CN106830471A - 一种光催化、超滤、纳滤组合工艺控制饮用水中有机微污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
一种光催化、超滤、纳滤组合工艺控制饮用水中有机微污染物的方法，属于水处理技术领域。将光催化池和超滤作为纳滤膜处理的预处理，通过在纳滤膜池前设置光催化池和超滤来降解水中溶解性有机物和有机微污染物；通过光催化池进一步吸附和降解，减轻对超滤和纳滤膜的污染，提高超滤和纳滤膜的使用寿命，通过光催化池和超滤作为纳滤膜处理的预处理单元，减轻超滤和纳滤膜污染。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水处理技术，特别涉及到一种超滤和纳滤双膜法及光催化作用去除水中有机微污染物的方法，属于水处理技术领域。
背景技术
随着我国水资源的日益短缺与水质标准的进一步提高，饮用水的深度处理技术及研究已迫切。饮用水常规处理工艺，即混凝、沉淀、砂滤与消毒工艺，虽然可以使水澄清，消除部分致病菌，但是对工业化进程中所产生的许多有毒有害的有机污染物的去除能力有限，尤其对中等或小分子量的有机物去除能力很差，这对人体健康存在很大威胁。另一方面，随着人们生活质量的提高及国家最新饮用水卫生标准(GB5749-2006)的出台，如何满足高要求高标准，将是许多水厂面临的主要问题。
近年来，膜滤技术逐渐大规模应用于饮用水处理，包括微滤、超滤、纳滤、反渗透滤膜等，其中，超滤对水中细菌、病毒、藻类、胶体等颗粒污染物的截留去除能力很高，而对溶解性有机物去除能力很低，而传统的反渗透膜滤过程需要消耗大量的能量，因此，与超滤和反渗透相比，操作压力相对较低、渗透通量较大的纳滤膜分离技术应运而生。而利用混凝的吸附、卷扫等作用可将部分溶解性有机物转化为颗粒态有机物，这可以有效提高超滤工艺对溶解性大分子有机物的去除能力。但是，此方法对提高中等或小分子量的有机物的去除能力有限。纳滤膜在应用中有两个显著的优点：(1)截留相对分子量(MWCO)在200-1000之间，故可适用于分离相对分子量在200以上，大小约为1nm的溶解组分；(2)具有较强的离子选择性。纳滤膜技术的特有性能使得它在许多领域具有其他膜技术无法替代的地位。
目前，对于水中有机微污染的去除主要采用活性炭与其他方法连用，例如臭氧-活性炭技术去除水中有机污染物，但是此方法存在以下缺陷：①臭氧氧化处理饮用水存在臭氧利用率低、氧化能力不足等缺陷；②臭氧可以有效降解含有不饱和键或者部分芳香类有机污染物，而对于部分的稳定性有机微污染物(如农药、卤代有机物和硝基化合物等)难以氧化降解；③臭氧可以将大分子有机物氧化成小分子有机物，使有机物的分子质量变小，将不利于活性炭的吸附，因此，如何避免上述方法存在的不足，这是工程中亟需解决的关键问题。
本发明针对水中有机微污染超标问题，提出双膜***去除有机微污染物，即超滤与纳滤***，将超滤作为纳滤***的预处理，通过二氧化钛的光催化氧化作用进一步吸附和降解有机物，避免和减轻微生物造成的纳滤膜污染，提高膜的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提出一种高级氧化、超滤、纳滤组合工艺控制饮用水中有机微污染物的方法，并有效控制膜污染的方法。
本发明采取的技术思路是：将光催化池和超滤作为纳滤膜处理的预处理，通过在纳滤膜池前设置光催化池和超滤来降解水中溶解性有机物和有机微污染物；通过光催化池进一步吸附和降解，减轻对超滤和纳滤膜的污染，提高超滤和纳滤膜的使用寿命，通过光催化池和超滤作为纳滤膜处理的预处理单元，减轻超滤和纳滤膜污染。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种高级氧化、超滤、纳滤组合工艺控制饮用水中有机微污染物的方法，其特征在于，采用的装置包括依次连接的预处理单元、光催化池、超滤膜、纳滤膜，超滤膜池与光催化池分开设置，以免紫外灯的照射影响超滤膜的使用寿命；原水经过预处理单元后，出水进入到光催化池，进一步降解水中剩余溶解性有机物和各种微量有机污染物，光催化池出水进入超滤膜池去除部分有机物，超滤膜池出水进入纳滤膜进行处理，得到更优质的处理水。
采用在线的检测***，根据检测***的各项指标，采用不同的浓水回流方式，决定纳滤膜浓水是回到光催化池还是超滤膜池，提高各个工艺单元的处理效果，发挥对不同污染物采用不同回流途径。例如，若浓水中溶解氧或者COD较高(COD≥10mg/L)，说明有机物含量较高，可回流到光催化池中，若其含量不高，COD＜10mg/L，可回流到超滤膜池。
在光催化池，分子量较大的有机物被分解为小分子有机物，或将小分子有机物无机化。
通过光催化池和超滤作为纳滤膜处理的预处理单元，减轻超滤和纳滤膜污染；
所述的超滤膜，所用的超滤膜组件为外压浸没式膜组件，材质是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0.01～0.02μm之间，超滤膜的通量为10～30L/m2·h，可根据具体水质进行选择。在光催化池中放置紫外灯和二氧化钛颗粒，紫外灯增加光催化效果，且对于池中微生物有灭活作用；本发明制备的二氧化钛颗粒粒径为0.5～5μm，颗粒较大，易于截流和沉淀，不会对超滤膜产生太大污堵。
所用的二氧化钛颗粒采用溶胶-凝胶法合成，以TiSO4为钛源，取15mL的TiSO4储备液、5mL冰醋酸，缓缓加入到30mL无水乙醇中，边加边搅拌，搅拌30min得到A液；再取1mL乙酸加入到1mL去离子水中，和20mL无水乙醇，边加边搅拌，搅拌15min得到B液；剧烈搅拌下将B液逐滴滴入A液，室温下搅拌5h得到溶胶，再将溶胶移入晶化釜封闭，置于恒温箱内120℃下晶化10h室温下，形成凝胶。再将制备好的凝胶放入100℃的烘箱里干燥12h；最后置于管式炉中，在400℃下并热处理2h，升温时间为40min，升温速率为10度/分钟，自然冷却后将催化剂置于干燥器中备用。取一定量的氟硅烷偶联剂，溶于乙醇溶液，配置成0.5g/L～10g/L的氟硅烷偶联剂水溶液，在室温下，取上述制备好的催化剂，浸泡于此溶液中10h，之后，取出用去离子水冲洗干净，置于110℃条件下干燥2h取出，然后，将其浸泡在0.5mmol/L～5mmol/L的三氟甲基三甲基硅烷水溶液中浸泡1h，之后用去离子水冲洗表面，用去离子水冲洗后置于110℃的烘箱中干燥固化2h。
为了提高本发明的有机微污染物的去除效果，超滤前增设饮用水常规预处理单元，提高去除效果；所述的预处理单元可以是混凝、沉淀、砂滤池中的一种或一种以上的组合。
为了提高本发明的有机微污染物的去除效果，超滤前增设饮用水常规预处理单元，提高去除效果；所述的预处理单元可以是混凝、沉淀、砂滤池中的一种或一种以上的组合。
本发明所采用的高级氧化、超滤、纳滤组合工艺的方法去除水中微污染物，与传统的臭氧氧化-生物活性炭工艺相比，作为纳滤的预处理单元光催化池和超滤，不仅使有机微污染物降解效果更好，而且使得进入纳滤膜池的水中微生物和有机微污染物浓度更低，出水的水质更优质。
图1是本发明高级氧化、超滤、纳滤组合工艺流程图。
具体实施方式
下面举两个实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的权利要求范围并不局限于此。
以下实施例二氧化钛颗粒采用溶胶-凝胶法合成，以TiSO4为钛源，取15mL的TiSO4储备液、5mL冰醋酸，缓缓加入到30mL无水乙醇中，边加边搅拌，搅拌30min得到A液；再取1mL乙酸加入到1mL去离子水中，和20mL无水乙醇，边加边搅拌，搅拌15min得到B液；剧烈搅拌下将B液逐滴滴入A液，室温下搅拌5h得到溶胶，再将溶胶移入晶化釜封闭，置于恒温箱内120℃下晶化10h室温下，形成凝胶。再将制备好的凝胶放入100℃的烘箱里干燥12h；最后置于管式炉中，在400℃下并热处理2h，升温时间为40min，升温速率为10度/分钟，自然冷却后将催化剂置于干燥器中备用。取一定量的氟硅烷偶联剂，溶于乙醇溶液，配置成0.5g/L～10g/L的氟硅烷偶联剂水溶液，在室温下，取上述制备好的催化剂，浸泡于此溶液中10h，之后，取出用去离子水冲洗干净，置于110℃条件下干燥2h取出，然后，将其浸泡在0.5mmol/L～5mmol/L的三氟甲基三甲基硅烷水溶液中浸泡1h，之后用去离子水冲洗表面，用去离子水冲洗后置于110℃的烘箱中干燥固化2h。
实施例1：本实施例中，原水采用实验室配水，具体水质条件如下表
| 水质指标 | 单位 | 数值 |
| DOC | mg/L | 3.85 |
| 双酚A | mg/L | 1.2 |
| 浊度 | NTU | 4.85 |
| 电导率 | μs/cm | 5000 |
所述预处理单元采用混凝-沉淀-微滤，混凝剂采用聚合氯化铝投加量为12mg/L(以商品质量计)。混凝阶段采用管道混合器，反应阶段采用机械搅拌混合池，沉淀阶段采用斜管沉淀池，二氧化钛粒径为1.0μm。
所述超滤管式膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量8000。在光催化池中吸附1个小时后开启紫外灯进行光催化，出水进行超滤，超滤操作压力为0.08MPa，超滤膜面积为0.02m2，膜通量30L/(m2.h)，***流量为2L/h。
所述纳滤平板膜为PES平板纳滤膜，截留分子量800，纳滤膜面积为28.6cm2。在超滤进行约60min后进行滤，纳滤操作压力为0.25MPa，溶液pH值为6.8，操作时间为120min，纳滤装置回收率为75％。
最终出水浊度降低至0.021NTU，DOC为1.25mg/L，有机污染物双酚A浓度为0.055mg/L，去除率达到95％，电导率降至2000μs/cm。
实施例2：本实施例中，原水采用实验室配水，具体水质条件如下表
| 水质指标 | 单位 | 数值 |
| DOC | mg/L | 4.15 |
| 莠去津 | mg/L | 0.5 |
| 浊度 | NTU | 5.95 |
| 电导率 | μs/cm | 6000 |
所述预处理单元采用混凝-沉淀-微滤，混凝剂采用聚合氯化铝投加量为12mg/L(以商品质量计)。混凝阶段采用管道混合器，反应阶段采用机械搅拌混合池，沉淀阶段采用斜管沉淀池，二氧化钛粒径为1.0μm。
所述超滤管式膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量8000。在光催化池中吸附1个小时后开启紫外灯进行光催化，出水进行超滤，超滤操作压力为0.08MPa，超滤膜面积为0.02m2，膜通量30L/(m2.h)，***流量为2L/h。
所述纳滤平板膜为PES平板纳滤膜，截留分子量800，纳滤膜面积为28.6cm2。在超滤进行约60min后进行滤，纳滤操作压力为0.25MPa，溶液pH值为6.8，操作时间为120min，纳滤装置回收率为75％。
最终出水浊度降低至0.092NTU，DOC为1.68mg/L，有机污染物莠去津浓度为0.009mg/L，去除率达到98.2％，电导率降至2300μs/cm。
Claims (7)
1.一种光催化、超滤、纳滤组合工艺控制饮用水中有机微污染物的方法，其特征在于，采用的装置包括依次连接的预处理单元、光催化池、超滤膜、纳滤膜，超滤膜池与光催化池分开设置，以免紫外灯的照射影响超滤膜的使用寿命；原水经过预处理单元后，出水进入到光催化池，进一步降解水中剩余溶解性有机物和各种微量有机污染物，光催化池出水进入超滤膜池去除部分有机物，超滤膜池出水进入纳滤膜进行处理，得到更优质的处理水。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，采用在线的检测***，根据检测***的检测指标，采用不同的浓水回流方式，决定纳滤膜浓水是回到氧化池还是超滤膜池，提高各个工艺单元的处理效果，发挥对不同污染物采用不同回流途径。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，若浓水中溶解氧或者COD较高，COD≥10mg/L，说明有机物含量较高，回流到光催化池中，若其含量不高，COD＜10mg/L，回流到超滤膜池。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，在光催化池，分子量较大的有机物被分解为小分子有机物，或将小分子有机物无机化。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，超滤膜所用的超滤膜组件为外压浸没式膜组件，材质是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0.01～0.02μm之间，超滤膜的通量为10～30L/m2·h。
6.按照权利要求1的方法，其特征在于，在光催化池中放置紫外灯和二氧化钛颗粒，紫外灯增加光催化效果，且对于池中微生物有灭活作用；二氧化钛颗粒粒径为0.5～5μm。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，二氧化钛颗粒采用溶胶-凝胶法合成，以TiSO4为钛源，取15mL的TiSO4储备液、5mL冰醋酸，缓缓加入到30mL无水乙醇中，边加边搅拌，搅拌30min得到A液；再取1mL乙酸加入到1mL去离子水中，和20mL无水乙醇，边加边搅拌，搅拌15min得到B液；剧烈搅拌下将B液逐滴滴入A液，室温下搅拌5h得到溶胶，再将溶胶移入晶化釜封闭，置于恒温箱内120℃下晶化10h室温下，形成凝胶。再将制备好的凝胶放入100℃的烘箱里干燥12h；最后置于管式炉中，在400℃下并热处理2h，升温时间为40min，升温速率为10度/分钟，自然冷却后将催化剂置于干燥器中备用。取一定量的氟硅烷偶联剂，溶于乙醇溶液，配置成0.5～5g/L氟硅烷偶联剂水溶液，在室温下，取上述制备好的催化剂，浸泡于此溶液中10h，之后，取出用去离子水冲洗干净，置于110℃条件下干燥2h取出，然后，将其浸泡在0.5～5mmol/L三氟甲基三甲基硅烷水溶液中浸泡1h，之后用去离子水冲洗表面，用去离子水冲洗后置于110℃的烘箱中干燥固化2h。
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