申请日2011.11.09
公开(公告)日2013.07.24
IPC分类号C02F101/30; C02F9/12
摘要
本发明公开了一种多元多相膜技术处理难降解有机废水的方法，该方法的处理工艺是，首先采用蒙脱土为载体，通过离子交换法负载Fe离子用于催化Fenton反应处理高浓度难降解有机废水，再利用超声的空化效应、自由基效应以及机械效应强化光催化的催化效能，实现超声和光催化对水中有机污染物的协同降解，从而提高有机污染物的降解效率，最后通过膜分离技术过滤。本发明方法处理效果稳定可靠，COD的去除率可达90%以上。
权利要求书
1.一种多元多相膜技术处理难降解有机废水的方法，其特征在于，将废 水依次经过负载催化剂反应区、超声—紫外光催化反应区及膜分离过滤单元进 行处理，每个处理区的具体工艺条件如下:
1)负载催化剂反应区：该区采用的装置内装催化剂，下部设有曝气装置， 下部外侧经蠕动泵连接H2O2池，装置内上部有浸没式膜组件及入水口，浸没 式膜组件经蠕动泵连接出水口;该区采用非均相催化Fenton反应，将活性组 分Fe离子固定在载体蒙脱土表层再和H2O2进行Fenton反应，其中，催化剂 运用传统工艺制备，其Fe离子与蒙脱土的质量比为1：8;催化剂与H2O2的 用量质量比为1：2—3，其试剂的用量范围为12—16ml/L，该反应区适应于 pH值为4.5—7.5的废水处理;
2)超声—紫外光催化反应区：该区安装有超声—紫外光催化反应器，其 由超声反应器、固定型光催化剂和紫外光源组成，固定型光催化剂在超声反应 器中构成固定床或流通池，其中，超声反应器工作频率是:20—110KHz，紫外 线的剂量为1000mJ/cm2以上，固定型光催化剂的用量为0.05—0.3g/m3;
3)膜分离过滤单元：该单元采用的装置装有膜组件，下部设有曝气装置， 膜组件下左侧经蠕动泵连接入水口，右侧连接浓缩液出口;膜组件上左侧经反 冲洗管道连接冲洗水箱，右侧连接净化液出口;该单元滤膜采用浸没式超滤膜， 材质为PVDF，孔径0.01μm。
2.根据权利要求1所述多元多相膜技术处理难降解有机废水的方法，其特 征在于，所述在超声—紫外光催化反应区，采用的固定型光催化剂为固体纳米 二氧化钛，其载体是砂子、玻璃板或环形管内壁。
说明书
一种多元多相膜技术处理难降解有机废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种多元多相膜技术处理难降 解有机废水的方法。
背景技术
据测算，当今世界人类财富的50%来源于化学品，然而化学品给人类带来 福音的同时也会在生产过程中产生大量的有机污染物。我国现已成为世界上染 料、农药和医药等生产大国，这些企业的生产废水含有大量有毒有害和生物难 降解的有机污染物，这些污染物大都结构复杂、毒性高、半衰期长，并且能够 持久的存在于环境中，通过食物网积累，对人类的健康及环境造成不利影响。
高级氧化技术是利用氧化性极强的自由基，尤其是羟基自由基(氧化电位 2.80V，仅次于氟2.87V)氧化分解水中的有机污染物，对水中有毒有害和难 降解的有机污染物尤为有效，并且具有反应速度快、操作简单及易于设备化管 理等优点，已逐渐成为水处理技术研究的热点。
目前，已有许多研究成果证实了高级氧化技术在水处理中的实用性，并显 示了广泛的应用前景。根据自由基产生方式的不同，高级氧化技术主要分为 Fenton法、O3氧化法、湿式催化氧化技术、超临界水氧化、光催化氧化法、 电化学催化法及超声降解法等。
为了克服传统Fenton催化氧化法反应完毕后产生大量含铁污泥的缺点以 及避免催化剂的流失，一种常用的方法是将催化性能最强的铁离子负载到不同 的载体上，在保持其催化活性的同时获得固-液分离能力，避免二次污染。因 此，人们开始大量研究负载型催化剂。而合适的催化剂载体不但可以增加多相 催化剂反应的接触面积，增强催化剂的疏水性和化学稳定性，并且可以延长催 化剂的使用寿命。
超声-光催化氧化复合工艺的作用机理是基于超声的空化效应、自由基效 应以及机械效应对光催化过程的影响。超声空化效应产生的高温高压为超声- 光催化氧化降解创造了一个极端的物理化学环境。同时，高温高压引发的自由 基反应，增加了溶液中自由基的浓度，促进了有机污染物的破坏降解。引入超 声后，其在光催化剂微粒表面产生强烈的微射流，可以解聚和分散光催化剂， 使光催化剂活性表面及催化位点更多地暴露出来，提高光催化剂的功能活性。 此外，微射流还可以提高水中反应物向光催化剂表面以及反应产物向水相的传 质速率，从而达到提高降解效率的目的。因此，在超声-光催化复合工艺中， 超声不仅可以氧化有机污染物，而且对光催化氧化具有明显的促进作用，即超 声-光催化氧化实现了超声和光催化降解的协同作用而非两者的简单数学叠 加。
膜分离技术是一种借助外界能量或化学位的推动，以选择性透过膜为分离 介质，对两组分或多组分气体或液体进行分离的技术。与传统分离方法(蒸发、 萃取或离子交换等)相比，它能够在常温下操作，没有相变。在化工、轻工、 电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。
但至今为止，尚未见有利用负载催化剂、超声-紫外光催化氧化协同方法 与膜分离技术相结合进行处理废水的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用负载催化剂、超声-紫外光催 化氧化协同方法与膜分离技术相结合的废水处理方法，能有效处理多种高浓度 有机废水，使处理后的废水COD去除率高。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明多元多相膜技术处理难降解有机废水的方法，它的操作步骤是，将 废水依次经过负载催化剂反应区、超声-紫外光催化反应区及膜分离过滤单元 进行处理，每个处理区的具体工艺条件如下：
1)负载催化剂反应区：该区采用非均相催化Fenton反应，将活性组分Fe 离子固定在载体蒙脱土表层再和H2O2进行Fenton反应，其中催化剂与H2O2的用量质量比为1∶2-3，其试剂的用量范围为12-16ml/L，该反应区适应 于pH值为2-10的废水处理;
2)超声-紫外光催化反应区：该区安装有超声-紫外光催化反应器，其 由超声反应器、固定型光催化剂和紫外光源组成，固定型光催化剂在超声反应 器中构成固定床或流通池，其中，超声反应器工作频率是：20-110KHz，紫外 线的剂量为1000mJ/cm2以上，固定型光催化剂的用量为0.05-0.3g/m3;
3)膜分离过滤单元：该单元滤膜采用浸没式超滤膜，材质为PVDF，孔径 0.01μm。
所述的负载催化剂反应区优选适应于处理pH值为4.5-7.5的废水。
所述在超声-紫外光催化反应区，采用的固定型光催化剂为固体纳米二氧 化钛，其载体是砂子、玻璃板或环形管内壁。
本发明方法与现有技术相比，具有以下优点：
本发明方法结合了负载非均相催化Fenton反应、超声波空化处理、光化 学协同氧化还原反应及膜分离技术等技术，将传统的利用芬顿试剂处理废水的 技术做了大幅度改良，有效降低了芬顿试剂的用量，同时极大减少了化学污泥 的产生，能高效处理难降解的高浓度有机废水，处理后的废水COD去除率达 90%以上。