[发明专利]一体化催化膜臭氧气体分布器、制备方法与应用

说明书

本发明属于废水处理领域，公开了一体化催化膜臭氧气体分布器、制备方法与应用。所述一体化催化膜臭氧气体分布器是以具有微米级孔道的陶瓷膜为主体，所述的陶瓷膜外表面负载有臭氧活性催化材料层。所述的催化材料层主要成分包括γ‑Al₂O₃。本发明的一体化催化膜臭氧气体分布器可以有效地用于如医药、制药、染料、石化、中间体类等行业难降解精细化工废水的深度处理，本发明将陶瓷膜同时用于可以进行臭氧曝气的臭氧分布器和催化剂载体，通过其表面的微米级别孔道实现臭氧曝气和臭氧催化，二者协同提高臭氧利用效率，从而提高废水处理效率。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种一体化催化膜臭氧气体分布器、制备方法与应用。

背景技术

医药、制药、染料、石化、中间体类等行业难降解精细化工废水处理，属于较为典型代表对难处理工业废水，因具有COD总量大、有毒物质含量高、可生化性差等问题而成为企业亟待解决的难题。

高级氧化技术(AOPs)利用产生的羟基自由基快速矿化有机污染物或提高废水的可生化性能，具有反应速度快、适应范围广、氧化能力强等诸多优势。臭氧具有极强的氧化能力，可以直接将有机物矿化为分子量较小的物质。

催化臭氧氧化是一种典型的高级氧化技术。与其他技术相比，催化臭氧氧化技术利用臭氧气体，降解有机物速度快、条件温和、不产生二次污染，具有很好的应用前景。催化臭氧氧化可分为均相及非均相催化臭氧两种形式。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，但是金属离子催化剂存在回收比较困难、催化剂容易损失和金属离子的二次污染。为了改善这一现象，通过向臭氧氧化系统中添加固态颗粒状催化剂的形式，因催化剂能够将臭氧分解为具有较强催化能力的·OH从而催化氧化水质中的有机污染物从而达到矿化有机物的目的。非均相臭氧催化剂因便于与液相分离、不会造成额外投入的活性金属离子的污染等优势在臭氧催化剂中普遍应用，相较于均相臭氧催化氧化，非均相臭氧氧化技术在现实生产过程中得到了非常广泛的应用，特别是实际工业废水的深度处理。

但是，在非均相催化臭氧过程中，仍然存在一些缺陷，比如说臭氧和废水的接触方式需要改进，即臭氧气体在臭氧氧化设备中的布气形式。臭氧在水中溶解度不高、稳定性较差，需要合适的气液接触技术以实现臭氧气体与废水的快速混合，从而保证减少传质过程中的臭氧的无效损失和释放。传统的催化臭氧氧化技术中臭氧气体布气的方式大致分为：鼓泡式、钛盘式、以及射流曝气方式，其中钛盘式由于其盘式结构孔道较小，所产生的气泡较小，其应用相对较为广泛。但是鼓泡式、钛盘式、以及射流曝气方式由于其气体分布设备孔径的开孔方式导致其仍然存在面临臭氧传质速率不够高，在臭氧氧化反应装置中仍然会容易出现液泛、乳液、泡沫、气雾夹带等问题。因此一种经济快速的气体分布方式亟待需要研究。

经检索，现有技术已有相关的申请案公开，如公开号为CN203683278U的现有技术公开了一种处理有机废水的耦合式膜臭氧催化反应装置，它包括一级预处理反应器、二级预处理反应器、膜催化主反应器、膜催化反应器监测与智能控制系统、膜清洗系统；其特征在于所述的一级预处理反应器包括：无级变速搅拌器、进出水流量计、温度计以及pH探头；二级预处理反应器包括：内含滤料石英砂的多介质过滤器；膜催化主反应器包括：活性炭处理区和催化膜组件区，此外配有真空泵、进水和进/排气系统；膜清洗系统包括：反洗泵、计量泵以及1个清水罐和2个贮药罐。将臭氧催化反应与膜分离功能相耦合，通过在无机膜的表面负载催化剂，使催化氧化反应与膜分离两个过程集成在一个单元设备中进行，更有选择性的富集与处理废水中含高分子聚合类、氯化芳香族类、多环芳烃类以及杂环类化合物等结构的难降解有机污染物，并通过膜的分离过滤，将处理后净水迅速移出体系，并在膜的原液侧富集未完全分解的高分子有机物，从而打破浓度平衡的限制，提高反应效率，在较温和的条件下获得较高的处理效果。该申请案中其主要利用膜的过滤分离及膜表面的催化作用。