路进水端1-2相连接；待处理液存储装置1与电过滤装置3之间形成循环回路。
其中电源4为直流稳压电源，阳极5为碳纳米管电极；所述阴极6为经铁氧化物修饰的碳纳米管电极。
此外，所述阴极6与过滤水出水口3-3之间还设有吸附/交换层8；所述待处理液存储装置1的侧壁设有溶解氧传感器20；底部设有曝气装置21，其外接气源为氧气。所述溶解氧传感器20用于监测待处理液存储装置1内水体的溶解氧浓度。
其处理方法与实施例1基本相同。
实施例3：
请参考图3所示，本发明公开的一种水中含卤有机物的去除装置，与实施例2的装置结构基本相同，不同之处在于还包括压力传感器9、一号液体流量计10、二号液体流量计11、反冲洗组件以及控制单元；
所述反冲洗组件包括接触转换器12、反冲洗用水贮水装置13、反冲洗排水贮水装置14、一号阀门15、二号阀门16、三号阀门17、四号阀门18、五号阀门19和控制单元22。所述压力传感器9设于于抽滤泵7出水端之后，所述一号液体流量计10设于电过滤装置3的循环回路出水端3-2与待处理液存储装置1循环回路进水端1-2之间管路上；所述二号液体流量计11设于压力传感器9之后；所述接触转换器12设于电过滤装置3和电源4之间电路上，与阳极5、阴极6及电源4相连接，可转换电极正、负极性，从而实现阴极和阳极功能转换；所述反冲洗用水贮水装置13设于抽滤泵7之后，与抽滤泵7相连接；所述反冲洗排水贮水装置14设于电过滤装置3的循环回路出水端3-2之后，反冲洗排水贮水装置14进水口与电过滤装置3的循环回路出水端3-2通过支线管路相连接；所述一号阀门15设于电过滤装置3的循环回路出水端3-2与待处理液存储装置1循环回路进水端1-2之间的管路上；所述二号阀门16设于待处理液存储装置1出水端1-1与进水泵2的进水端之间的管路上；所述三号阀门17设于反冲洗排水贮水装置14与电过滤装置3之间的管路上；所述四号阀门18设于反冲洗用水贮水装置13与抽滤泵7之间的管路上；所述五号阀门19设于过滤后净化水最终出水管路上；
所述控制单元22接收各控件信号并输出指令，从而控制装置整体水处理工况。
具体去除方法步骤与实施例1基本相同，此外反冲洗流程工作步骤如下：
当控制单元监测到净化水出水变小、压差变大时，停止水净化处理，启动反冲洗程序；此时，关闭一号阀门15、二号阀门16和五号阀门19，打开三号阀门17和四号阀门18；通过接触转换器12将原来的阳极5和阴极6的电极性互换，即反冲洗过程中原阳极5连通电源4负极转换成阴极，原阴极6连通电源4正极转换成阳极；调节抽滤泵7抽水方向，将反冲洗用水贮水装置13内液体抽至电过滤装置3内，并最终输送至反冲洗排水贮水装置14，运行一定时间后完成反冲洗流程。
技术特征：
1.一种水中含卤有机物的去除装置，其特征在于包括待处理液存储装置(1)、进水泵(2)、电过滤装置(3)和电源(4)；所述待处理液存储装置(1)、进水泵(2)、电过滤装置(3)依次相连接；所述电过滤装置(3)内设有平行的阳极(5)和阴极(6)，在阳极(5)和阴极(6)之间形成电化学反应区间(31)；所述待处理液存储装置(1)与电过滤装置(3)的电化学反应区间(31)连通并形成循环通路；所述阳极(5)和阴极(6)分别与电源(4)的正、负极相连接；所述电过滤装置的下端还设有过滤水出水口(3-3)；所述过滤水出水口(3-3)后端连接设有抽滤泵(7)。
2.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于：所述待处理液存储装置(1)与电过滤装置(3)内的电化学反应区间(31)形成循环通路的方式如下：所述待处理液存储装置(1)的出水端(1-1)与进水泵(2)的进水端相连接；所述进水泵(2)的出水端与电过滤装置(3)的进水端(3-1)相连接；所述电过滤装置(3)的循环回路出水端(3-2)与待处理液存储装置(1)循环回路进水端(1-2)相连接；形成待处理液存储装置(1)与电过滤装置(3)之间的循环回路。
3.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于：所述阳极(5)为具有电催化氧化性能和卤离子吸附或交换能力的碳基、层状双金属氢氧化物等材料修饰的膜电极；所述阴极(6)为经金属或金属氧化物修饰的碳基电极。
4.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于所述抽滤泵(7)进水端与电过滤装置(3)的过滤水出水口(3-3)相连接；所述抽滤泵(7)具备双向抽滤功能。
5.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于：所述阴极(6)与过滤水出水口(3-3)之间设有吸附交换层(8)。
6.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于：所述抽滤泵(7)出水端后端设有压力传感器(9)以及二号液体流量计(11)；所述电过滤装置(3)与待处理液存储装置(1)之间的管路上设有一号液体流量计(10)。
7.根据权利要求2所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于还包括反冲洗组件；所述反冲洗组件包括接触转换器(12)、反冲洗用水贮水装置(13)、反冲洗排水贮水装置(14)、一号阀门(15)、二号阀门(16)、三号阀门(17)、四号阀门(18)和五号阀门(19)；
所述接触转换器(12)设于电过滤装置(3)和电源(4)之间电路上；所述接触转换器(12)与阳极(5)、阴极(6)及电源(4)相连接，实现阴极和阳极功能转换；
所述反冲洗用水贮水装置(13)设于抽滤泵(7)之后；所述反冲洗排水贮水装置(14)设于电过滤装置(3)的循环回路出水端(3-2)之后，所述反冲洗排水贮水装置(14)的进水口与电过滤装置(3)的循环回路出水端(3-2)通过支线管路相连接；所述一号阀门(15)设于电过滤装置(3)的循环回路出水端(3-2)与待处理液存储装置(1)循环回路进水端(1-2)之间的管路上；所述二号阀门(16)设于待处理液存储装置(1)的出水端(1-1)与进水泵(2)的进水端之间的管路上；所述三号阀门(17)设于反冲洗排水贮水装置(14)与电过滤装置(3)之间的管路上；所述四号阀门(18)设于反冲洗用水贮水装置(13)与抽滤泵(7)之间的管路上；所述五号阀门(19)设于过滤后净化水最终出水管路上。
8.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除装置，其特征在于：所述待处理液存储装置(1)的侧壁设有溶解氧传感器(20)；所述待处理液存储装置(1)的底部设有曝气装置(21)。
9.根据权利要求1所述的水中含卤有机物的去除设备，其特征在于：还包括控制单元(22)，所述控制单元(22)接收各控件信号并输出指令。
10.如权利要求1至9任一项所述的水中含卤有机物的去除装置的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)打开一号阀门(15)、二号阀门(16)和五号阀门(19)，关闭三号阀门(17)和四号阀门(18)；待处理液存储装置(1)内水体通过进水泵(2)输送至电过滤装置(3)内，同时将阳极(5)、阴极(6)与电源(4)的正负极相连通，打开抽滤泵(7)抽滤电过滤装置(3)内液体；
(b)在电化学过滤装置(3)内的电化学反应区间(31)中，水体中的有机污染物在阳极受到电催化氧化降解，在阴极受到电化学还原-类芬顿氧化降解，得到初步净化；含卤有机污染物降解过程中生成的带电负性含卤离子或基团在电场作用下电泳至阳极(5)被吸附或进行离子交换；
(c)流经电化学反应区间(31)的大部分液体通过待处理液存储装置(1)与电过滤装置(3)之间的循环回路回流至待处理液存储装置(1)中待再次循环；电化学反应区间(31)中的部分液体在抽滤泵(7)抽滤作用下依次流经阴极(6)、吸附/交换层(8)后出水，即得净化水；
(d)水处理过程运行一定时间后，根据跨膜压差和膜电极过水通量，进行反冲洗；此时，关闭一号阀门(15)、二号阀门(16)和五号阀门(19)，打开三号阀门(17)和四号阀门(18)；通过接触转换器(12)将原来的阳极(5)和阴极(6)的电极性互换，即反冲洗过程中原阳极(5)连通电源(4)负极转换成阴极，原阴极(6)连通电源(4)正极转换成阳极；调节抽滤泵(7)抽水方向，将反冲洗用水贮水装置(13)内液体抽至电过滤装置(3)内，并最终输送至反冲洗排水贮水装置(14)，运行一定时间后完成反冲洗流程。
技术总结
本发明公开了一种水中含卤有机物的去除装置及其去除方法，包括依次相连接的待处理液存储装置、进水泵、电过滤装置；电过滤装置内设有平行的阳极和阴极，并在其之间形成电化学反应区间；待处理液存储装置与电过滤装置的电化学反应区间连通并形成循环通路；阳极和阴极分别连接至电源的正、负极；电过滤装置的下端还设有过滤水出水口；过滤水出水口后端连接设有抽滤泵；本发明基于所处理目标物的特性，利用电化学氧化还原和类芬顿反应生成高活性自由基的特点，有效降解水中的含卤有机污染物，并消减出水中潜在有害副产物，电过滤体系有效提高了反应物传质和设备处理能效。
技术开发人、权利持有人：吴东海;陆光华;闫振华;刘建超;王永花;李颖
