申请日2017.10.19
公开(公告)日2018.02.27
IPC分类号C02F9/08; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法和装置，将待处理废水和臭氧通过PVDF/ZnO压电超滤膜，PVDF/ZnO压电超滤膜与交流电源连接，以抽真空的形式来提供跨膜压力，同时打开设置在PVDF/ZnO压电超滤膜两侧的紫外灯;废水经过PVDF/ZnO压电超滤膜的过滤作用，以及臭氧氧化、紫外辐射、光催化的氧化作用最终得以净化，PVDF/ZnO压电超滤膜在交流电源作用下，实现自清洁作用;该方法克服膜过滤技术不能有效去除小分子污染物以及高级氧化技术不能有效氧化大分子污染物的问题，两种技术有机耦合，优势互补，同时还利用PVDF/ZnO压电超滤膜的压电效应，有效的抑制膜污染。
权利要求书
1.一种PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：将待处理废水和臭氧通过PVDF/ZnO压电超滤膜，PVDF/ZnO压电超滤膜与交流电源连接，以抽真空的形式来提供跨膜压力，同时打开设置在PVDF/ZnO压电超滤膜两侧的紫外灯;废水经过PVDF/ZnO压电超滤膜的过滤作用，以及臭氧氧化、紫外辐射、光催化的氧化作用最终得以净化，PVDF/ZnO压电超滤膜在交流电源作用下，发生原位高频振动，附着在滤膜上的污染物随着滤膜的原位振动远离滤膜，实现自清洁作用。
2.根据权利要求1所述的PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：与PVDF/ZnO压电超滤膜连接的交流电源的电压为10~60V，交流电源频率为50~500HZ。
3.根据权利要求1所述的PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：通过抽真空提供的跨膜压力为150~600KPa。
4.根据权利要求1所述的PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：紫外灯波长为200~400nm，通入的臭氧浓度为2~8 g/(L·h)。
5.根据权利要求1所述的PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：PVDF/ZnO压电超滤膜是利用纳米ZnO和PVDF粉末通过相转化法制备得到PVDF/ZnO超滤膜，然后在真空条件下直流高压极化处理制备而得，其中PVDF粉末与纳米ZnO的质量比为0.5~4:1，其中PVDF粉末与纳米ZnO总质量占铸膜液总质量的15%~35%。
6.根据权利要求5所述的PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：直流高压极化中极化电压为6~25 KV，极化时间为30~150min，极化温度为25~60℃。
7.根据权利要求5所述的PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，其特征在于：PVDF/ZnO压电超滤膜厚度为150 ~1000μm。
8.完成权利要求1所述PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法的装置，其特征在于：包括进水管(1)、缓冲箱(2)、前端缓冲管(3)、PVDF/ZnO压电超滤膜(10)、交流电源(13)、后端缓冲管(16)、储水箱(19);进水管(1)通过缓冲箱(2)与前端缓冲管(3)一端连接，前端缓冲管(3)另一端通过后端缓冲管(16)与储水箱(19)连接，PVDF/ZnO压电超滤膜(10)固定在前端缓冲管(3)和后端缓冲管(16)之间，PVDF/ZnO压电超滤膜与交流电源(13)连接，前端缓冲管(3)上设置臭氧通入管(4)、污泥排出管(9)，臭氧通入管(4)上设置止水阀(5)和压力表(6)，污泥排出管(9)上设置有压力表和调节阀(8)，前端缓冲管(3)内设置前端紫外灯(7)并位于PVDF/ZnO压电超滤膜一侧，后端缓冲管(16)内设置后端紫外灯(15)并位于PVDF/ZnO压电超滤膜另一侧;储水箱(19)内部设置有漏斗式导管(20)，储水箱(19)下端设置出水管(18)，出水管(18)上设置有压力表和阀门，储水箱(19)上端设置抽真空管(17)，抽真空管(17)上设置有压力表。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：本装置还包括空气通入管(12)，抽真空管(17)通过空气通入管(12)与前端缓冲管(3)连通，空气通入管(12)设置在污泥排出管(9)与PVDF/ZnO压电超滤膜(10)之间。
说明书
PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法和装置
技术领域
本发明属于深度水处理领域，具体涉及一种PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法和装置。
背景技术
随着健康意识的提升，人们对生活饮用水的安全卫生要求也越来越高，加之环保理念的增强，更加严格的污水排放标准，无论城镇污水处理，还是自来水厂处理，对排出水质的要求越来越高。混凝-沉淀-消毒这种传统的深度处理工艺已经不能满足排放要求，膜分离技术已经成为饮用水深度处理不可或缺的技术，其中，超滤膜技术作为膜分离技术，由于其能够截留水中胶体、绝大部分微生物以及分子量较高物质等优点，已成为水处理领域研究热点。
超滤是一种加压膜分离技术，其核心技术在于超滤膜，超滤膜主要通过有机材料制成，这些材料包括醋酸纤维素、聚丙烯、聚酰胺和聚砜、聚醚砜、聚四氟乙烯以及聚偏氟乙烯。由于聚偏氟乙烯(PVDF)成本低，易成膜，过滤性能好等优点使其成为超滤膜主要成膜材料，但是PVDF超滤膜用于废水的深度处理，其亲水性差，微生物以及有机物容易附着在其表面，造成不可逆的膜污染，降低了膜的通量，使得出水水质变差，这样不仅成本增高而且出水水质还不能满足人们生活所需;膜污染是制约其发展的根本问题。
膜污染是PVDF超滤膜的通病，超滤膜污染主要包括吸附污染、堵塞污染、浓差极化形成污染、凝胶层污染以及综合污染等，面对超滤膜污染，人们试图通过改善水质、反冲洗、改变亲水性，增加导电性等来解决，如CN 106110902 A通过向PVDF滤膜中加入氧化锌来增强滤膜的亲水性，同时也有抑菌作用，该方法对于膜污染有所改善，但不能防治其他污染物对滤膜造成污染，运用面局限，同时也治标不治本。
高级氧化技术也是废水深度处理中常使用的方法，为减少二次污染，加氯氧化技术慢慢被臭氧氧化技术所替代，为提高出水水质，现常常将几种高级氧化技术协同起来用于废水的深度处理，如CN105314705A将臭氧、紫外辐射以及光催化协同处理废水，虽然该方法氧化能力强，但是这些技术受进水水质影响大，若废水中微生物以及大分子有机物较多时，这些技术往往不能达到工艺要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供例了一种PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的方法，即一种利用PVDF/ZnO压电超滤膜耦合紫外辐射、臭氧氧化以及光催化等高级氧化技术深度处理废水的方法;将待处理废水和臭氧通过PVDF/ZnO压电超滤膜，PVDF/ZnO压电超滤膜与交流电源连接，以抽真空的形式来提供跨膜压力，同时打开设置在PVDF/ZnO压电超滤膜两侧的紫外灯;废水经过PVDF/ZnO压电超滤膜的过滤作用，以及臭氧氧化、紫外辐射和光催化等高级氧化技术的氧化作用最终得以净化，PVDF/ZnO压电超滤膜在交流电源作用下，发生原位高频振动，附着在滤膜上的污染物随着滤膜的原位振动远离滤膜，实现自清洁作用。
具体机理如下：PVDF/ZnO压电超滤膜用于废水深度处理时，废水中的大分子污染物被膜截留，在交流电作用下，PVDF/ZnO压电超滤膜产生逆压电效应，发生原位高频振动，附着在滤膜上的污染物随着滤膜的原位振动远离滤膜，降低滤膜污染，实现自清洁作用;同时滤膜两侧均设置紫外灯，滤膜前侧通入臭氧，臭氧在紫外线照射下，产生自由基，提高氧化能力，在膜前侧有机污染物被部分氧化，降低滤膜处理负荷;镶嵌在滤膜中的ZnO，不仅能够改变滤膜的亲水性，抑制细菌污染，而且在紫外辐射下发生光催化反应，将滤膜附近的大分子有机污染物以及附着在滤膜上的小分子有机污染物氧化;未反应完的臭氧通过滤膜，将附着在滤膜上的小分子污染物冲刷带走，在滤膜后侧紫外线辐射下，进而氧化透过滤膜的小分子有机污染物。
所述与PVDF/ZnO压电超滤膜连接的交流电源的电压为10~60V，交流电源频率为50~500HZ。
所述通过抽真空提供的跨膜压力为150~600KPa。
所述紫外灯波长在200~400nm，通入的臭氧浓度为2~8 g/(L·h)。
所述PVDF/ZnO压电超滤膜是利用纳米ZnO和PVDF粉末通过常规的相转化法制备得到PVDF/ZnO超滤膜，然后在真空条件下直流高压极化处理制备得到PVDF/ZnO压电超滤膜。
所述利用常规的相转化法制备PVDF/ZnO超滤膜时，PVDF粉末与纳米ZnO质量比为0.5~4:1，PVD粉末F与纳米ZnO总质量占铸膜液总质量的15~35%，溶剂采用NMP、DMF、DMSO以及DMAc等，萃取剂为无水乙醇。
所述PVDF/ZnO压电超滤膜厚度为150 ~1000μm。
所述直流高压极化条件如下：极化电压为6~25 KV，极化时间为30~150min，极化温度为25~60℃。
本发明另一目的是提供一种PVDF/ZnO压电超滤膜耦合高级氧化技术深度处理废水的装置，该装置包括进水管、缓冲箱、前端缓冲管、PVDF/ZnO压电超滤膜、交流电源、后端缓冲管、储水箱;进水管通过缓冲箱与前端缓冲管一端连接，前端缓冲管另一端通过后端缓冲管与储水箱连接，PVDF/ZnO压电超滤膜固定在前端缓冲管和后端缓冲管之间，PVDF/ZnO压电超滤膜与交流电源连接，前端缓冲管上设置臭氧通入管、污泥排出管，臭氧通入管上设置止水阀和压力表，污泥排出管上设置有压力表和调节阀，前端缓冲管内设置前端紫外灯并位于PVDF/ZnO压电超滤膜一侧，后端缓冲管内设置后端紫外灯并位于PVDF/ZnO压电超滤膜另一侧;储水箱内部设置有漏斗式导管，储水箱下端设置出水管，出水管上设置有压力表和阀门，储水箱上端设置抽真空管，真空管上设置有压力表。
本发明装置还包括空气通入管，抽真空管通过空气通入管与前端缓冲管连通，空气通入管设置在污泥排出管与PVDF/ZnO压电超滤膜之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、超滤能够截留大分子物质，克服高级氧化不能有效去除大分子物质的缺点，高级氧化技术能够氧化超滤无法去除的小分子难降解有机污染物，两种技术用于废水深度处理时能够有机结合，优势互补，同时臭氧氧化、紫外辐射以及光催化等氧化技术也能有效协同。
2、PVDF与纳米ZnO均为压电材料，经过极化后具备压电效应，制备成超滤膜，在外加交流电压的作用下，能够产生原位振动，减少膜污染，提高膜使用寿命，同时纳米ZnO作为光催化剂镶嵌在滤膜上，在紫外辐射作用下，发生光催化反应，氧化有机物，降低膜污染，同时提高出水水质。
3、本发明中使用的臭氧可循环利用，通入装置中的臭氧若没有反应完，经过抽真空然后再次通入到装置中，可以对滤膜进行冲刷，同时也能充分利用，既节省成本，减少二次污染，同时辅助降低膜污染。