[发明专利]一种处理有机农药废水的臭氧-膜电极耦合反应系统及方法

说明书

本发明涉及含有机农药废水处理技术领域，提供了一种处理有机农药废水的臭氧‑膜电极耦合反应系统，包括臭氧制备和控制部、耦合反应器和有机农药废水存储与调节部；臭氧制备和控制部与耦合反应器连接，用于产生臭氧；耦合反应器包括单阳极和双阴极组成的多组膜电极反应器，以使有机农药废水在各自独立的多组膜电极反应器中进行电化学反应，其中单阳极为管状Ti₄O₇膜电极，双阴极包括不锈钢细管阴极和不锈钢粗管阴极；有机农药废水存储与调节部与耦合反应器连接并形成循环水回路，以使有机农药废水往复处理直至达到标准要求，并通过其中的压力调节器使有机农药废水在多组膜电极反应器之间进行臭氧氧化、膜过滤和多次电极氧化的反应。

技术领域

本发明总体地涉及含有机农药废水处理领域，具体地涉及一种处理有机农药废水的臭氧-膜电极耦合反应系统及方法。

背景技术

有机农药作为防治病虫草害和调节作物生长的重要手段，在我国农业、林业、牧业等方面广泛应用。然而，大部分有机农药在水中溶解度较高，其生产和使用过程中易被排入水环境之中。其中，部分此类农药对水生生物生态毒性较高，其潜在环境风险受到了全世界的广泛关注。由于有机农药核心结构稳定，难以被生物法、混凝法、沉淀法、吸附法等常规水处理工艺有效去除。因此，研究和开发高效、经济、安全的水中有机农药去除工艺具有重要意义。

目前有机农药废水处理技术主要有生物法、混凝法、沉淀法、吸附法、臭氧氧化、电化学氧化等，现有技术的缺点在于：生物法、混凝法、沉淀法、吸附法等常规处理方法针对性不强，处理效果受水质影响大，难以有效去除水中有机农药；臭氧氧化技术能快速分解水中有机农药，但其对有机物矿化率较低，难以将草酸等小分子有机酸矿化，且氧化有机物过程中可能生成毒性更高的中间产物；电化学氧化技术对有机农药去除率和矿化率较高，但传统平板电极电化学氧化技术传质速率慢、电流利用率低、能耗较高；膜电极电化学氧化技术传质速率高、电化学电流效率高、能耗低，处理有机农药废水非常有前景，但大分子有机农药及降解副产物可能对膜电极造成污染，使膜电极使用寿命降低。

综合分析臭氧氧化、电化学氧化和膜电极电化学氧化技术：臭氧氧化和电化学氧化技术可在常温常压下产生高活性氧化自由基，具有降解有机物效率高、作用时间短等特点，被认为是去除水中有机农药的有效方法。其中，臭氧氧化技术能快速分解水中有机农药，但对有机物矿化率较低，难以将草酸等小分子有机酸矿化；电化学氧化技术对有机农药去除率和矿化率普遍较高，但传统平板电极电化学氧化技术传质速率较慢、电流效率低；膜电极电化学氧化技术可利用膜过滤强化污染物从液相向电极板表面传质，提高电化学电流效率，但大分子有机农药及降解副产物可能对膜电极造成污染，使膜电极使用寿命降低。

因此，开发一种对有机农药降解和矿化率高、能耗低、污染小的集成化有机农药废水处理系统，对保障水生态安全具有重要意义。

发明内容

本发明针对臭氧氧化对有机农药矿化效率低、传统电化学氧化传质速率慢、膜电极存在膜污染等问题，提供一种处理有机农药废水的臭氧-膜电极耦合反应系统与方法，该系统将臭氧氧化、电化学氧化和膜过滤过程耦合，利用臭氧氧化和电化学氧化高效降解有机农药，利用膜过滤增强电化学传质速率，利用臭氧氧化减轻膜电极污染，从而实现了对有机农药废水的高效、经济、安全处理。

本发明的设计思路是：由于臭氧氧化技术处理有机废水效果相对较好，且其也被用于减轻陶瓷膜过滤时的膜污染，本发明考虑将臭氧和膜电极耦合。理论上分析，臭氧与膜电极耦合不仅能提高有机物去除率和矿化率、降低出水毒性，还能减轻膜电极膜污染(臭氧能快速将部分大分子有机物分解为小分子有机物，而大分子有机物是主要膜污染物质)。因此，本发明开发一种适用于有机农药废水处理的臭氧-膜电极耦合反应系统与方法，通过该系统将臭氧氧化、电化学氧化和膜过滤过程耦合，利用臭氧氧化和电化学氧化高效降解有机农药，利用膜过滤增强电化学传质速率，利用臭氧氧化减轻膜电极污染，从而实现了对有机农药废水的高效、经济、安全处理。