一种平板陶瓷膜催化氧化装置及处理生物难降解废水的工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种平板陶瓷膜催化氧化装置及处理生物难降解废水的工艺，涉及废水处理技术领域。本发明专利技术平板陶瓷膜催化氧化装置是由平板陶瓷膜催化氧化装置、臭氧发生器、进水装置、自动加药器、射流器以及尾气破坏装置构成，其中进水装置由储水罐、水泵构成，平板陶瓷膜催化氧化装置底部设置有排泥口，内部设置有若干倾斜放置的平板陶瓷膜催化剂组件。其中平板陶瓷膜催化氧化装置一侧底部设置有进水口，顶部分别连接有出水泵和所述尾气破坏装置。利用本发明专利技术的催化氧化装置对废水进行处理能够提高有机污染物的降解效率，同时增大了臭氧和过硫酸盐的利用率，减少了用地面积，有效避免废水处理过程中催化剂板结、堵塞的问题。堵塞的问题。堵塞的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种平板陶瓷膜催化氧化装置及处理生物难降解废水的工艺


[0001]本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种平板陶瓷膜催化氧化装置及处理生物难降解废水的工艺。

技术介绍

[0002]臭氧催化氧化是一种高级氧化技术，可用于去除废水中有毒的和难降解的有机污染物，在此过程中除了借助臭氧直接氧化有机污染物的能力，还会通过催化剂分解臭氧产生具有高氧化电位的活性氧，如羟基自由基、超氧基自由基等，对废水中有机污染物进行分解、矿化。过渡金属及其氧化物通常被用作臭氧催化氧化的催化剂，然而它们通常以粉末的形式被合成和利用，不利于回收利用。因此将金属或金属氧化物负载在成型的载体上方便其回收利用，并且还可以依靠载体本身的大比表面积为污染物的降解提供反应空间。常用的催化剂载体有活性炭、分子筛、氧化铝小球等，在实际的使用过程中由于其自身的堆积效应容易受水中沉淀和絮状物的影响，造成催化剂床层的堵塞、板结，导致催化剂失活。
[0003]近几年，基于硫酸根自由基的高级氧化技术也得到了广泛的关注，相比于羟基自由基，硫酸根自由基具有更高的氧化电位、更长的半衰期和更好的稳定性。目前，活化过硫酸盐是产生硫酸根自由基的主要方式，其活化方式包括利用光、热、电、超声、过渡金属及其氧化物等破坏过硫酸盐的过氧键结构，从而产生硫酸根自由基。此外，过硫酸盐分为过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)，其中过一硫酸盐由于具有不对称的结构更容易被活化，并且已有研究表明臭氧也能使过一硫酸盐的过氧键断裂来产生硫酸根自由基，达到对水中有机污染物的降解效果。过渡金属及其氧化物作为活化过硫酸盐的催化剂也由于其低成本、可回收的优点得到了充分的发展。然而该技术也有着不足之处，比如硫酸根自由基的氧化速率比羟基自由基低、成本略高，需要与其他高级氧化技术相结合才能发挥更好的协同作用。
[0004]基于臭氧和基于过硫酸盐的高级氧化技术的耦合被认为是一种有前途的协同水处理工艺。一方面，由于羟基自由基和硫酸根自由基对有机污染物的攻击方式不同，可以相互弥补对方的不足，对有机污染物的降解更具广普性；另一方面能够增强抗水基质干扰的能力，受水质影响较小。但两种氧化技术的结合仍然存在着氧化剂利用率低的缺点，而过渡金属氧化物在催化臭氧和活化过硫酸盐方面都有着不俗的表现，因此有望通过一种或几种金属氧化物来共同催化臭氧和过硫酸盐以期提高臭氧和过硫酸盐的利用率，实现对难降解废水的高效降解。
[0005]膜分离技术凭借其运行成本低、工艺操作灵活、占地面积小、系统模块化、出水质量高等优点，在水处理和废水处理中得到了广泛的应用。目前，膜分离技术在水处理中主要采用聚合物膜，对颗粒和有机物的分离效果较好，然而其较低的机械强度和较短的使用寿命也限制了聚合物膜的发展。此外，陶瓷膜具有优异的化学、机械和热稳定性，容易在其表面进行改性处理，在膜分离领域也得到了越来越多的重视。然而膜分离技术作为一种物理分离手段仅仅是对水中的污染物进行分离处理，无法实现对污染物的彻底去除，因此也常
伴随膜污染的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种平板陶瓷膜催化氧化装置，该装置能够提高臭氧和过硫酸盐的利用效率，同时减缓膜污染，避免废水处理中催化剂堵塞的问题，并且占地面积小，具有成本效益。
[0007]本专利技术所述平板陶瓷膜催化氧化装置是由平板陶瓷膜催化氧化装置、臭氧发生器、进水装置、自动加药器、射流器以及尾气破坏装置构成，所述进水装置由储水罐、水泵构成，所述平板陶瓷膜催化氧化装置底部设置有排泥口，内部设置有若干倾斜放置的平板陶瓷膜催化剂组件，所述平板陶瓷膜催化氧化装置一侧底部设置有进水口，顶部分别连接有水泵和所述尾气破坏装置。
[0008]优选地，本专利技术所述平板陶瓷膜催化剂组件为通过原位沉淀法在陶瓷膜表面负载有1wt％～5wt％的钙钛矿型催化剂，所述平板陶瓷膜的孔径为0.1～10μm，包括若干陶瓷孔道，孔道内径为1～3mm。
[0009]更优选地，所述钙钛矿型催化剂中的A位金属为镁、铈、钙、镧中的一种或几种，B位金属为锰、钴、锆、铁中的一种或几种。
[0010]优选地，本专利技术所述平板陶瓷膜催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0011](1)配置A位金属与B位金属的混合硝酸盐溶液，之后配置尿素溶液，将两种溶液混合并搅拌均匀得到前驱体溶液；
[0012](2)将平板陶瓷膜放入前驱体溶液中，在70～85℃的温度下恒温2～4小时，使前驱体负载在平板陶瓷膜的表面，之后用清水洗涤并烘干；
[0013](3)在空气气氛中，500～700℃的温度下焙烧3～6小时制得平板陶瓷膜钙钛矿型催化剂。
[0014]优选地，步骤(1)中A位金属与B位金属的物质的量之比为0.8～1.2，尿素与金属离子的物质的量之比为4～10。
[0015]本专利技术还提供了一种处理生物难降解废水的工艺，包括以下步骤：
[0016]1)提供所述的平板陶瓷膜催化氧化装置；
[0017]2)通过水泵将储水罐中待处理废水与臭氧发生器产生的臭氧以及自动加药器输送的过硫酸盐经过射流器预混合后切向输送至平板陶瓷膜催化氧化装置，使得废水在一定的切向流速下从底部进入平板陶瓷膜催化氧化装置做旋流流动，有效提高了臭氧和过硫酸盐对废水的初步降解效率，同时实现悬浮物的沉降分离；
[0018]3)废水向上流动进入陶瓷膜催化剂组件，然后与陶瓷膜催化剂充分接触，陶瓷膜催化剂通过负压自吸的方式对废水进行过滤分离，同时利用陶瓷膜催化剂对臭氧与过硫酸盐的协同催化作用产生羟基自由基和硫酸根自由基以深度降解废水中有机污染物，经陶瓷膜催化剂分离降解之后的水由水泵排出装置；所剩的悬浮物进一步被倾斜放置的陶瓷膜催化剂组件分离而下沉，并经排泥口排出装置；所述平板陶瓷膜催化氧化装置内未被利用的臭氧气体通过装置顶部的尾气破坏装置加以破坏。
[0019]优选地，所述平板陶瓷膜催化剂组件的倾斜角度为45～75
°
，间距2cm。使得所述催化剂组件不但发挥催化剂的功能，而且利用“浅层沉降”原理，具备斜板沉淀的功能，平板陶
瓷膜催化剂的倾斜能够避免悬浮物在陶瓷膜催化剂上的附着，减缓膜污染。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术所述难降解废水处理工艺实现了基于臭氧和过硫酸盐的高级氧化技术与膜分离技术的有机结合，利用臭氧与过硫酸盐的相互活化以及陶瓷膜催化剂对两种氧化剂的协同催化作用产生大量的高氧化性自由基，在陶瓷膜催化剂对难降解废水进行分离的同时对废水中的有机污染物达到了高效降解矿化。充分发挥了陶瓷膜催化剂的分离与催化作用，极大的提高了废水的处理效率，进一步增加了臭氧和过硫酸盐的利用率，使难降解废水处理的工艺流程更加集成化和一体化，减少了用地面积。并且有利于废水所含悬浮物的沉降，有利于减缓膜污染，能够有效避免废水处理过程中催化剂板结、堵塞的问题。
附图说明
[0022]图1为本专利技术平板陶瓷膜催化氧化装置结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平板陶瓷膜催化氧化装置，其特征在于，由平板陶瓷膜催化氧化装置(5)、臭氧发生器(1)、进水装置、自动加药器(3)、射流器(4)以及尾气破坏装置(11)构成，所述进水装置由储水罐(2)、水泵(7)构成，所述平板陶瓷膜催化氧化装置(5)底部设置有排泥口(10)，内部设置有若干倾斜放置的平板陶瓷膜催化剂组件(6)，所述平板陶瓷膜催化氧化装置(5)一侧底部设置有进水口(9)，顶部分别连接有出水泵(8)和所述尾气破坏装置(11)。2.根据权利要求1所述平板陶瓷膜催化氧化装置，其特征在于，所述平板陶瓷膜催化剂组件(6)为通过原位沉淀法在陶瓷膜表面负载有1wt％～5wt％的钙钛矿型催化剂，所述平板陶瓷膜的孔径为0.1～10μm，包括若干陶瓷孔道，孔道内径为1～3mm。3.根据权利要求2所述平板陶瓷膜催化氧化装置，其特征在于，所述钙钛矿型催化剂中的A位金属为镁、铈、钙、镧中的一种或几种，B位金属为锰、钴、锆、铁中的一种或几种。4.根据权利要求3所述平板陶瓷膜催化氧化装置，其特征在于，所述平板陶瓷膜催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)配置A位金属与B位金属的混合硝酸盐溶液，之后配置尿素溶液，将两种溶液混合并搅拌均匀得到前驱体溶液；(2)将平板陶瓷膜放入前驱体溶液中，在70～85℃的温度下恒温2～4小时，使前驱体负载在平板陶瓷膜的表面，之后用清水洗涤并烘干；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏本生，叔新鹏，吴佳鑫，周小华，王晓燕，刘广青，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：