一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置及其净水方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置及其净水方法，包括反应池，反应池内设有浸没式催化陶瓷膜组件，所述浸没式催化陶瓷膜组件由至少一个浸没式催化陶瓷膜组成，所述浸没式催化陶瓷膜具有集水通道，浸没式催化陶瓷膜组件的集水通道通过管道分别与出水控制系统和膜反冲洗系统并联，所述反应池内还设有搅拌系统和药剂投加系统。本发明专利技术集双重净水功能于一体，具有较高的净水效率。

A Persulfate Activated Advanced Oxidation/Immersion Catalytic Ceramic Membrane Filtration in-situ Coupling Device and Its Water Purification Method

The present invention provides a persulfate activated advanced oxidation/immersion catalytic ceramic membrane filtration in-situ coupling device and a water purification method thereof, including a reaction tank, in which an immersion catalytic ceramic membrane module is provided. The immersion catalytic ceramic membrane module is composed of at least one immersion catalytic ceramic membrane, and the immersion catalytic ceramic membrane module is composed of at least one immersion catalytic ceramic membrane. The ceramic membrane has a water collecting channel, and the water collecting channel of the immersed catalytic ceramic membrane module is connected with the water outlet control system and the membrane backwashing system respectively through the pipeline. The reactor tank is also provided with a stirring system and a reagent feeding system. The invention integrates dual water purification functions and has high water purification efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置及其净水方法
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置及其净水方法。
技术介绍
随着人口数量的增大和经济的快速发展，同时环保措施相对滞后，我国大部分地表水源均已受到不同程度的污染，在饮用水中已经发现了种类众多的对人体有毒害的微量有机污染物，如致癌、致畸、致突变物质等和氯化消毒副产物等。与此同时，为保证广大居民的饮用水卫生、安全，我国的饮用水水质标准也不断提高。在这种背景下，传统的“混凝—沉淀—过滤”水处理工艺已不能满足制备优质饮用水的要求。过硫酸盐活化高级氧化技术对于去除水中难降解有机污染物极为有效，过硫酸盐在催化剂的作用下能够产生具有超强氧化能力的自由基，可以有效氧化分解水中微量有毒有机污染物。过硫酸盐催化氧化主要有均相和非均相催化氧化两种形式。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。同时，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。但是，不论是均相还是非均相催化过程，催化剂回收再利用都是不可避免的问题。这个问题提高了净水成本，制约了工艺的推广应用。近年来，随着无机陶瓷膜制备技术的日趋成熟、低成本陶瓷膜材料的快速发展，陶瓷膜在饮用水处理中的应用受到了越来越广泛的关注，并表现出良好的前景。而且，陶瓷膜具有优异的物化稳定性，可耐强烈的化学氧化条件，是一种优良的高级氧化催化剂载体。因此，将催化剂负载于陶瓷膜之上，构建过硫酸盐催化氧化和陶瓷膜过滤原位耦合体系，不仅可以解决传统水处理工艺对微量难降解有机物去除效率低的典型问题，同时也能够解决过硫酸盐高级氧化技术中催化剂回收难的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置及其净水方法，集双重净水功能于一体，具有较高的净水效率。本专利技术过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置，包括反应池，反应池内设有浸没式催化陶瓷膜组件，所述浸没式催化陶瓷膜组件由至少一个浸没式催化陶瓷膜具组成，所述浸没式催化陶瓷膜具有集水通道，浸没式催化陶瓷膜组件的集水通道通过管道分别与出水控制系统和膜反冲洗系统并联，所述反应池内还设有搅拌系统和药剂投加系统。其中，所述浸没式催化陶瓷膜选自中空纤维型催化陶瓷膜或平板型催化陶瓷膜；所用陶瓷膜基体材料为Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、SiC中的一种或几种，陶瓷膜中催化剂为CuO、Fe2O3、Co3O4、MnO2、Fe3O4、RuO2金属氧化物纳米颗粒中的一种或几种，陶瓷膜中催化剂颗粒可以择一或优选同时负载于陶瓷膜表面和孔道内部，陶瓷膜的膜孔径大小为0.01μm～1μm。所述浸没式催化陶瓷膜组件的浸没式催化陶瓷膜优选在反应池内呈环形均布，并与池壁之间留出0.1～1.0m的间隔。其中，所述出水控制系统包括顺序连接的出水阀门和抽吸泵，所述膜反冲洗系统包括顺序连接的反冲洗阀门和反冲洗管路。当浸没式催化陶瓷膜组件正常运行时反冲洗阀门关闭，而出水阀门开启，抽吸泵将滤后水抽出；当对浸没式催化陶瓷膜组件进行反冲洗时出水阀门和抽吸泵关闭，反冲洗阀门开启，经由反冲洗管路对浸没式催化陶瓷膜组件进行反向冲洗。进一步，所述浸没式催化陶瓷膜组件与出水控制系统和膜反冲洗系统连接的管道上设有真空表，用于检测真空度，并可以进行信号反馈，可以另行设置控制处理终端通过反馈信号分别对出水阀门和反冲洗阀门进行控制。其中，装置中还设有进水控制系统，包括水箱、水泵、液位计，所述液位计置于反应池内，并与所述水泵信号连接，所述水泵通过管道分别与水箱和反应池的进水口连通。液位计检测液位信号并通过信号反馈控制水泵的运行，使得水箱中的水能够通过自动控制进入反应池内，保持反应池内的处理水量稳定在一定范围。进一步，所述进水控制系统前还设有预过滤系统，为砂滤池、活性炭滤池、曝气生物滤池、膜生物反应器、活性棉、微滤中的一种或多种，用于对水体进行适当的预过滤，然后进入水箱储存。其中，所述药剂投加系统包括多根投药管，安装于催化反应池的中下部，投药管在安装深度和平面位置上均呈交错布置，可以连续投加或分时段定时向催化反应池内投加药剂。其中，所述搅拌系统包括多个搅拌器，搅拌器优选地布置于浸没式催化陶瓷膜组件周围，有利于促进陶瓷膜过滤。所述搅拌器上设置至少两层叶片，叶片外径自上而下递增，叶片位置优选分布于浸没式催化陶瓷膜组件的中部和下部。其中，装置中还设有曝气系统，曝气系统包括设于反应池内下部的至少一组穿孔曝气管，所述穿孔曝气管连接有气体流量计和空气泵。采用上述装置进行净水处理的方法，包括下述步骤：将待处理水送入反应池，由药剂投加系统向反应池内投加药剂，同时开启搅拌系统和曝气系统(若有)，过滤后的水进入浸没式催化陶瓷膜组件中浸没式催化陶瓷膜的集水通道内，并通过出水控制系统抽出。其中，所述药剂为过硫酸盐，包括过一硫酸钾、过一硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种组合，投加量与进水中有机物含量的比值为2～10:1(以质量浓度计算)。其中，所述浸没式催化陶瓷膜的通量在5～50L/m2·h范围内。其中，所述出水控制系统控制浸没式催化陶瓷膜内抽吸压力为10～50kPa，当抽吸泵前真空表负压高于50kPa时，关闭出水控制系统，开启反冲洗系统。本专利技术具有以下优点和积极效果：1.本专利技术将过硫酸盐活化高级氧化技术与陶瓷膜分离技术原位耦合起来，构建了同时发挥这两种净水功能的一体化装置，利用过硫酸盐活化高级氧化技术去除水中的有机污染物，利用陶瓷膜去除水中的颗粒性、胶体性污染物，有利于缩短净水工艺流程、减小占地面积和设备体积、节省净水成本。2.本专利技术将过硫酸盐活化高级氧化技术与陶瓷膜分离技术原位耦合，构建了陶瓷膜接触催化氧化反应体系，不仅能实现对水中有机污染物的高效去除，而且有助于缓解陶瓷膜的膜污染问题，提高净水效率。3.本专利技术利用CuO、Fe2O3、Co3O4、MnO2、Fe3O4、RuO2等金属氧化物纳米颗粒作为过硫酸盐活化高级氧化技术的催化剂，与臭氧、紫外等高级氧化技术相比，无需外加设备、无需外部能量输入，具有结构紧凑、设备简单、能量消耗少、便于移动和使用的优点，是一种新型高效的深度净水装置，利于操作管理和工程化应用。4.本专利技术利用陶瓷膜与过硫酸盐活化高级氧化技术进行原位耦合，与有机高分子膜相比，陶瓷膜具有更高的机械强度和更强的物化稳定性，可耐过硫酸盐活化高级氧化过程中活性自由基的氧化，具有更长的使用寿命。5.本专利技术利用陶瓷膜表面与内部孔道作为过硫酸盐金属氧化物催化剂的负载载体，充分发挥了陶瓷膜比表面积巨大的优势，有利于发挥催化剂的过硫酸盐活化效能；同时，能有效避免催化剂的流失。6.本专利技术采用搅拌与曝气相结合的方法，不仅能够使得投加的过硫酸盐得到快速扩散，更重要的是使催化反应池中的混合液体形成多向紊流，从而使得过硫酸盐与陶瓷膜外界面充分接触催化，有效提升过硫酸盐的活化效能，进而实现对水中有机污染物的高效降解。7.本专利技术所涉及的催化陶瓷膜，其膜表面和孔道内部均进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置，包括反应池(8)，反应池(8)内设有浸没式催化陶瓷膜组件(11)，所述浸没式催化陶瓷膜组件(11)由至少一个浸没式催化陶瓷膜组成，所述浸没式催化陶瓷膜具有集水通道，浸没式催化陶瓷膜组件(11)的集水通道通过管道分别与出水控制系统和膜反冲洗系统并联，所述反应池(8)内还设有搅拌系统和药剂投加系统(9)。

【技术特征摘要】
1.一种过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置，包括反应池(8)，反应池(8)内设有浸没式催化陶瓷膜组件(11)，所述浸没式催化陶瓷膜组件(11)由至少一个浸没式催化陶瓷膜组成，所述浸没式催化陶瓷膜具有集水通道，浸没式催化陶瓷膜组件(11)的集水通道通过管道分别与出水控制系统和膜反冲洗系统并联，所述反应池(8)内还设有搅拌系统和药剂投加系统(9)。2.根据权利要求1所述的过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置，其特征在于，所述浸没式催化陶瓷膜选自中空纤维型催化陶瓷膜或平板型催化陶瓷膜；所用陶瓷膜基体材料为Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、SiC中的一种或几种，陶瓷膜中催化剂为CuO、Fe2O3、Co3O4、MnO2、Fe3O4、RuO2金属氧化物纳米颗粒中的一种或几种，陶瓷膜中催化剂颗粒择一或同时负载于陶瓷膜表面和孔道内部，陶瓷膜的膜孔径大小为0.01μm～1μm；所述浸没式催化陶瓷膜组件(11)的浸没式催化陶瓷膜在反应池(8)内呈环形均布，并与池壁之间留出0.1～1.0m的间隔。3.根据权利要求1所述的过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置，其特征在于，所述出水控制系统包括顺序连接的出水阀门(16)和抽吸泵(17)，所述膜反冲洗系统包括顺序连接的反冲洗阀门(18)和反冲洗管路(19)；所述浸没式催化陶瓷膜组件(11)与出水控制系统和膜反冲洗系统连接的管道上设有真空表(15)，通过反馈信号分别对出水阀门(16)和反冲洗阀门(18)进行控制。4.根据权利要求1所述的过硫酸盐活化高级氧化/浸没式催化陶瓷膜过滤原位耦合装置，其特征在于，装置中还设有进水控制系统，包括水箱(5)、水泵(6)、液位计(7)，所述液位计(7)置于反应池(8)内，并与所述水泵(6)信号连接，所述水泵(6)通过管道分别与水箱(5)和反应池(8)的进水口连通；液位计(7)检测液位信号并通过信号反...

【专利技术属性】
技术研发人员：田家宇，王松雪，高珊珊，任芝军，张彦平，佟利辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12