[發(fā)明專利]一種電催化臭氧吸附膜過濾去除水中有機污染物的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010837394.1
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111943408B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊晴;黃海鷗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: C02F9/00
• 分類號: C02F9/00;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38;C02F1/78;C02F1/32;C02F1/461
• 代理公司: 北京文苑專利代理有限公司 11516
• 代理人: 王煒

本發(fā)明涉及一種電催化臭氧吸附膜過濾去除水中有機污染物的裝置及方法，該裝置包括依次連接的氧氣源、臭氧發(fā)生器和臭氧溶液儲罐，所述臭氧溶液儲罐與原水儲罐通過管線與電催化臭氧膜過濾反應(yīng)器連接，所述電催化臭氧膜過濾反應(yīng)器由金屬網(wǎng)狀電極、硅膠絕緣墊圈、電催化臭氧過濾膜電極構(gòu)成，其中穩(wěn)壓電源正極通過連接導(dǎo)線與金屬網(wǎng)電極連接，電催化臭氧過濾膜電極與穩(wěn)壓電源負極通過連接導(dǎo)線相連接，陰陽極之間用硅膠絕緣墊圈隔開。本發(fā)明具有操作壓力低、外加電流小，能耗低、能夠高效連續(xù)去除難降解有機污染物，以及高臭氧轉(zhuǎn)化自由基效率的技術(shù)優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水中有機污染物去除的裝置及方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著飲用水水源水質(zhì)的不斷下降，水環(huán)境中的微量有機污染物如個人護理品、藥物活性物質(zhì)、天然有機物等逐漸增多。這類有機污染物濃度低、成分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、種類繁多、并且一些有機物被認為是消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物，長期飲用含有這類污染物的飲用水對人體健康有潛在的危害。因此，針對性地開發(fā)新型高效、經(jīng)濟適用的飲用水處理技術(shù)對于控制我國飲用水中的有機污染，提高飲用水安全保障水平至關(guān)重要。另一方面，現(xiàn)有的污水處理技術(shù)同樣不能有效去除水中的微量有機污染物，而未經(jīng)有效處理的污水排入水環(huán)境中會造成生態(tài)環(huán)境污染，或影響水的回收利用。因此，開發(fā)一種同時適用于廢水深度處理及污水回用的高效、安全、環(huán)保的水處理技術(shù)至關(guān)重要。

傳統(tǒng)膜過濾技術(shù)如超濾、微濾膜不能有效去除水中微量有機污染物，而納濾、反滲透膜對于該類有機污染物去除效果不穩(wěn)定，且操作壓力大，運行成本高。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的納米材料低壓復(fù)合膜過濾技術(shù)，通過改變傳統(tǒng)膜表面的物理化學(xué)性質(zhì)，強化材料吸附性能，能夠有效平衡選擇性與透水率之間的關(guān)系，對于大多數(shù)有機污染物均具有優(yōu)良的去除效果。然而復(fù)合膜在長期使用過程中存在再生問題和膜污染問題，限制了該技術(shù)進一步發(fā)展應(yīng)用。基于此開發(fā)的電化學(xué)膜過濾技術(shù)能夠深度降解和去除多種有機污染物、環(huán)境兼容性較強，一定程度上緩解膜污染問題。但同樣該技術(shù)也受到電化學(xué)氧化效率、電子利用率低、電解電流等多種因素影響，而不易控制反應(yīng)最終進程。

臭氧作為一種常用的高級氧化技術(shù)具有良好的消毒、脫色、氧化能力，其在水處理中發(fā)揮氧化作用有兩種途徑：臭氧直接氧化具有選擇性，并且礦化效率較低，還會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物；基于·OH的高級氧化技術(shù)中，·OH與有機物的反應(yīng)無選擇性，反應(yīng)速率常數(shù)也大得多。臭氧高級氧化去除污染物以直接氧化為主，而臭氧間接氧化作用一般發(fā)生在臭氧與其他工藝聯(lián)用技術(shù)中，例如臭氧和H₂O₂、UV等技術(shù)聯(lián)用。

E-peroxone技術(shù)是在臭氧氧化作用基礎(chǔ)上開發(fā)的新型電化學(xué)技術(shù)，該技術(shù)利用碳基電極電催化還原氧氣產(chǎn)H₂O₂的特性，與臭氧氧化相結(jié)合強化·OH的生成。電催化臭氧化技術(shù)對難降解有機污染物具有良好的去除效果，然而臭氧和氧氣在水中溶解度較小；并且臭氧在環(huán)境中不穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氧氣；再者目前臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧質(zhì)量濃度(氣相分壓)比較低，臭氧在水中的傳質(zhì)及轉(zhuǎn)化效率低。因此，如何強化臭氧、氧氣的氣液間傳質(zhì)效率，提高氣體利用率是臭氧催化氧化技術(shù)研究與應(yīng)用的一個關(guān)鍵與前提。CN 107200394 A公開了一種電催化臭氧高級氧化膜反應(yīng)器廢水處理裝置及方法，包括可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源、連接導(dǎo)線、負載有導(dǎo)電層的疏水膜(導(dǎo)電疏水膜)、輔助電極、料液槽、蠕動泵、臭氧發(fā)生器、氣體流量計等部分，該方法可以高效地處理如染料、石化、制藥等行業(yè)難降解有機廢水，以及污水廠出水中的微量有機物。上述專利中提出的電催化臭氧膜反應(yīng)器將疏水膜作為氧氣和臭氧氣體的分布器，僅能從一定程度上提高臭氧氣體的溶解擴散作用和自由基的產(chǎn)生。然而，由于自由基(例如：羥基自由基、超氧自由基、過氧自由基等)壽命短、擴散速度慢，需要進一步強化污染物與自由基之間的擴散傳質(zhì)，以提升臭氧催化氧化中污染物降解效率。此外，此類電催化臭氧膜反應(yīng)器單純依靠E-peroxone作用產(chǎn)生的自由基處理水體污染物，不涉及吸附、電化學(xué)過濾，以及污染物與自由基的對流混合等機制的協(xié)同作用。