一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种光声电耦合能场多级氧化‑膜分离协同水处理系统及工艺，包括光声电耦合能场多级氧化单元、双膜分离单元、消毒灭菌单元三部分；光声电耦合能场多级氧化单元包括设有光声臭氧联合氧化反应区和电化学氧化吸附反应区的光声电耦合能场多级氧化反应器；双膜分离单元由第一级纳米复合超滤膜和第二级纳米复合纳滤膜组成；消毒灭菌单元采用紫外灭菌器。本发明专利技术利用臭氧氧化、紫外光氧化、超声波氧化、活性炭吸附、电化学氧化、膜分离等技术之间存在的耦合协同作用，将其高效集成，构成一个整体密不可分各部分之间联合协同作用的反应体系，能够对水体中有机污染物进行多级氧化降解后分离去除，并对无机盐类尤其是高价盐离子的有效去除。

Photoacoustic electric coupling energy field multistage oxidation membrane separation cooperative water treatment system and process

The present invention relates to a photoacoustic coupled energy field multistage oxidation membrane separation synergistic water treatment system and technology, including a multistage oxidation unit of a photoacoustic coupled energy field, a double membrane separation unit, and three parts of a disinfection and sterilization unit, and a photoacoustic coupled energy field multistage oxidation unit, including a photoacoustic ozone combined oxidation reaction zone and an electrochemical oxygen. The photoacoustic electroacoustic coupling energy field multistage oxidation reactor was used in the chemical adsorption zone, and the double membrane separation unit was composed of the first stage nano composite ultrafiltration membrane and the second stage nano composite nanofiltration membrane, and the disinfection and sterilization unit adopted the UV sterilizer. The invention uses the coupling synergism between ozone oxidation, ultraviolet oxidation, ultrasonic oxidation, activated carbon adsorption, electrochemical oxidation, membrane separation and other technologies, and integrates it efficiently and forms a integrated and synergistic reaction system between all parts and can be carried out on the organic pollutants in the water body. After multistage oxidation degradation, it can separate and remove, and effectively remove inorganic salts, especially high value salt ions.

【技术实现步骤摘要】
一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统及工艺
本专利技术属于给水处理
，主要涉及饮用水处理，具体涉及一种通过光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统及工艺，尤其适用于处理微污染苦咸水。
技术介绍
目前，我国面临水质型缺水与水量型缺水双重困局。饮用水源微污染问题日益严重，微污染水源水中的溶解性有机污染物在常规处理工艺条件下很难去除，探寻一种安全高效的微污染水处理技术是有望解决水质型缺水的有效途径；同时，淡水资源短缺也是亟待解决的问题之一，因此，利用苦咸水淡化等非常规水资源开发利用技术，解决淡水资源短缺，提供安全、可靠、卫生的生产、生活用水，是缓解水量型缺水的有效办法。苦咸水一般为地下水，但在西北干旱、半干旱地区内陆河流下游及黄河流域等区域，苦咸水多为地表水，并且由于地理环境、气候条件、地质构造、积盐作用及污染物排放等综合因素，使这些区域地表水体中部分水质指标超过《地表水环境质量标准》Ⅲ类水体标准，表现为有机物综合指标值较高、氨氮浓度较高，水体成分复杂含有悬浮颗粒物、胶体物质、藻类、有机物和细菌等微生物的特点。所以这些区域内苦咸水多为受面源污染导致氟离子、CODMn、氨氮及浊度等水质指标超标的苦咸水，也就是微污染苦咸水。目前，国内外微污染水的处理工艺主要有四大类，分别是强化常规处理、预处理、深度处理和联用技术。强化常规处理工艺主要包括强化混凝、沉淀和强化过滤三种技术，虽然能提高水中天然有机污染物的去除效果，但是需要多投加混凝剂等药剂，导致增加药剂费用和污泥处理费用，在运行管理过程中也存在许多技术难点。预处理工艺主要包括生物预处理和化学氧化预处理等。虽然能去除传统工艺难以去除的有机物，减少水处理中耗氯量，提高出水水质，但也有其负面影响，如化学预氧化可能使得最终出水的致突变性增加。深度处理工艺包括吸附处理、光催化氧化、膜技术等。吸附处理技术中，活性炭作为最常用的吸附剂，可有效去除水中溶解性有机碳等污染物，在国内外净水处理工艺中得到广泛应用。光催化氧化技术具有极强的氧化能力，可使有机物完全矿化，对水中的酚类、氯化有机物等都有良好的去除效果，但是光催化剂不便回收，导致使用受限。膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等，它具有分离系数大、适用范围广、装置简单、占地面积小、自动化程度高等特点，能有效去除水中的臭味、色度、消毒副产物的前体物、微生物、病毒等污染物。臭氧活性炭工艺将臭氧的强氧化性和活性炭的吸附性相结合，是微污染水处理典型的联用技术。水中大分子有机物可被臭氧氧化成小分子有机物，提高了有机物的可生化性，并且更易于被后续活性炭单元吸附去除。目前，国内外采用的苦咸水淡化途径和方法主要是以电渗析、反渗透、纳滤为核心的脱盐工艺。电渗析过程工艺简单,除盐率高,操作方便,但是水回收率低,而且对不带电荷的物质如有机物、胶体、细菌、悬浮物等无脱除能力,这使其在苦咸水淡化工程中的应用受到局限。反渗透咸水淡化技术适用范围广、出水水质安全，但存在预处理要求苛刻、预处理要求严格,系统庞杂,产生的浓水的较难处理，在去除盐分的同时，也去除了对人体有益的元素。纳滤膜截留性能位于超滤膜与反渗透膜之间，基于纳滤膜的孔径及荷电性，其在分离过程具有特殊的离子选择性，能够截留超滤膜所不能截留的小分子有机物，又能够部分透过对人体有益的离子。由于纳滤膜孔径较小，膜上很容易产生沉积，过度沉积产生膜污染，影响膜的使用寿命和处理效果，如果对纳滤过程的污染问题能有很好的解决技术,纳滤膜过程的应用前景将会更加广阔。高级氧化技术与常规的水处理技术相比，具有适用范围广、反应速率快、氧化速率快等优点，在水处理领域具有很好的应用前景。反应涉及羟基自由基的氧化过程，就属于高级氧化过程，也称为高级氧化技术。高级氧化过程产生大量非常活泼的羟基自由基，羟基自由基是反应的中间产物，可诱发后面的链反应，羟基自由基无选择地直接与水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水等小分子无机物,不会产生二次污染。因其具有的特殊优势，各种不同的高级氧化技术在饮用水处理领域逐渐兴起。特别是臭氧氧化、光催化氧化、电催化氧化、超声催化氧化等技术，因其具有设备简单、易于控制、处理效率高效果好等优点而引起了人们的广泛关注。臭氧应用于水处理工艺是基于臭氧氧化性强，反应快速等优点，可以去除水中多种有机物污染物，但单独臭氧也存在着发生成本较高，利用率偏低等问题。单独光催化氧化存在光催化剂投加量大、在水中易团聚、中毒失活，清洗和回收困难等问题，影响光催化效率。单独电化学处理能力强，但是处理效率低。单独超声处理单一有机物都有其特定的最佳降解频率和声强，而实际水体存在不同种类的有机物，因此需要进一步研究开发具有频率和声强协同效应的超声反应器或者超声降解与其他技术的联合工艺。虽然高级氧化技术、膜法等技术在饮用水处理领域的应用逐年增加,相关研究成果也越来越多，但大部分成果偏重于单一技术或典型联合工艺的研究，这些技术所去除的污染物具有针对性，很难适应复杂水质的处理以及满足人们越来越高的水处理需求，要想达到理想的处理效果应该是多种技术的协同处理。因此现阶段对于集成化、系统化技术缺乏研究，现有研究不能满足兼备工艺、设备、技术等工程研发可行性的要求，这是该领域目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有工艺难以去除微污染苦咸水中一些难降解有机污染物和高价无机盐的问题，提供了一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统，包括光声电耦合能场多级氧化单元、双膜分离单元、消毒灭菌单元；所述光声电耦合能场多级氧化单元，包括光声电耦合能场多级氧化反应器，其内通过隔板分隔成依次排列的光声臭氧联合氧化反应区、配水区、电化学氧化吸附反应区和出水区；光声臭氧联合氧化反应区作为Ⅰ级反应区与配水区顶部相通；电化学氧化吸附反应区作为Ⅱ级反应区与配水区底部相通、与出水区顶部相通；光声臭氧联合氧化反应区内设有紫外灯、臭氧曝气器和Ⅰ区超声波换能器；电化学氧化吸附反应区内的底部设有Ⅱ区超声波换能器、下部设有Ⅱ区多孔配水板、上部设有Ⅱ区多孔出水板，两板之间夹有吸附填料；所述双膜分离单元，包括第一级纳米复合超滤膜和第二级纳米复合纳滤膜；第一级纳米复合超滤膜进水端与自吸式进水泵连接，其产水出水端与第二级纳米复合纳滤膜进水端连接；所述消毒灭菌单元，包括紫外灭菌器，紫外灭菌器的顶部开有进水口，底部开有出水口；紫外灭菌器顶部进水口与第二级纳米复合纳滤膜淡水出水端连接，其底部出水口用于将净化后的水排出。优选的，吸附填料为颗粒活性炭，其表面负载有零价铁，以吸附填料为阴极，负载的零价铁为阳极构成原电池形成微电场。进一步的，臭氧曝气器通过光声电耦合能场多级氧化反应器外设有的臭氧发生器提供臭氧，臭氧发生器与电源连接。进一步的，还包括用于控制Ⅰ区超声波换能器和Ⅱ区超声波换能器的超声波控制器，该超声波控制器与超声波发生器连接，超声波控制器、超声波发生器分别与电源连接。本专利技术的另一目的在于提供一种采用上述系统进行光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同处理微污染苦咸水中一些难降解有机污染物和高价无机盐的工艺，具体包括以下步骤：步骤（1）、Ⅰ级反应：待处理水进入光声臭氧联合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光声电耦合能场多级氧化‑膜分离协同水处理系统，其特征在于：包括光声电耦合能场多级氧化单元、双膜分离单元、消毒灭菌单元；所述光声电耦合能场多级氧化单元，包括光声电耦合能场多级氧化反应器（1），其内通过隔板分隔成依次排列的光声臭氧联合氧化反应区（5）、配水区（6）、电化学氧化吸附反应区（7）和出水区（8）；光声臭氧联合氧化反应区（5）作为Ⅰ级反应区与配水区（6）顶部相通；电化学氧化吸附反应区（7）作为Ⅱ级反应区与配水区（6）底部相通、与出水区（8）顶部相通；光声臭氧联合氧化反应区（5）内设有紫外灯（11）、臭氧曝气器（10）和Ⅰ区超声波换能器（15）；电化学氧化吸附反应区（7）内的底部设有Ⅱ区超声波换能器（18）、下部设有Ⅱ区多孔配水板（16）、上部设有Ⅱ区多孔出水板（19），两板之间夹有吸附填料（17）；所述双膜分离单元，包括第一级纳米复合超滤膜（2）和第二级纳米复合纳滤膜（3）；第一级纳米复合超滤膜（2）进水端与自吸式进水泵（20）连接，其产水出水端与第二级纳米复合纳滤膜（3）进水端连接；所述消毒灭菌单元，包括紫外灭菌器（4），紫外灭菌器（4）的顶部开有进水口，底部开有出水口；紫外灭菌器（4）顶部进水口与第二级纳米复合纳滤膜（3）淡水出水端连接，其底部出水口用于将净化后的水排出。...

【技术特征摘要】
1.一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统，其特征在于：包括光声电耦合能场多级氧化单元、双膜分离单元、消毒灭菌单元；所述光声电耦合能场多级氧化单元，包括光声电耦合能场多级氧化反应器（1），其内通过隔板分隔成依次排列的光声臭氧联合氧化反应区（5）、配水区（6）、电化学氧化吸附反应区（7）和出水区（8）；光声臭氧联合氧化反应区（5）作为Ⅰ级反应区与配水区（6）顶部相通；电化学氧化吸附反应区（7）作为Ⅱ级反应区与配水区（6）底部相通、与出水区（8）顶部相通；光声臭氧联合氧化反应区（5）内设有紫外灯（11）、臭氧曝气器（10）和Ⅰ区超声波换能器（15）；电化学氧化吸附反应区（7）内的底部设有Ⅱ区超声波换能器（18）、下部设有Ⅱ区多孔配水板（16）、上部设有Ⅱ区多孔出水板（19），两板之间夹有吸附填料（17）；所述双膜分离单元，包括第一级纳米复合超滤膜（2）和第二级纳米复合纳滤膜（3）；第一级纳米复合超滤膜（2）进水端与自吸式进水泵（20）连接，其产水出水端与第二级纳米复合纳滤膜（3）进水端连接；所述消毒灭菌单元，包括紫外灭菌器（4），紫外灭菌器（4）的顶部开有进水口，底部开有出水口；紫外灭菌器（4）顶部进水口与第二级纳米复合纳滤膜（3）淡水出水端连接，其底部出水口用于将净化后的水排出。2.根据权利要求1所述的一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统，其特征在于：吸附填料（17）为颗粒活性炭，其表面负载有零价铁，以吸附填料为阴极，负载的零价铁为阳极构成原电池形成微电场。3.根据权利要求1所述的一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统，其特征在于：臭氧曝气器（10）通过光声电耦合能场多级氧化反应器（1）外设有的臭氧发生器（9）提供臭氧，臭氧发生器（9）与电源连接。4.根据权利要求1所述的一种光声电耦合能场多级氧化-膜分离协同水处理系统，其特征在于：还包括用于控制Ⅰ区超声波换能器（15）和Ⅱ区超声波换能器（18）的超声波控制器（14），该超声波控制器（14）与超声波发生器（13）连接，超声波控制器（14）、超声波发生器（13）分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：武福平，骆青虎，李锡锋，张国珍，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62