[發(fā)明專利]用于污水處理廠尾水中總氮處理的非線性光催化膜及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710882321.2
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN108283941B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁明梅;李洋;許航;陳衛(wèi);沈楨;王康;林晨爍;王月婷
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: B01J31/36
• 分類號: B01J31/36;C02F9/08;C02F101/30
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明公開了用于污水處理廠尾水中總氮處理的非線性光催化膜及其應(yīng)用。所述光催化膜以去除城鎮(zhèn)污水廠尾水中總氮為主要目的，利用非線性光學(xué)材料LiNbO₃粉末對聚醚砜膜表面進行涂覆，其在365nm紫外光照射和無氧條件下，外加少量甲酸即可對尾水的深度脫氮發(fā)揮顯著作用，其中對低濃度的硝態(tài)氮去除率可高達80%，且其對氮氣的光催化選擇性高達98%；本發(fā)明非線性光催化膜同時具備了超濾膜的分離特性和對硝態(tài)氮的光催化還原性能，可同時去除尾水硝態(tài)氮和截留水中微生物、懸浮物質(zhì)，顯著地降低污水廠尾水對飲用水水質(zhì)的影響；跨膜壓差，能耗較低，在較短的水力停留時間內(nèi)即可完成污水廠尾水的深度脫氮。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)保污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于污水處理廠尾水中總氮處理的非線性光催化膜及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

2015年11月國家環(huán)保部發(fā)布“關(guān)于征求國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）意見的函”，針對“水體富營養(yǎng)化問題突出地區(qū)”增設(shè)了“特殊排放限值”，其中除TN和SS分別為10mg/L和5mg/L外，COD、BOD₅、NH₃-N、TP排放限值分別為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。未來，隨著我國“水十條”的逐步落實，城鎮(zhèn)污水廠尾水中有機碳和總氮的排放將進一步降低，各地將制定嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)的地方水污染排放標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，城鎮(zhèn)污水廠尾水中氮的深度處理將成為未來城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)改造的重要方向。

我國大部分的城鎮(zhèn)污水處理廠二級處理工藝為生物法，常規(guī)硝化及厭氧氨氧化過程可能使出水中的硝態(tài)氮偏高。以太湖流域城市污水廠二級處理出水的水質(zhì)特征為例，其總氮指標(biāo)難以穩(wěn)定達到“《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）”中的“特殊排放限值”要求，且主要為硝態(tài)氮，比例占到80%甚至90%以上（含量基本介于10-20mg/L）；水中COD含量一般介于50-80mg/L之間，且主要為難以被生物利用部分（BOD₅一般在10mg/L以下）；SS和總磷指標(biāo)分別為15-25mg/L和0.7-1.2mg/L。進一步增加微生物深度處理并投加碳源雖然可在一定程度上改善上述指標(biāo)的去除效果，但很難保證TN和COD的同步穩(wěn)定達標(biāo)，且運行成本相對偏高。

目前的研究表明，催化技術(shù)可能成為一種去除水中硝態(tài)氮的有效途徑。相較反滲透、離子交換、電滲析以及微生物法，催化法具有較多優(yōu)點，其能在溫和的條件下（溫度、壓力等）有效去除硝態(tài)氮并不產(chǎn)生二次污染物。

在硝態(tài)氮的催化去除領(lǐng)域，光催化是一種較為流行的方法。F. Zhang、R. Jin、J.Chen等在光催化的除氮方面取得了第一突破。他們利用Ag/TiO₂光催化劑對硝態(tài)氮進行去除，結(jié)果表明，其對氮氣的光催化選擇性高達100%，遠遠高于傳統(tǒng)的雙金屬體系。光催化脫氮具有較高的活性和選擇性，在其過程中，來自于導(dǎo)帶的電子（eCB^?）和價帶的空穴（hVB⁺）能相互作用。硝態(tài)氮有可能直接得電子而還原或與源于空穴和空穴捕獲劑（如甲酸）反應(yīng)得到的還原態(tài)CO₂^??自由基結(jié)合。從幾種傳統(tǒng)的光催化材料TiO₂、CdS 和 ZnS，CO₂^??自由基可能會阻礙光催化脫氮的進行，其原因有幾點：第一，CO₂^??自由基的存在條件比較復(fù)雜，因為參與光反應(yīng)的空穴捕獲劑數(shù)量難以預(yù)測。第二，這類光催化劑會產(chǎn)生的?OH自由基，可能是被還原的硝態(tài)氮再次氧化。第三，由于電子與空穴的復(fù)合，光催化氧化可能會與光催化還原同時進行，從而降低光催化脫氮的效率。