[發明專利]多相催化臭氧氧化-納濾組合裝置及其凈水消毒的方法

有效

• 申請號: 201310603496.7
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103588327A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 馬寧;劉操;李其軍;孟慶義;王培京
• 申請（專利權）人: 北京市水科學技術研究院
• 主分類號: C02F9/04
• 分類號: C02F9/04;C02F1/44
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉茵

技術領域

本發明涉及一種高效凈水消毒技術，特別是涉及采用高級氧化法和膜分離法耦合去除微污染地表水或再生水中毒害物質的裝置和方法，屬于污水深度凈化與毒害消減控制技術領域。

背景技術

微污染地表水的常規處理工藝過程通常不能有效去除的持久性有機污染物、內分泌干擾物或消毒副產物前驅體等毒害物質，需加以深度去除提高和保證出水水質；再生水中也存在多種多樣的毒害化學污染物、病原微生物和植物營養物質，其對再生水安全利用帶來的風險不容忽視。這些高風險性污染物在水體中表現出分布廣、濃度低、難降解和復合污染的重要特性，甚至部分可在地球水圈長期殘留，并通過生物體的累積作用不斷濃度放大，最終嚴重危害人體健康和生態安全，有引發惡性腫瘤和生物絕種的危害。然而，基于傳統法的水質凈化和地下水涵養技術已難以對該類污染物有效凈化或根本去除，部分新型凈水方法與技術在應用中也存在經濟性差和產業推廣難等實際問題。

目前，應用較為廣泛的水質深度凈化技術有：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧活性炭吸附、膜技術、光催化氧化等。其中，臭氧氧化技術和膜分離技術已發展成熟，并具有工業化應用前景。

具體來說，一方面，作為控制高風險性污染物的有效手段之一，多相催化臭氧氧化技術已得到廣泛關注，并成為水處理領域的熱點。在多相催化體系中，催化臭氧氧化克服了單獨臭氧氧化的臭利用率低和氧化效果差等缺點，產生一系列活性氧物種，能夠快速分解水中多種污染物，被認為是十分具有產業化前景的水處理技術。盡管如此，多相催化臭氧氧化技術在實際應用中存在活性低、用量大和對中間產物降解不徹底等缺點。另一方面，在飲用水處理和再生水回用過程中，納濾膜介于超濾和反滲透之間，較超濾可截留分子量更小的污染物及多價離子，而操作壓力比反滲透低，膜通量也比反滲透高幾倍，因此成為去除鈣鎂離子等硬度成分、“三致”物質及其前驅體、異味、色度、農藥、合成洗滌劑、可溶性有機物、重金屬離子、無機物膠體、病毒及蒸發殘留物質等的重要手段。然而，在實際使用過程中，納濾存在如下關鍵技術問題：(1)納濾膜污染，尤其是有機污染物、膠體顆粒和金屬離子等共存導致的膜復合污染增效；(2)對小分子污染物去除作用有限；(3)濃縮液需進一步處理。

發明內容

本發明的目的在于克服現有高級氧化法不能有效保障出水水質安全和膜分離法不能有效消減毒害物質等不足和局限，提供一種催化臭氧氧化-納濾組合裝置及其水質消毒方法。

為實現上述目的，本發明包括以下技術方案：

一種多相催化臭氧氧化-納濾組合裝置，其包括多項催化臭氧氧化系統和納濾膜分離系統；

該多項催化臭氧氧化系統包括催化臭氧反應器1、碳素活性填料2、臭氧發生器3、氣體流量控制閥4、氣體流量計5、射流器6、儲水池7、恒溫控制水箱8、循環水泵9、液體流量計101和液體流量控制閥111；

該納濾膜分離系統包括離心泵12、壓力表131和132、納濾膜組件14、液體流量計102和液體流量控制閥112和113；

該催化臭氧反應器1的入口通過管道與待處理進水連接，通過射流器6將臭氧發生器3產生的臭氧注入催化臭氧反應器1中；該催化臭氧反應器內采用碳素活性填料2為催化臭氧氧化的固相催化劑；該催化臭氧反應器1頂部通過回流管與儲水池7循環回流口連接、底部通過出水管與儲水池7進水口連接；

該臭氧發生器3的出氣口通過管道與射流器6連接，該管道上設有氣體流量控制閥4和氣體流量計5；

該儲水池7頂部設有進水口與催化臭氧反應器1連接，底部不僅設有循環回流口與循環水泵9連接，而且設有出水口與離心泵12連接，儲水池7側壁設有恒溫循環口與恒溫控制水箱8連接；

循環水泵9的出水口通過管道與催化臭氧反應器1連接，該管道上設有液體流量計101和液體流量控制閥111。

該納濾膜組件14進水口與離心泵12出水口通過管道連接，該管道上設置壓力表131和液體流量計102；納濾膜組件的濃縮回流液出水口與儲水池7通過管道連接，該管道上設置壓力表132和液體流量控制閥113；納濾膜組件上設置出水口用于將凈化后的水排出。

如上所述的多相催化臭氧氧化-納濾組合裝置，優選地，所述的碳素活性填料為顆粒活性炭、粉末活性炭、活性炭纖維或其混合材料裝填而成，碳素活性填料平均孔徑為1-10000nm，其比表面積為800-3000m²/g。

如上所述的多相催化臭氧氧化-納濾組合裝置，優選地，所述納濾膜切割分子量(MWCO)范圍為100-4000Da，納濾膜組件由單支或多支商品化納濾膜組合裝配而成。