一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置及其应用

本发明属于污水处理与资源化，尤其涉及一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置及其应用。

背景技术：

1、有机磷酸盐具有络合稳定性强、水溶性高、油溶性差和挥发性弱等特点，因此，常作为阻垢剂/缓释剂被广泛用于纺织、造纸、石油化工、钢铁制造等行业。而有机磷酸盐的大量使用导致有机磷在环境中广泛分布，如在地表水中检测到的有机磷浓度为0.08～39μg/l。天然水体中的有机磷容易通过化学降解或光降解转化为具有细胞遗传毒性的氨甲基磷酸盐(ampa)和正磷酸盐，导致水体富营养化，严重威胁水生态系统安全。因此，有机磷的高效深度去除在水污染控制领域迫在眉睫。

2、传统的有机磷废水处理工艺包括生物降解、吸附和混凝/沉淀等。然而，由于有机磷分子结构中的c-p键具有强稳定性，生物降解无法有效去除废水中的有机磷；吸附则受溶液ph影响较大，吸附剂在中性和弱碱性溶液中对有机磷的吸附能力较低；此外，由于金属离子可以与有机磷螯合形成稳定的络合物，导致化学沉淀的药剂消耗量大，且无法实现有机磷的降解。因此，亟需针对水体中的有机磷开发高效、低耗的污水处理技术。

3、近年来，电化学高级氧化工艺(eaops)作为一种新兴的绿色氧化技术，主要通过直接电子转移或电极界面产生的强氧化性活性物种(如羟基自由基、氯自由基、单线态氧等)实现难降解有机污染物的高效降解，由于具有操作简单、无药剂添加等优点，近年来被广泛应用于水处理领域。然而，传统的操作模式具有较差的传质性能，污染物与氧化性物种的反应仅发生在电极表面的狭窄区域，导致其污染物降解效率较低。

4、为此，本发明提供一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置及其应用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的一个目的提供了一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，该装置将反应性电化学膜过滤阳极与微孔钛网过滤阴极相耦合，利用反应性电化学膜过滤阳极产生的强氧化性物质将有机磷氧化为正磷酸盐，然后利用钛网过滤阴极表面的局部高ph快速生成羟基磷灰石沉淀物，从而实现了有机磷的氧化去除与磷回收。

2、本发明的另一个目的在于提供一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置在有机磷废水处理中的应用。

3、本发明实施例的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置包括：

4、电源；

5、反应池，所述反应池包括：

6、进水区，所述进水区的前端设置进水口，所述进水口与进水管连接，所述进水管还连接流量计，所述进水区的后端设置第一密封凹槽，所述第一密封凹槽内设置反应性电化学膜过滤阳极，所述反应性电化学膜过滤阳极通过橡胶密封圈固定于所述第一密封凹槽内，所述反应性电化学膜过滤阳极与所述电源的正极连接；

7、磷沉淀回收区，所述磷沉淀回收区与所述进水区连通，所述磷沉淀回收区的后端设置第二密封凹槽，所述第二密封凹槽内设置钛网过滤阴极，所述钛网过滤阴极通过橡胶密封圈固定于所述第二密封凹槽内，所述钛网过滤阴极与所述电源的负极连接，且所述反应性电化学膜过滤阳极与所述钛网过滤阴极相对设置；

8、出水区，所述出水区与所述磷沉淀回收区连通，所述出水区的后端设置出水口，所述出水口与出水管连接。

9、进一步地，所述反应性电化学膜过滤阳极的材质为ruo2/ti、sno2-sb/ti、pbo2/ti、pd/ti、ti4o7中的任意一种；

10、所述反应性电化学膜过滤阳极的孔径为5～200μm。

11、进一步地，所述钛网过滤阴极的目数为150～500目。

12、进一步地，所述电源为稳压直流电源，所述电源的电流密度为0.5～10ma/cm2。

13、进一步地，所述磷沉淀回收区的下方呈倒立的锥形，所述磷沉淀回收区的底部设置磷沉淀物收集口，所述磷沉淀物收集口外套设磷沉淀物收集管。

14、进一步地，还包括排气管，所述磷沉淀回收区的上方设置排气口，所述排气管与所述排气口连接；

15、所述排气管采用间歇排气的方式，排气间隔为2h，排气时间为60s。

16、本发明还提供一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置在有机磷废水处理中的应用。

17、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

18、1、本发明实施例的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置的工作原理为：废水进入到电化学膜处理装置后，有机磷在经过反应性电化学膜过滤阳极时被其活性位点所产生的强氧化性物质(如羟基自由基、氯自由基、单线态氧等)氧化为正磷酸盐，钛网过滤阴极在电流的作用下介导水还原产生氢氧根离子，在水流的作用下，水中的正磷酸盐在钛网过滤阴极表面及附近快速与废水中的钙离子反应生成羟基磷灰石沉淀，并被钛网过滤阴极截留沉淀至锥形的磷沉淀回收区。

19、2、本发明实施例的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置与传统芬顿氧化工艺等相比，无需任何化学剂的添加就可利用电催化产生的强氧化性物质实现有机磷的高效去除；与传统电化学氧化操作模式相比，电化学膜过滤技术将电化学技术与膜技术相耦合，大大降低了对流传质的限制，提高了强氧化性活性物质的利用效率和有机磷的去除效率。

20、3、本发明实施例的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置通过阳极氧化与阴极介导水还原产氢氧根离子相耦合，无需添加药剂和调节溶液ph，即可实现有机磷的高效去除和磷回收。此外，本发明装置结构简单、操作方便、无二次污染；出水水质稳定，具有高效的污水处理效益。

技术特征：

1.一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，其特征在于，所述反应性电化学膜过滤阳极(3)的材质为ruo2/ti、sno2-sb/ti、pbo2/ti、pd/ti、ti4o7中的任意一种；

3.根据权利要求1所述的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，其特征在于，所述钛网过滤阴极(4)的目数为150～500目。

4.根据权利要求1所述的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，其特征在于，所述电源(5)为稳压直流电源，所述电源(5)的电流密度为0.5～10ma/cm2。

5.根据权利要求1所述的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，其特征在于，所述磷沉淀回收区(6)的下方呈倒立的锥形，所述磷沉淀回收区(6)的底部设置磷沉淀物收集口，所述磷沉淀物收集口外套设磷沉淀物收集管(8)。

6.根据权利要求1所述的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置，其特征在于，还包括排气管(7)，所述磷沉淀回收区(6)的上方设置排气口，所述排气管(7)与所述排气口连接；

7.一种根据权利要求1所述的有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置在有机磷废水处理中的应用。

技术总结本发明涉及一种有机磷废水处理和同步磷回收的电化学膜装置及其应用。该装置包括进水区、反应性电化学膜过滤阳极、钛网过滤阴极、电源、排气管、磷沉淀回收区、出水区。本发明所述的电化学膜装置处理有机磷废水时，反应性电化学膜过滤阳极通过产生活性氧物种将有机磷降解为正磷酸盐，然后利用钛网过滤阴极界面的局部高pH将正磷酸盐转化为羟基磷灰石沉淀。本发明所述的电化学膜装置实现了有机磷的去除与同步磷回收，解决了传统芬顿工艺有机磷降解效率低且需调节pH和添加化学药剂的难题，为有机磷废水处理提供了可行方案。技术研发人员：王志伟,任乐辉,李洋,王雪野,王力,童鑫,戴若彬,李雪松受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1