[发明专利]一种管式膜电极与非均相臭氧催化剂耦合降解装置及降解方法

说明书

本发明公开了一种管式膜电极与非均相臭氧催化剂耦合降解装置及降解方法，属于废水处理技术领域。它包括管式膜电极、非均相臭氧催化剂和臭氧曝气单元；所述管式膜电极包括管式膜阴极和管式膜阳极，其中管式膜阴极套设于管式膜阳极外部，所述管式膜阳极包括钛基管式膜阳极；所述臭氧曝气单元设于管式膜电极底部，其曝气方向向上；所述非均相臭氧催化剂包括负载过渡金属或过渡金属氧化物的碳基材料，其设置于废水中。本发明能有效处理高浓度、高COD废水，将含氮杂环或苯环类等难降解有机物有效降低，提升水处理效率。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种管式膜电极与非均相臭氧催化剂耦合降解装置及降解方法。

背景技术

含氮杂环类化合物(NHCs)如环咗类化合物，嘧啶类化合物等，属于典型化学工业合成物，广泛应用于医药、化妆品、消毒剂、染料、农药等行业中。NHCs被报道出甚至在低浓度下也能呈现毒性、致突变性和致癌性。NHCs对常规生化系统具有完全的抵抗性，无法通过传统的生化法实现高效去除，NHCs在环境中的半衰期长，它们会在水体、土壤等自然介质中不断积累，然后食物链进入生物体并逐渐富集，对生物、微生物和人类的健康构成了严重的威胁。因此，开展更为高效、经济的手段去除化工废水中的NHCs成为目前研究的重点。

近年来，高级氧化水处理技术因其对有机污染物出色的矿化效果获得了全球学者的广泛关注，如臭氧氧化技术、电化学氧化技术、芬顿氧化技术等发展迅速，被认为是控制水体中难降解有机污染物过程中极具应用前景的技术。高级氧化水处理技术主要利用系统中产生的羟基自由基、臭氧等强氧化剂将有机污染物氧化为无害物质或彻底矿化为水和二氧化碳，从而高效去除废水中难降解有机污染物，实现废水无害化。高级氧化水处理技术既可以单独使用，又可与其他处理技术联合使用。在实际应用中高级氧化水处理技术可作为生化处理过程的预处理技术或者深度处理技术，降低了处理成本、提高了处理效率，是一种灵活高效的水处理技术。

电化学—臭氧联用技术作为一种新兴的高级氧化技术，不仅能快速地降解水中普通生物难降解的有机污染物(如NHCs)，还能降解使用其他化学化学方法难以降解的顽固性有机污染物。电化学—臭氧联用技术联用机理主要为两种，臭氧在阴极发生还原反应生成羟基自由基和电产生过氧化氢与臭氧反应生成羟基自由基。电化学—臭氧联用技术在常温常压条件下，通过对臭氧与电化学技术的联合使用，使得水中有机污染物的降解效率远大于两者单独作用之和。视反应条件而定，联用效应是通过电化学技术与臭氧技术的联合，水中生成了远大于两者单独处理水污染时的羟基自由基，以此来达到净化水的目的。另外，联用效应还表现为电化学反应与之在降解有机污染物时的协同作用，显著缩短了有机污染物被彻底矿化所需时间，提高水处理的效率。

但联用技术在实际应用中仍存在膜电极易发生膜堵塞且臭氧催化剂传质性能较差等问题，而且臭氧催化氧化技术常用于低浓度、低COD的废水深度处理，对于高浓度、高COD杂环类物质时并不具有显著的优越性，在高COD难降解化工废水的处理效果上远低于电化学氧化的处理效果，且由于自身的成本较高，臭氧相关技术一直存在成本较高的问题。同时，电化学氧化在处理高浓度化工废水，如COD在数万以上时具有显著的处理效果，在一定时间内，可将废水处理COD至1000左右；但在废水的深度处理中，电化学氧化的效果却较差，无法对已经完成开环成链的物质和已经进行到低分子酸步骤的目标物质进一步处理。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的联用技术在实际应用中容易导致膜电极发生堵塞，臭氧催化剂传质性能较差，无法处理含有高浓度、高COD杂环类有机物质的问题，本发明提供一种管式膜电极与非均相臭氧催化剂耦合降解装置及降解方法；通过合理设置管式膜电极、非均相臭氧催化剂和臭氧曝气单元，从而有效解决现有技术中膜电极易发生堵塞，臭氧催化剂传质性能较差，无法处理含有高浓度、高COD杂环类物质的问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：