一种催化臭氧膜反应器废水深度处理设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种催化臭氧膜反应器废水深度处理设备及方法，属于污水处理领域，该方法包括以下步骤：将待处理的有机废水经前置过滤装置预处理后通入催化臭氧膜反应器一侧，同时在膜反应器的另一侧通入含臭氧的气体；臭氧通过膜反应器内的中空纤维膜扩散至废水侧，并在具有催化功能层的膜表面与废水中的有机物发生催化氧化反应。所使用的催化臭氧膜反应器为浸没式，所使用的膜为耐氧化疏水中空纤维有机催化膜，所使用膜的催化功能层位于膜表面，负载的是非均相催化剂颗粒。该方法可以有效地处理如染料、石化、制药等行业难降解工业废水，并能实现缩小反应器体积、缩短工艺路线长度、提高臭氧传质和氧化速率、降低传质及反应过程能耗等多重效果。

【技术实现步骤摘要】

】本专利技术涉及一种废水深度处理方法，具体涉及一种应用催化臭氧膜反应器深度处理含有机废水的设备和方法，属于污水处理领域。【
技术介绍
】现代工业活动所排放的大量废水成分复杂、环境危害大，往往难生物降解。传统的生化处理技术难以保证处理水质，新型的废水处理技术被广泛应用于工业废水的深度处理及回用工艺。在这些技术中，高级氧化技术(AOPs)能够利用产生的羟基自由基快速矿化有机污染物或提高废水的可生化性能，具有反应速度快、适应范围广、氧化能力强等诸多优势。催化臭氧氧化是一种典型的高级氧化技术。与其他技术相比，催化臭氧氧化降解有机物速度快、条件温和、不产生二次污染，具有很好的应用前景。催化臭氧氧化可分为均相及非均相催化臭氧氧化两种形式。在均相催化体系中，使用的催化剂为过渡态金属离子。此催化过程简单易行，但为防止金属离子沉淀，反应过程的PH需严格控制。另外，金属离子催化剂的回收比较困难，易造成催化剂的损失和二次污染。在非均相体系中，使用的催化剂为固态颗粒。此催化过程适应能力较强，且催化剂回收相对容易，是现在普遍使用的技术。不论是均相或者非均相催化过程，催化剂回收都是不可避免的问题。这个问题提高了成本，制约了工艺的推广应用。与此同时，在催化臭氧过程中，臭氧和废水的接触方式需要改进。虽然臭氧的制备简单、气源易得，但是臭氧在水中溶解度不高、稳定性较差，需要合适的气液接触技术以实现臭氧快速混合，以减少传质过程中的能量损失。传统的臭氧接触方式大多为填料塔、喷雾塔、鼓泡塔等。这些设备的臭氧传质速率不够高，且易出现液泛、乳液、泡沫、气雾夹带等问题。一种经济快速的气液接触方式可有效地降低传质过程的能耗。催化臭氧膜反应器可有效的解决上述氧化过程中易出现的催化剂回收困难及臭氧传质效率不高的问题。催化臭氧膜反应器具备两个方面的作用:1)作为催化剂载体。通过溅射、热固定等手段将非均相催化颗粒固定于中空纤维膜的一侧表面。通过催化剂的固定，可避免催化剂回收的问题。2)作为臭氧分布器。中空纤维膜为臭氧的传质提供了丰富的表面积。通过此表面，在无泡条件下，可实现快速，低能耗的臭氧传质。利用催化臭氧膜反应器实现缩小反应器体积、缩短工艺路线长度、提高臭氧传质和氧化速率、降低传质及反应过程能耗等多重效果。【
技术实现思路
】本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，利用催化臭氧膜反应器同时实现臭氧与废水的混合及催化臭氧氧化反应。利用该方法可以有效地解决臭氧催化剂回收困难，臭氧曝气传质效率不高等问题。本专利技术的目的是通过以下方式来实现的:本专利技术提供了一种催化臭氧膜反应器废水深度处理设备，该设备包括前置过滤装置、催化臭氧膜反应器和臭氧发生器；其中，所述的催化臭氧膜反应器包括耐氧化的气流管道和膜组件，所述的膜组件通过所述的耐氧化的气流管道相连接，所述的膜组件由中空纤维有机膜组成，所述的中空纤维有机膜的外面附有多孔结构的催化功能层。在上述技术方案的基础上，本专利技术设备还可以做如下改进:进一步，所述的膜组件为浸没式结构。更进一步，所述的膜组件的形式帘式、列管式、流通式或死端式中的任一种。优选地，所述的前置过滤装置采用格栅、滤网滤布、砂滤、活性炭、活性棉、微滤中的一种或多种。本专利技术还提供了一种基于上述设备的废水深度处理方法，该方法包括以下步骤:I)将待处理的有机废水经过前置过滤装置预处理后通入催化臭氧膜反应器的一侧；2)将经臭氧发生器产生的含臭氧气体通入催化臭氧膜反应器的另一侧；3)所述的臭氧气体和待处理废水分别在催化臭氧膜反应器中的膜组件内侧和外侧独立流动；4)控制催化臭氧膜反应器内气相侧压力小于泡点压力与液相压力之和，臭氧气体以无泡方式通过中空纤维有机膜进行传质与另一侧的废水中有机物在催化功能层表面进行催化臭氧氧化反应；5)充分反应后产生的尾气经降解后排空，有机废水经充分氧化达标后排出。在上述技术方案的基础上，本专利技术方法还可以做如下改进:所述的中空纤维膜的材料为全氟或部分氟化的共聚物或均聚物中的一种或几种。优选地，所述的中空纤维膜的材料为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚(偏氟乙烯-共聚-六氟丙烯)、聚(偏氟乙烯-共聚-四氟乙烯)、聚(偏氟乙烯-共聚-三氟乙烯)、聚(偏氟乙烯-共聚-氯三氟乙烯)中的一种或几种。进一步，所述的中空纤维膜为疏水微孔膜，孔径大小为0.1-1微米，孔隙率为40-90 %，壁厚为 0.1-0.4mm ；进一步，所述的催化功能层位于所述的中空纤维膜表面，催化功能层的孔径大小为1nm-1O μ m，催化功能层厚度为lOym-lmm。更进一步，所述的催化功能层由非均相臭氧催化剂颗粒组成，所述的催化剂颗粒为金属氧化物、金属负载多孔材料或金属修饰分子筛，催化剂颗粒大小为1nm-1OO μπι。所述的前置过滤装置可去除原废水中的泥沙、悬浮物、以及部分溶解态大分子有机物，这样可有效保护所述的膜组件免受水中杂质的物理磨损，同时降低了有机物负荷。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术利用催化臭氧膜反应器同时进行臭氧曝气及催化氧化，巧妙地将两种功能集成于一个设备上，有利于缩短工艺长度，减小设备体积；2、利用催化臭氧膜反应器进行臭氧曝气可提高臭氧的传质效率，进而减小接触器体积，减少传质过程臭氧损失；3、利用膜接触反应器进行臭氧曝气，其曝气过程以无泡方式进行，气液相均处于常压，跨膜压力损失小，能耗低；4、利用具备催化功能的I旲反应器进彳丁臭氧氧化，可提尚臭氧氧化能力，加快氧化速率；5、所述的带催化功能层的膜为中空纤维膜，可提供较大的比表面积，设备体积大大缩小；6、所述催化功能膜的催化层位于中空纤维外表面，可避免气相臭氧与催化剂接触产生的分解，同时，为催化臭氧反应提供合适的位点。总而言之，利用本专利技术催化臭氧膜反应器废水深度处理设备及方法可经济高效地实现废水的深度处理。【【附图说明】】图1为本专利技术一种催当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化臭氧膜反应器废水深度处理设备，其特征在于，该设备包括前置过滤装置、催化臭氧膜反应器和臭氧发生器；其中，所述的催化臭氧膜反应器包括耐氧化的气流管道和膜组件，所述的膜组件通过所述的耐氧化的气流管道相连接，所述的膜组件由中空纤维有机膜组成，所述的中空纤维有机膜的外面附有多孔结构的催化功能层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，王岽，张勇，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11