[發明專利]一種去除水中有機物的裝置及方法

無效

• 申請號: 201010227260.4
• 申請日: 2010-07-07
• 公開（公告）號: CN101863548A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 馮傳平;張峰;李文奇;王世巖;吳雷祥
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C02F1/58
• 分類號: C02F1/58;C02F1/30;C02F1/461
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;鮑俊萍

技術領域

本發明涉及水處理技術的應用領域，尤其涉及一種去除水中微污染有機物的方法與裝置。

背景技術

隨著世界經濟的持續發展，尤其是有機化工、石油化工、醫藥、農藥及殺蟲劑等工業的迅速增長，有機化合物產量和種類逐漸增加，各種污水的未達標排放，對地表水源甚至地下水源都產生極大的危害，人類的“生命之源”受到日益嚴重的威脅。據2005年中國國家環境狀況公報，國家環境監測網七大水系411個地表水監測斷面中，III類水質以下占到59％，主要的污染指標為BOD₅、COD_Mn和石油類等指標。水體中的微污染有機物對人體的危害是間接和隱蔽的。很多物質濃度低且沒有急性毒性，但長期飲用可能產生致癌、致畸、致突變作用。有些有機物具有親脂性，可積蓄在人體內，造成長期影響。另外，水處理過程中也可能將水中的天然或人工有機物轉化成消毒副產物。美國國家環保總局基于污染物毒性、降解可能性規定129種物質為優先污染物。我國的《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)中有機物的指標多達53項，并且在對單類物質嚴格規定的同時首次將總有機碳TOC作為了參考指標(推薦指標為5mg/L)。水源地水體中微污染有機物已引起廣泛重視，飲用水安全形勢不容樂觀。

面對微污染有機物，常規的混凝-沉淀-過濾組合工藝已經力不從心，一些新型工藝正被逐漸采用。活性碳及相關改良技術對于水中溶解性有機碳去除率還有所欠缺；臭氧技術氧化有機物同時容易產生中間污染物，且對部分有機物無效；膜過濾技術去除能力強，但相對其它工藝來說生產成本高昂，不利于經濟欠發達地區大范圍推廣。生物法利用微生物代謝能力消耗有機物，凈水成本低廉，但受生物作用能力限制，對于難生物降解污染物去除效果不佳。

與之相比，電化學法利用電子作為潔凈的氧化還原反應參與物，直接地或間接地進行化學物質間的轉換，無需大量氧化劑或還原劑，且不受初始色度影響，是一種較為環保的方法。電化學降解有機物主要分為極板直接氧化和產生羥基自由基(·OH)間接氧化，且間接氧化能力遠高于直接氧化。當電化學反應時電壓高于電極析氧電位時，產生羥基自由基同時也發生產氧的副反應，電壓超過析氧電位越大副反應越劇烈，降解等量有機物耗電量越大，電化學效率越低。電化學處理飲用水時，由于溶液中導電物質少、電導率低，所以要想達到高效凈化所需的電流值時所需的實際電壓會很高，所以電化學瞬時效率極低。在處理微污染飲用水時，由于溶液中導電性較差，使得電化學效率極低。在文獻：Li等，Journal?of?Hazardous?Materials，Volume?162，pp?455-462中，公開了利用電化學法氧化降解水中有機物的研究，但仍需投加大量NaCl電解質，出水氯離子濃度超標同時且易生成降解副產物，這限制了電化學法的實用化。

而光催化氧化法，尤其是二氧化鈦光催化技術，成本低廉、氧化能力強，且不受水體導電性限制。但其光生電子-空穴對復合速率快，量子產率不高的缺點制約其大規模應用。并且，其受初始色度影響較大。同時，當微污染水色度較高時，激發光線在到達催化劑表面前大量衰減，導致光催化活性無法充分發揮。

專利文件CN?1477061A中公開了利用紫外光光解和電化學電解作用協同凈化飲用水的技術及裝置，其采用紫外光解和電化學降解聯合工藝，有機物吸收紫外光能量分解為小顆粒，但紫外光解無法徹底脫除有機物，還需要電化學產生羥基自由基氧化最終脫除有機物。光解可使電化學氧化速度加快，降解率提高，但它無法提高羥基自由基的產率，無法根本解決飲用水導電性差導致的電化學瞬時效率低、凈化能力差的缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提出一種去除水中有機物的裝置及方法，以解決單一電化學方法深度處理微污染飲用水時電流效率較低、需添加大量電解質的缺陷及單一光催化方法活性物質產率低的缺點。

為實現上述目的，本發明提出一種去除水中有機物的裝置，其中，電化學組件與光催化組件設置于同一反應器內，協同去除水中的有機物。

其中，所述光催化組件設置于所述反應器內，所述光催化組件包括負載型催化劑及用于激發所述負載型催化劑的光催化激發光源，所述電化學組件包括陰極、陽極及連接陽極及陰極的電源，所述陽極及所述陰極于所述光催化激發光源的兩側相對設置，所述負載型催化劑設置于所述光催化激發光源的另外兩側或圍繞所述光催化激發光源設置。

其中，所述負載型催化劑為由玻璃、陶瓷、鈦板、PVC或活性炭纖維形成的板狀、絲狀或網狀載體上負載二氧化鈦薄膜。