陶瓷催化膜原位活化空气微纳米气泡污水处理系统及含有机污染物废水的处理方法技术方案

本发明专利技术提供了一种含有机污染物废水的处理方法，该方法利用催化膜原位活化废水中的空气微纳米气泡，进而氧化降解去除有机污染物

【技术实现步骤摘要】
陶瓷催化膜原位活化空气微纳米气泡污水处理系统及含有机污染物废水的处理方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种陶瓷催化膜原位活化空气微纳米气泡污水处理系统及含有机污染物废水的处理方法
。

技术介绍

[0002]工业的迅速发展极大的方便了人们的生活，但是随之产生大量的工业废水被排放到环境中，导致水污染状况不容乐观
。
工业废水具有成分复杂
、
难降解
、
色度深
、COD
高等特点，其中大多数污染物对生物具有致癌
、
致畸以及致突变的影响，能够直接威胁到生态系统的稳定和人类健康
。
采用传统的“生化处理
‑
膜过滤”水处理工艺会产生大量膜浓缩液，如不妥善处理会造成二次污染，同时膜过滤过程中的膜污染问题也限制了工艺的实际应用
。
为了保证工业废水达标排放或回用以及膜过滤中存在的问题，需要进一步开发新型水处理方法
。
[0003]高级氧化工艺
(AOP)
主要包括光催化氧化
、
芬顿氧化
、
电催化氧化
、
催化湿式氧化
、
臭氧化和过硫酸盐氧化等
。
高级氧化工艺中，在外界辅助条件下，将一些氧化剂
(
臭氧
、
光能
、
过氧化氢以及过硫酸盐等
)
经过催化生成高活性的自由基，例如
O2·
‑
、
·
OH、SO4·
‑
等，这些活性自由基可以对有机物进行高效的降解，从而实现水净化
。
该工艺绿色环保，可将污染物完全矿化为二氧化碳，水和无机离子或形成无毒且可生物降解的小分子，不产生二次污染
。
[0004]目前，过渡固体金属氧化物
(Mn
‑
、Fe
‑
、Co
‑
、Cu
‑
基
)
纳米催化剂已经被广泛应用于
AOPs
，并取得良好的效果，例如中国专利
CN106830283A。
然而，这些纳米催化剂由于在多相反应中，悬浮在溶液中，废水处理后，需要额外的能量通过离心或过滤将催化剂从废水中分离出来，这提高了处理成本
。
[0005]除了高级氧化工艺可大量产生自由基去除污染物，近二十年兴起的微纳米气泡技术同样通过产生
·
OH
自由基，以去除水中污染物
。
微纳米气泡是指气泡发生时在
10
微米到几十纳米之间的气泡，由于气泡直径小，通常具有常规气泡不具备的物理和化学性质，例如比表面积大
、
在水中上升速度慢
、
停留时间长以及破裂时产生的羟基自由基
(
·
OH)
等，这些特性使得微纳米气泡技术在水处理领域应用广泛
。
据文献中介绍
(Journal of Physical Chemistry B.2007,111(39),11443
‑
11446)
当微纳米气泡破裂时，气泡收缩时，由于气液界面附近积聚的离子聚集，促使气泡表面的电位急剧增加，在界面塌陷处形成反应中心，通过释放界面上聚集的化学能产生
·
OH
，从而具有氧化能力
。
但是，直径较小的微纳米气泡会在水中长期稳定存在，在一定时间内破碎的数量较少，因此产生的
·
OH
较少，对水中污染物的去除能力有限
。
目前，可以通过活化的方式来提高空气微纳米气泡产生自由基的数量，主要包括溶液低
pH
值
、
均相催化
、
采用臭氧气源等，但每种方法均有一定的缺陷，在实际应用中将会增大废水处理的成本
。
[0006]近年来，随着无机陶瓷膜制备技术的成熟
、
低成本陶瓷膜材料的快速发展，陶瓷膜
在污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
。
陶瓷膜具有机械强度高
、
热稳定性和化学稳定性高
、
可耐强烈的化学氧化条件
、
耐酸碱腐蚀以及在极端条件下稳定运行等突出特点，因此，可作为一些催化剂载体
。
目前，微纳米气泡技术与陶瓷膜的结合主要集中在臭氧催化领域，将臭氧作为气源，产生臭氧微纳米气泡，增大臭氧与臭氧催化剂的接触来提高臭氧催化氧化的效率
。
还可以将微纳米气泡作为清洗膜污染的一种方式来利用，但该方法并未完全发挥微纳米气泡的氧化特性
。
[0007]因此，还需进一步提高微纳米气泡技术用于处理有机废水的处理效果及处理效率，进一步满足人们生产及生活的需求
。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术中提供了一种含有机污染物废水的处理方法，所述方法利用二氧化锰表面改性氧化铝陶瓷膜制备得到催化膜，赋予陶瓷膜催化活化性能，使催化膜对空气微纳米气泡进行催化，构建催化陶瓷膜原位活化空气微纳米气泡体系，不仅可以改善空气微纳米气泡的活性物种产生数量，达到提升污染物去除效率的目的，同时也缓解了传统水处理工艺中膜浓缩液的产生以及膜污染问题，并且也避免了催化活化过程中催化剂回收困难的问题，从而完成本专利技术
。
[0009]本专利技术的目的在于提供一种含有机污染物废水的处理方法，所述方法利用催化膜原位活化废水中的空气微纳米气泡，进而氧化降解去除有机污染物
。
[0010]所述有机污染物为能够被羟基自由基氧化的有机物，优选地，所述有机污染物选自吩噻嗪类有机物中的一种或几种，优选为吩噻嗪或具有氨基类取代基的吩噻嗪类有机物，更优选为吩噻嗪或具有二甲氨基取代基的吩噻嗪类有机物
。
[0011]所述催化膜为片状二氧化锰表面改性的氧化铝陶瓷膜，通过氧化铝陶瓷膜与前驱体溶液进行水热反应进行制备，所述前驱体溶液为含有高锰酸钾和二价锰盐的水溶液
。
[0012]所述催化膜通过包括以下步骤的方法制备得到：
[0013]步骤
1、
对氧化铝陶瓷膜进行预处理；
[0014]步骤
2、
将预处理后的氧化铝陶瓷膜置于前驱体溶液中进行水热反应，得到陶瓷膜Ⅰ；
[0015]步骤
3、
煅烧陶瓷膜Ⅰ，得到催化膜
。
[0016]本专利技术的目的还在于提供一种陶瓷催化膜原位活化空气微纳米气泡污水处理系统，所述系统包括催化陶瓷膜组件
、
废水槽
、
微纳米气泡发生器
、
曝气头
、
控温铜管
、
净水池
、
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含有机污染物废水的处理方法，所述方法利用催化膜原位活化废水中的空气微纳米气泡，进而氧化降解去除有机污染物
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机污染物为能够被羟基自由基氧化的有机物，优选地，所述有机污染物选自吩噻嗪类有机物中的一种或几种，优选为吩噻嗪或具有氨基类取代基的吩噻嗪类有机物，更优选为吩噻嗪或具有二甲氨基取代基的吩噻嗪类有机物
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化膜为片状二氧化锰表面改性的氧化铝陶瓷膜，通过氧化铝陶瓷膜与前驱体溶液进行水热反应进行制备，所述前驱体溶液为含有高锰酸钾和二价锰盐的水溶液
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述催化膜通过包括以下步骤的方法制备得到：步骤
1、
对氧化铝陶瓷膜进行预处理；步骤
2、
将预处理后的氧化铝陶瓷膜置于前驱体溶液中进行水热反应，得到陶瓷膜Ⅰ；步骤
3、
煅烧陶瓷膜Ⅰ，得到催化膜
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述预处理包括水洗
、
碱洗和酸洗，酸洗后经去离子洗至中性后烘干
。6.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述前驱体溶液包含
KMnO4和二价锰盐；所述二价锰盐为水溶性二价锰盐，优选为硫酸锰和
/
或二氯化锰，更优选为硫酸锰；前驱体溶液中，所述二价锰盐的浓度为
1.5
‑
8g/L
，优选为
2.0
‑
6g/L
，更优选为
2.5
‑
4.5g/L
；所述
KMnO4的浓度为4‑
16g/L
，优选为6‑
14g/L
，更优选为8‑
12g/L
；所述水热反应温度为
110
‑
190℃
，优选为
120
‑
170℃
，更优选为
130
‑
150℃。7.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述煅烧温度为
300
‑
600℃
，优选为
350
‑
550℃
，更优选为
400
‑
500℃
；所述煅烧为在空气气氛中进行
。8.
根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述含有机污染物废水中，有机污染物的浓度为
10
‑
80...

【专利技术属性】
技术研发人员：余江，段雅龙，任平，张茹霞，韩鹏飞，刘敏，施王军，汪杰，
申请(专利权)人：安庆北化大科技园有限公司，
类型：发明
国别省市：