[發明專利]一種水深度處理方法

有效

• 申請號: 201811057303.1
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109052728B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 錢飛躍;王俊霞;沈耀良;高仕謙;盛嘉逸;黃慧敏
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: C02F9/04
• 分類號: C02F9/04;C02F1/44;C02F1/72;C02F1/78;C02F101/30
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 汪青;周敏

本發明涉及一種水深度處理方法，采用水深度處理裝置進行處理，水深度處理方法包括如下步驟：(1)將待處理的原水和氧化劑混合后輸送至板框式膜反應器中，原水和氧化劑的混合液在碳納米材料復合膜的作用下發生催化氧化和分離截留，處理后的出水經出水管排出；(2)當壓力表的讀數接近5bar時，停止向板框式膜反應器中通入待處理的原水和氧化劑，將氨水經熱交換器加熱后輸送至板框式膜反應器中對碳納米材料復合膜進行原位再生處理，當壓力表的讀數降至1.5bar以下或者運行4～8h后，停止原位再生處理。本發明的水處理裝置和方法的凈化效率高、處理能耗低、無重金屬二次污染、適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，具體涉及一種水深度處理方法。

背景技術

隨著人工合成化學品(如藥品及個人護理品、清潔劑、農藥等)的大量使用，其中部分會經過城鎮排水系統排入天然水體中，帶來潛在的生態與環境風險。該類污染物通常具有濃度低(<1mg/L)、分子量小(<500Dalton)、溶解度高和持久性強等特點，也被稱為微污染物。有研究表明，混凝、沉淀、過濾和生物降解等傳統水處理技術對微污染物的去除效能較低，無法滿足飲用水深度凈化的要求。目前，膜分離技術和高級氧化法被認為是控制有機微污染物的有效手段。

借助位阻效應、靜電斥力、溶解擴散等作用，以納濾(NF)、反滲透(RO)為代表的膜分離技術能夠有效截留水中各類污染物，具有操作簡單快速、目標適應面廣、裝置易于自動化等優點，但其跨膜壓力需控制在NF 10-20bar、RO 20-100bar，處理單位水量的能耗較高，產水率通常低于75％，仍要對濃縮水進行后續處理。此外，由于是純物理分離過程，污染物黏附在膜表面及孔道內造成膜污染，會導致系統產水性能的顯著降低，即使采用反沖洗和化學清洗也只能部分恢復。與之相比，高級氧化法主要通過產生一定量·OH、SO₄^·-等強氧化性自由基，降解、礦化污染物，例如，紫外光或可見光催化氧化、臭氧催化氧化、過硫酸鹽催化氧化、芬頓(Fenton)反應等。在上述體系中，常把各類過渡金屬及其氧化物作為催化劑使用。當前，如何有效固定、分離和再生催化劑，實現重復使用，并嚴格防控金屬離子溶出仍是限制這類方法工程化應用的主要問題

作為一種非金屬納米材料，氧化石墨烯(GO)薄片具有接近單碳原子厚度的二維層狀結構，其主要由sp²雜化六元碳原子環和大量羥基、羧基和環氧官能團組成。與石墨烯相比，GO的親水性更強、更容易實現功能化，且造價相對較低，很適合用于制備新型膜材料。有研究發現，在強堿性和一定溫度條件下，GO表面含氧基團將得到部分還原，碳原子層中會形成鋸齒狀缺陷，形成還原氧化石墨烯(rGO)。這不僅使rGO獲得了更強的過硫酸鹽與臭氧催化活性，可生成大量SO₄^·-或·OH自由基，還顯著降低了水分子在碳材料表面的摩檫力，有利于提高GO膜材料的過水性能，降低跨膜壓力。如果能夠利用rGO薄片建立具有催化氧化功能的膜分離系統，將有效克服傳統膜分離技術與高級氧化法的固有缺點，成為控制水中微污染物的一種新方法。

需要注意的是，反應裝置是進行水處理的場所，也是決定處理效果的關鍵因素。現有的水處理反應裝置及其控制方法無法同時實現膜分離和催化氧化功能，原因包括：(1)在現有裝置中，NF和RO膜組件能夠用于污染物的高效分離，但在原水中投加氧化劑，不僅不能產生足夠的強氧化自由基降解截留的污染物，還會對膜結構造成嚴重破壞，導致其分離效能顯著降低；(2)在現有裝置中，為了充分發揮催化劑效能，反應期間常采用減小催化劑尺寸、提高混合強度等方法。當反應結束后，又需要對催化劑進行分離操作，以獲得處理出水。上述操作方法在工業化連續運行中實現難度很大；(3)在現有裝置中，不具備對失活催化劑進行原位再生功能，只能通過定期更換催化劑，確保裝置的運行，這勢必會提高其運行成本。

因此，如何創新反應裝置構型設計及其控制方法，最大程度地發揮還原氧化石墨烯膜的分離與催化功能，已成為利用該項水處理新技術高效去除水中微污染物的關鍵。

發明內容